JP2000004392A - 固体撮像素子の信号処理回路およびカメラシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 輝度信号レベルの最大値がシャッタースピー
ドの最低速値とＡＧＣアンプの最大ゲインで規定される
ことから、その最大値を越える輝度信号レベルを得るこ
とはできなかった。 【解決手段】 γ補正を含む信号処理を行うデジタル信
号処理（ＤＳＰ）回路１４３の後段に乗算係数が可変な
乗算器１４４を設け、ＡＧＣアンプ１４１のゲイン制御
から乗算器１４４のＹゲイン制御に切り換えるときに、
積分回路１４７の入力もデジタル信号処理回路１４３の
入力信号の経路から乗算器１４４の出力信号の経路に切
り換え、ＡＧＣアンプ１４１のゲイン制御までは従来型
のＡＥ制御を行い、シャッタースピードの最低速値とＡ
ＧＣアンプ１４１の最大ゲインで規定される輝度信号レ
ベルの最大値を越える輝度信号レベルを得る場合は、乗
算器１４４のＹゲイン制御に基づくＡＥ制御を行うよう
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、固体撮像素子の信
号処理回路およびカメラシステムに関し、特に固体撮像
素子の出力をデジタル的に処理する信号処理回路および
固体撮像素子を撮像デバイスとして用いたカメラシステ
ムに関する。

【０００２】

【従来の技術】撮像デバイスとして例えばＣＣＤ(Charg
e Coupled Device) 固体撮像素子を用いたカメラシステ
ムの信号処理回路において、自動露光(Auto Exposure；
ＡＥ）制御は、従来、ＣＣＤ固体撮像素子の後段の信号
処理系のＡＧＣ(Auto Gain Contorol)アンプの出力信号
を１フィールド期間積分し、その積分値から被写体の照
度を判定し、その判定結果に基づいてＣＣＤ固体撮像素
子のシャッタースピードとＡＧＣゲインをコントロール
することによって行われていた。

【０００３】この場合、カメラシステムの信号処理回路
から出力される輝度信号レベルの最大値は、シャッター
スピードの最低速値とＡＧＣアンプの最大ゲインで規定
される。したがって、輝度信号レベルを上げるには、シ
ャッタースピードの最低速値およびＡＧＣアンプの最大
ゲインを上げれば良い。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、シャッ
タースピードの最低速度およびＡＧＣアンプの最大ゲイ
ンを上げるにもハードウェア上の限界がある。したがっ
て、比較的暗い所での使用が多い監視用カメラとして用
いるために、より大きな輝度信号レベルを得ようとして
も、シャッタースピードおよびＡＧＣアンプゲインのコ
ントロールによる露光制御では限界がある。

【０００５】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、より大きな輝度信号
レベルを安定的に出力させることができ、自動露光の制
御性能の向上を可能とした固体撮像素子の信号処理回路
およびカメラシステムを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明による固体撮像素
子の信号処理回路は、固体撮像素子の出力信号を増幅す
るゲインが可変な増幅手段と、この増幅手段の出力信号
に対して所定の信号処理をなす信号処理手段と、この信
号処理手段の出力信号に対して所定の乗算係数を乗算す
る該乗算係数が可変な乗算手段と、信号処理手段の入力
信号と乗算手段の出力信号のいずれか一方を選択する選
択手段と、この選択手段によって選択された信号処理手
段の入力信号または乗算手段の出力信号を積分する積分
手段と、この積分手段の積分値に基づいて固体撮像素子
のシャッタースピード、増幅手段のゲインまたは乗算器
の乗算係数の制御を行う制御手段とを備えた構成となっ
ている。

【０００７】また、本発明によるカメラシステムでは、
撮像デバイスとして固体撮像素子を用いるとともに、こ
の固体撮像素子の信号処理系に上記構成の信号処理回路
を用いている。

【０００８】上記構成の固体撮像素子の信号処理回路お
よびカメラシステムにおいて、輝度信号レベルの最大値
がシャッタースピードの最低速値とＡＧＣアンプの最大
ゲインで規定されることから、その最大値までの露光制
御においては、信号処理手段の入力信号を積分し、その
積分値に基づいて固体撮像素子のシャッタースピードお
よび増幅手段のゲインを制御する。また、上記最大値を
越える輝度信号レベルを得る場合には、乗算器の出力信
号を積分し、その積分値に基づいて乗算器の乗算係数の
制御を行う。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。

【００１０】図１は、本発明の一実施形態に係るカメラ
システムの構成を示すブロック図である。本実施形態に
係るカメラシステム１０は、レンズ１１、ＣＣＤ固体撮
像素子１２、タイミングジェネレータ１３、信号処理回
路１４およびシステムコントローラ１５を有する構成と
なっている。

【００１１】レンズ１１は、光学系の一部を構成し、被
写体（図示せぬ）からの入射光（像光）を取り込んでＣ
ＣＤ固体撮像素子１２の撮像面上に結像させる。ＣＣＤ
固体撮像素子１２は、画素単位で入射光をその光量に応
じた信号電荷に変換し、その画素情報を撮像信号として
出力とする。

【００１２】タイミングジェネレータ１３は、読み出し
パルス、垂直転送パルス、水平転送パルス、シャッター
パルスなど、ＣＣＤ固体撮像素子１２を駆動するための
各種のタイミング信号を発生する。ＣＣＤ固体撮像素子
１２においては、各画素ごとに光電変換によって得られ
た信号電荷が、読み出しパルスが与えられることによっ
て垂直転送部に読み出され、この垂直転送部および水平
転送部にて転送され、最終的に電気信号に変換されて出
力される。

【００１３】なお、ＣＣＤ固体撮像素子１２では、例え
ば、基板にシャッターパルスが印加されることにより、
センサー部（画素）内に蓄積された信号電荷が一斉に基
板に掃き捨てられる電子シャッター動作が可能な構成と
なっている。そして、次の読み出しまでの期間において
光電変換および信号電荷の蓄積が行われ、この蓄積期間
が露光期間、即ちシャッタースピードとなる。

【００１４】したがって、タイミングジェネレータ１３
において、シャッターパルスの発生タイミングを変える
ことによってシャッタースピードをコントロールできる
ことになる。このシャッタースピードのコントロールに
より、露光を制御することができる。

【００１５】信号処理回路１４は、ＣＣＤ固体撮像素子
１２の出力信号中の輝度（Ｙ）信号を処理するための回
路であり、ＡＧＣアンプ１４１、Ａ／Ｄコンバータ１４
２、デジタル信号処理(Digital Signal Processor;ＤＳ
Ｐ）回路１４３、乗算器１４４、Ｄ／Ａコンバータ１４
５、２入力セレクタ１４６および積分回路１４７を有す
る構成となっている。なお、クロマ信号の信号処理回路
は別に設けられるが、本発明の要旨とは直接関係がない
ので、ここでは省略するものとする。

【００１６】ＡＧＣアンプ１４１は、システムコントロ
ーラ１５から与えられるＡＧＣゲインコントロール信号
に応じてゲインが変化することにより、輝度信号の信号
レベルをコントロールする。このＡＧＣアンプ１４１の
ゲインコントロールにより、露光を制御することができ
る。

【００１７】ＡＧＣアンプ１４１で信号レベルがコント
ロールされた輝度信号は、Ａ／Ｄコンバータ１４２でデ
ジタル化された後、デジタル信号処理回路１４３に供給
される。デジタル信号処理回路１４３は、ガンマ（γ）
回路などを有し、輝度信号に対してγ補正などの各種の
信号処理をデジタル的に施した後、乗算器１４４に供給
する。

【００１８】乗算器１４４は、乗算係数（以下、Ｙゲイ
ンと称す）が可変な構成となっており、システムコント
ローラ１５から与えられるＹゲインコントロール信号に
応じてＹゲインが変化することにより、輝度信号の信号
レベルをコントロールする。この乗算器１４４のＹゲイ
ンのコントロールにより、露光を制御することができ
る。乗算器１４４の出力信号は、Ｄ／Ａコンバータ１４
５でアナログ化されてカメラ輝度信号として出力され
る。

【００１９】また、デジタル信号処理回路１４３の入力
信号および乗算器１４４の出力信号は、セレクタ１４６
の２入力となる。セレクタ１４６は、通常はデジタル信
号処理回路１４３の入力信号を選択して積分回路１４７
に供給し、システムコントローラ１５からセレクタコン
トロール信号が与えられたときに、デジタル信号処理回
路１４３の入力信号に代えて乗算器１４４の出力信号を
選択して積分回路１４７に供給する。

【００２０】積分回路１４７は、セレクタ１４６におい
てデジタル信号処理回路１４３の入力信号が選択されて
いるときは、このデジタル信号処理回路１４３の入力信
号をフィールドごとに積分してその積分値をシステムコ
ントローラ１５へ供給し、またセレクタ１４６において
乗算器１４４の出力信号が選択されているときは、この
乗算器１４４の出力信号をフィールドごとに積分してそ
の積分値をシステムコントローラ１５に供給する。

【００２１】システムコントローラ１５は、例えばマイ
クロコンピュータによって構成されており、セレクタ１
４６の切換え制御を行うとともに、セレクタ１４６によ
ってデジタル信号処理回路１４３の入力信号が選択され
ているときには、積分回路１４７の積分値に基づいてタ
イミングジェネレータ１３に対してシャッタースピード
コントロール信号を与え、さらにＡＧＣアンプ１４１に
対してＡＧＣゲインコントロール信号を与えることによ
ってＡＧＣアンプ１４１のゲイン制御を行い、セレクタ
１４６によって乗算器１４４の出力信号が選択されてい
るときには、乗算器１４４に対してＹゲインコントロー
ル信号を与えることによって乗算器１４４のＹゲイン制
御を行う。

【００２２】すなわち、システムコントローラ１５は、
ＡＧＣアンプ１４１のゲイン制御または乗算器１４４の
Ｙゲイン制御を行うことで、Ｄ／Ａコンバータ１４５の
出力であるカメラ輝度信号が常に一定の目標値になるよ
うにＡＥ制御を行う。目標値は任意の固定値である。

【００２３】システムコントローラ１５では、ＡＥ制御
を行う順番として、先ず、セレクタ１４６がデジタル信
号処理回路１４３の入力信号を選択した状態において、
当該入力信号の積分回路１４７による積分結果に基づい
てタイミングジェネレータ１３をコントロールすること
によってシャッタースピードを目標となる輝度信号レベ
ルになるまで制御し、目標の輝度信号レベルに達しない
場合には、次にＡＧＣアンプ１４１のゲイン制御を行
う。

【００２４】このＡＧＣアンプ１４１のゲイン制御にお
いて、ＡＧＣアンプ１４１のゲインが最大でも輝度信号
レベルが目標値に達しない低照度の場合には、システム
コントローラ１５はセレクタ１４６に対してセレクタコ
ントロール信号を与えることにより、セレクタ１４６の
選択状態を、デジタル信号処理回路１４３の入力信号か
ら乗算器１４４の出力信号に切り替える。そして、当該
出力信号の積分回路１４７による積分結果に基づいて乗
算器１４４のＹゲイン制御を行う。

【００２５】すなわち、乗算器１４４の出力信号を積分
回路１４７に入力する信号経路を設け、ＡＧＣアンプ１
４１のゲイン制御から乗算器１４４のＹゲイン制御に切
り換えるときに、積分回路１４７の入力もデジタル信号
処理回路１４３の入力信号の経路から乗算器１４４の出
力信号の経路に切り換えることにより、ＡＧＣアンプ１
４１のゲイン制御までは従来型のＡＥ制御を行い、シャ
ッタースピードの最低速値とＡＧＣアンプ１４１の最大
ゲインで規定される輝度信号レベルの最大値を越える輝
度信号レベルを得る場合は、乗算器１４４のＹゲイン制
御に基づくＡＥ制御を行うようにする。

【００２６】このようにして、輝度信号レベルが目標値
に達するように、シャッタースピード、ＡＧＣアンプ
１４１のゲイン、乗算器１４４のＹゲインの順に制御
を行うことにより、カメラ信号出力として感度の向上が
可能となる。また、積分回路１４７より得られる輝度信
号の積分レベルから被写体の照度を判定し、図２に示す
ように、各パラメータを領域的に制御することにより、
ある被写体照度の区間では、カメラ輝度信号出力を一定
レベルに保つことができる。

【００２７】特に、従来型ＡＥ制御を併用した構成を採
っていることから、システムコントローラ１５でのソフ
トウェアによる制御を考えた場合、新たに付加するソフ
トウェアが少なくて済むため、低コストにて実現できる
ことになる。さらに、Ｄ／Ａコンバータ１４５の前段
に、ダイナミックレンジの拡大を目的として乗算器を備
えた構成のシステムにおいては、当該乗算器を本発明に
係る乗算器１４４として流用することにより、新たに付
加するハードウェアが少なくて済むため、低コストにて
所期の目的を達成できることになる。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
γ補正を含む信号処理を行う信号処理回路の後段に乗算
係数が可変な乗算器を設け、ＡＧＣアンプのゲイン制御
によって輝度信号レベルが目標値に達しない低照度の場
合は、乗算器の出力信号を積分し、その積分値に基づい
て乗算器の乗算係数を制御するようにしたことにより、
シャッタースピードの最低速値とＡＧＣアンプの最大ゲ
インで規定される最大値を越える輝度信号レベルを得る
ことができるようになるため、より大きな輝度信号レベ
ルを安定的に出力させることができるとともに、自動露
光の制御性能を向上できることになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るカメラシステムの構
成を示すブロック図である。

【図２】本発明に係るＡＥ制御の概念図である。

【符号の説明】

１０…カメラシステム、１２…ＣＣＤ固体撮像素子、１
３…タイミングジェネレータ、１４…信号処理回路、１
５…システムコントローラ、１４１…ＡＧＣアンプ、１
４３…デジタル信号処理（ＤＳＰ）回路、１４４…乗算
器、１４６…セレクタ、１４７…積分回路

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固体撮像素子の出力信号を増幅するゲイ
   ンが可変な増幅手段と、 前記増幅手段の出力信号に対して所定の信号処理をなす
   信号処理手段と、 前記信号処理手段の出力信号に対して乗算処理をなす乗
   算係数が可変な乗算手段と、 前記信号処理手段の入力信号と前記乗算手段の出力信号
   のいずれか一方を選択する選択手段と、 前記選択手段によって選択された前記信号処理手段の入
   力信号または前記乗算手段の出力信号を積分する積分手
   段と、 前記積分手段の積分値に基づいて前記固体撮像素子のシ
   ャッタースピード、前記増幅手段のゲインまたは前記乗
   算器の乗算係数の制御を行う制御手段とを備えたことを
   特徴とする固体撮像素子の信号処理回路。
2. 【請求項２】 前記制御手段は、前記固体撮像素子のシ
   ャッタースピード、前記増幅手段のゲインおよび前記乗
   算器の乗算係数の順で制御を行うことを特徴とする請求
   項１記載の固体撮像素子の信号処理回路。
3. 【請求項３】 前記積分手段は、輝度信号レベルをフィ
   ールドごとに積分することを特徴とする請求項１記載の
   固体撮像素子の信号処理回路。
4. 【請求項４】 前記制御手段は、輝度信号レベルが目標
   値になるように前記固体撮像素子のシャッタースピード
   および前記増幅手段のゲインの制御を行い、前記増幅手
   段のゲインが最大でも輝度信号レベルが目標値に達しな
   いときは、前記乗算器の乗算係数の制御を行うことを特
   徴とする請求項３記載の固体撮像素子の信号処理回路。
5. 【請求項５】 前記選択手段は、前記制御手段が前記固
   体撮像素子のシャッタースピードおよび前記増幅手段の
   ゲインの制御を行うときは前記信号処理手段の入力信号
   を選択し、前記制御手段が前記乗算器の乗算係数の制御
   を行うときは前記乗算手段の出力信号を選択することを
   特徴とする請求項４記載の固体撮像素子の信号処理回
   路。
6. 【請求項６】 固体撮像素子と、被写体からの入射光を
   取り込んで前記固体撮像素子の撮像面上に結像させる光
   学系と、前記固体撮像素子の出力信号を処理する信号処
   理回路とを具備するカメラシステムであって、 前記信号処理回路は、 前記固体撮像素子の出力信号を増幅するゲインが可変な
   増幅手段と、 前記増幅手段の出力信号に対して所定の信号処理をなす
   信号処理手段と、 前記信号処理手段の出力信号に対して乗算処理をなす乗
   算係数が可変な乗算手段と、 前記信号処理手段の入力信号と前記乗算手段の出力信号
   のいずれか一方を選択する選択手段と、 前記選択手段によって選択された前記信号処理手段の入
   力信号または前記乗算手段の出力信号を積分する積分手
   段と、 前記積分手段の積分値に基づいて前記固体撮像素子のシ
   ャッタースピード、前記増幅手段のゲインまたは前記乗
   算器の乗算係数の制御を行う制御手段とを備えたことを
   特徴とするカメラシステム。