JP3123653B2 - 固体撮像装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、固体撮像装置、特に電子シャッタ機能を
有する固体撮像素子を用いた固体撮像装置に関する。

〔従来の技術〕

電子シャッタ機能を有する固体撮像素子を搭載したNT
SC方式のビデオカメラがある。

このようなNTSC方式のビデオカメラを用いて、放電
管、例えば、蛍光灯の照明下で撮影すると、電源周波数
50Hz地区では、映像にフリッカーが発生してしまうもの
であった。

このフリッカーの発生の機構が第７図に示されてい
る。

第７図Ａにはビデオカメラの電子シャッタ速度が（1/
60）秒である時のCCDに於ける露光の周期（60Hz）が示
され、第７図Ｂには電源周波数50Hzに於ける蛍光灯の光
量の変化が示されている。

図示のように、蛍光灯は正負両方で点灯するため電源
周波数50Hzの２倍の100Hzで明滅するのに対し、CCDは電
子シャッタ速度（1/60）秒間の入射光量で露光される。
従って、（1/60）秒間の入射光量の積分値は３フイール
ド毎に変動し、20Hzのフリッカーが発生する。

ところで、第７図Ｃ、Ｄに示されるように、電子シャ
ッタ速度を（1/100）秒に設定することによって、フリ
ッカーを除去できることが一般的に知られている。

第７図Ｃには、CCDの露光の周期60Hzに於いて、電子
シャッタ速度を（1/100）秒とした時の電荷掃捨て時間T
Aと露光時間TBが示され、第７図Ｄには、電源周波数50H
zに於ける蛍光灯の光量の変化が示されている。

第７図Ｃに示されるように、フイールド周波数60Hzの
周期16.7msの内、始めの6.7msをCCDの電荷掃捨て時間T
A、残る10ms（（1/100）秒）を露光時間TBとすれば、第
７図Ｄ中、斜線を付して示される露光時間TB内の入射光
量の積分値はフイールド周波数60Hzの各周期の間で等し
くなり、フリッカーが除去される。

しかしながら、電子シャッタ速度を、常に（1/100）
秒に設定してしまうと、低照度時に露光量が不足し、S/
Nが悪化してしまうものであった。

そこで、フリッカーが発生したときにのみフリッカー
を除去することが考えられるに至った。この場合のフリ
ッカー除去の従来技術としては、以下のようなものがあ
る。

フリッカーが発生した時にユーザーが手動で電子シャ
ッタ速度を調整して、電子シャッタ速度を（1/100）秒
に設定するもの 外部センサによってフリッカーを検出し、フリッカー
が検出された時に電子シャッタ速度を自動的に（1/10
0）秒に設定するもの フリッカーが発生した時は、AGCアンプの出力が周期
的に変化するので、このAGCアンプの出力が一定になる
ように、AGCアンプのゲインを切り替えるもの 〔発明が解決しようとする課題〕 上述したような従来のフリッカー防止対策には夫々以
下のような問題点があった。

に対して：自動ではなくユーザーに操作させなければ
ならないため、フリッカー除去を確実に行なうという点
で難点がある。

に対して：外部センサが必要でハードウエアが複雑化
し、ビデオカメラの外装設計の自由度が低下する。ま
た、小型化に向かず、コストアップになる。

に対して:AGCアンプのゲインを切り替えるためのハー
ドウエアが複雑化し、部品が増加し、コストアップにな
る。

従って、この発明の目的は、ハードウエアを複雑化す
ることなくフリッカーを自動的に除去し得ると共に、低
照度時には、フリッカーを除去できないが、画質劣化を
自動的に防止し得る固体撮像装置を提供することにあ
る。

〔課題を解決するための手段〕

この発明は、撮像出力信号のレベルを検出する第１の
検出手段と、アイリスの開き量を検出する第２の検出手
段と、第１の検出手段からの検出結果に基づいて、電子
シャッタ速度を制御すると共に、第２の検出手段からの
検出信号に基づいて、撮像出力信号のレベルが一定とな
るように、アイリスの開き量を制御する制御手段とを有
し、制御手段は、アイリスの開き量が全開であって、第
１の検出手段からの出力信号のレベルが基準レベルより
小さく、且つ電子シャッタ速度が（1/60）秒でないと判
断されるときに、電子シャッタ速度を段階的に（1/60）
秒に向けて下げるように電子シャッタ速度を制御し、ア
イリスの開き量が全開であって、第１の検波手段からの
出力信号のレベルが基準レベルより大きく、且つ電子シ
ャッタ速度が（1/100）秒でないと判断されるときに、
並びに、アイリスの開き量が全開でなく、且つ電子シャ
ッタ速度が（1/100）秒でないと判断されるときに、電
子シャッタ速度を段階的に（1/100）秒に向けて上げる
ように電子シャッタ速度を制御するようにしたことを特
徴とする固体撮像装置である。

〔作用〕

自動露光手段は、被写体の照度に応じてアイリスの開
き量を自動的に制御し、撮像出力のレベルを一定に維持
すべく動作するので、自動露光手段の制御範囲内では電
子シャッタ速度を（1/100）秒とする。

また、自動露光手段の制御範囲外でも固体撮像素子の
出力信号のレベルが所定値を上回っている場合は電子シ
ャッタ速度を（1/100）秒とする。

しかしながら、自動露光手段の制御範囲外で固体撮像
素子の出力信号のレベルが所定値より低下した場合、即
ち、低照度時には、電子シャッタ速度を（1/100）秒か
ら遅い速度に変化させる。このとき、可変されるシャッ
タ速度は画質が不自然にならないように連続される。

これによって、フリッカーを自動的に除去でき、ま
た、低照度時には、フリッカーを除去できないが、自動
的に一定の照度を得ることができて画質劣化を自動的に
防止できる。

〔実施例〕 以下、この発明の一実施例について第１図乃至第６図
を参照して説明する。

第１図の構成に於いて、レンズ系１からの光学像が、
アイリス２を介して、図示せぬ色フィルタを有するCCD3
上にて光電変換され、イメージャ出力が形成される。こ
のイメージャ出力は、CCD3からプリアンプ４を介して、
AGC回路５、検波回路６に供給される。尚、上述のアイ
リス２はアイリスモータ７によって駆動され開き量が制
御される。

AGC回路５では、CCD3からのイメージャ出力を所定レ
ベルにまで増幅し、端子８を介して、図示せぬ次段の信
号処理回路に供給する。

検波回路６では、CCD3からのイメージャ出力が積分さ
れて直流化された信号S6が形成される。この信号S6は、
マイクロプロセッサ９に供給される。

アイリス２の開き量を検出する位置検出センサ10から
は、アイリス２の開き量を表す信号S10がアンプ11を介
してマイクロプロセッサ９に供給される。尚、この位置
検出センサ10には、例えば、ホール素子が用いられてい
る。

マイクロプロセッサ９は、電子シャッタ制御用のコン
ピュータであり、上述の信号S6、S10はマイクロプロセ
ッサ９内のA/Dコンバータ〔図示せず〕によって８ビッ
トのデジタル信号D6、D10に変換される。

マイクロプロセッサ９では、上述のデジタル信号D6に
基づいて、電子シャッタ速度を決定し、この電子シャッ
タ速度を規定するシリアルデータの制御信号DC91を形成
する。そして、この制御信号DC91がバス12を介してドラ
イバ回路13に供給される。

また、マイクロプロセッサ９では、上述のデジタル信
号D10に基づいて、アイリス２の開き量を決定し、アイ
リス２の開き量を規定するシリアルデータの制御信号DC
92を形成する。そして、この制御信号DC92がバス12を介
してドライバ回路14に供給される。

ドライバ回路13では、上述の制御信号DC91に基づいて
CCD3を指定された電子シャッタ速度で駆動制御する。

ドライバ回路14では、上述の制御信号DC92に基づいて
アイリス２のアイリスモータ７を駆動制御する。

以下、動作を説明する。

第２図に示されるように、被写体の照度、即ち、明る
さを横軸上にとり、或る点の明るさをＡ、Ｂ（Ａ＜Ｂ）
とする。また、縦軸上には検波回路６からの検波出力レ
ベルをとる。

或る時点での被写体の明るさが点Ｂよりも明るい場合
には、電子シャッタ速度を（1/100）秒に設定し、ま
た、点Ａよりも暗い低照度の場合には、電子シャッタ速
度を（1/60）秒に設定する。

この点Ａから点Ｂまでの区間では、電子シャッタ速度
が（1/60）秒から（1/100）秒までの間で変化し得る。

第２図に示される検波出力レベルは、実線L1が電子シ
ャッタ速度可変の場合の検波出力レベルの変化を示し、
破線L2が電子シャッタ速度を（1/60）秒に固定した場合
（従来のもの）の検波出力レベルの変化を示し、そし
て、一点鎖線L3が電子シャッタ速度を（1/100）秒に固
定した場合の検波出力レベルの変化を示している。尚、
図中、検波出力レベルLDB0の点から右方（矢示Ｘ方向）
は、シャッタ速度が（1/100）秒の条件の下で、アイリ
ス２によって入射光量が制御されるアイリス制御範囲で
あり、また、検波出力レベルLDXXの点から右方（矢示Ｘ
方向）は、シャッタ速度が（1/60）秒の条件の下でアイ
リス２によって入射光量が制御されるアイリス制御範囲
である。アイリス制御範囲では、検波出力レベルが一定
とされる。アイリス制御範囲の検波出力レベルは、アイ
リスコントロールのためのものである。

また、上述の検波出力レベルLDB0の点から左方（矢示
IX方向）は、照度の低下を補うため、アイリス２がシャ
ッタ速度（1/100）秒の条件の下で全開とされている範
囲であり、また、検波出力レベルLDXXの点から左方（矢
示IX方向）は、照度の低下を補うため、アイリス２が、
シャッタ速度（1/60）秒の条件の下で、全開とされてい
る範囲である。この範囲では、入射光量の制御は、アイ
リス２ではなくCCD3によってなされる。

そして、CCD3の電子シャッタ速度は、第３図に示され
るように、横軸の点B0側から点Ｂまでは（1/100）秒に
設定され、点Ｂから点Ａまでは（1/100）秒から（1/6
0）秒の間で可変とされ、そして、点Ａから矢示IX方向
にかけては（1/60）秒に固定される。

第２図及び第３図から明らかなように、電子シャッタ
速度が常に（1/100）秒に設定されている場合には、（1
/60）秒の場合と比較して、光量、即ち、検波出力レベ
ルが約6dB減少するため、低照度時間に於ける画質劣化
を招く。

そこで、これを防止するため、被写体の照度が点Ａ〜
Ｂの区間内で低下した時は、被写体の照度を、図中、点
Ｂの検波出力レベルLDBと比較して、被写体の照度が検
波出力レベルLDBより低くならないように電子シャッタ
速度を段階的に下げていく。下げるタイミングは、ルー
プ時定数によるが大体２〜6V（1V＝16.6ms）程度であ
る。この電子シャッタ速度の可変は、画質が不自然にな
らないように連続的に行う。

また、被写体の照度が点Ａ〜Ｂの区間内で上がった時
は、被写体の照度を図中点Ａの検波出力レベルLDAと比
較して、被写体の照度が検波出力レベルLDAより高くな
らないように電子シャッタ速度を段階的に上げていく。
上げるタイミングは、ループ時定数によるが大体２〜6V
（1V＝16.6ms）程度である。尚、この一実施例では点
Ａ、Ｂの検波出力レベルLDA、LDBが等しくされている。

図中、点XXは電子シャッタ速度（1/60）秒時に於ける
アイリス２の制御ループが切れる点であり、点XXから矢
示Ｘ方向では、アイリス２によって入射光量が制御さ
れ、また、点XXから矢示IX方向ではCCD3によって入射光
量の制御がなされる。被写体の照度が、点XXに対応する
照度よりも高い時は、アイリス２の制御ループによっ
て、検波出力レベルは略一定の基準値として保持され
る。

このようにして、従来通りの最低被写体照度レベルLD
Mを確保しつつ、蛍光灯程度の照明下では電子シャッタ
速度を（1/100）秒に設定し、フリッカーを除去でき
る。

電子シャッタ速度の設定と電子シャッタ速度を可変に
することは、外部センサを用いたり、或いはAGCアンプ
のゲインを切り替えたりすることなく、従って、新たに
複雑な回路構成を設定することなく、今までのシステム
の延長線上で実現できる。

次いで、第４図に示されるフローチャートに従って、
マイクロプロセッサ９内での処理を説明する。

ステップ101では、位置検出センサ10から供給されA/D
変換されたデジタル信号D10のデータが確認され、ステ
ップ102に進む。

ステップ102では、上述のデジタル信号D10のデータに
基づいて、アイリス２が全開であるか否かの判定がなさ
れる。もし、アイリス２が全開ではないと判定された場
合には、被写体の照度が高いと判断され、ステップ105
に移る。また、アイリス２が全開であると判定された場
合には、ステップ103に移る。

ステップ103では、検波回路６から供給されA/D変換さ
れたデジタル信号D6のデータが確認され、ステップ104
に進む。

ステップ104では、上述のデジタル信号D6のデータを
基準の検波出力レベルLDA、LDBと比較し、デジタル信号
D6が検波出力レベルLDA、LDBよりも大なる時はステップ
105に進み、小なる時はステップ111に進む。実際の判定
に際しては、上述のデジタルデータの元になる信号S6に
ジッタが含まれているため、若干の不感帯が設定されて
いる。

ステップ105に於いて、その時点での電子シャッタ速
度がチェックされる。

ステップ105では、電子シャッタ速度が（1/100）秒に
設定されているか否かが判断される。若し（1/100）秒
に設定されていればステップ107に進みスタートに戻
る。

また、（1/100）秒未満の場合には、ステップ108に於
いて、第６図に示される電子シャッタ速度テーブルに従
って１段階、電子シャッタ速度を上げるようにドライバ
回路13に制御信号DC91が出力される。尚、上述の電子シ
ャッタ速度テーブルに於いて、矢示UPは電子シャッタ速
度を上げることを表し、矢示DWNは電子シャッタ速度を
下げることを表している。

上述の制御信号DC91を送ると、その制御の結果が検波
回路６から検波出力レベルとしてフィードバックされる
が、ハンチング防止の点を考慮すると、フィードバック
の時間として２〜数Ｖ（1V＝16.6ms）かかるので、ステ
ップ109にて処理を一時停止させる。その後、ステップ1
10に進みスタートに戻る。

このタイミングが第５図に示されている。

第５図に於いて、第１番目のV1の始めのタイミングで
電子シャッタ速度を上げる指令C01が出されるとした場
合、次のＶにて蓄積された電荷が掃出され、数Ｖ、例え
ば、6V間、マイクロプロセッサ９による制御動作が停止
される。その後に、第４図のフローチャートに示される
制御動作が行なわれる。

電荷の掃出しは、水平ブランキング期間内のCCD3のサ
ブストレートに高電圧を加えている期間だけ掃き出すこ
とができる。

パルスP0の幅WP0は、例えば、電子シャッタ速度に対
応して、262通りのタイミングを設定することができ
る。

ステップ111に至るのは、アイリス２が全開で且つ被
写体の照度の検波出力レベルが、基準の検波出力レベル
LDA、LDBより小さい場合であり、この条件の時に低照度
と判断される。ステップ112に於いて、その時点での電
子シャッタ速度がチェックされる。

ステップ112では、電子シャッタ速度が（1/60）秒に
設定されているか否かが判断される。若し（1/60）秒に
設定されていれば、ステップ113に進みスタートに戻
る。

また、（1/60）秒に設定されていない場合、つまり
（1/60）秒を越える場合には、ステップ114に於いて、
第６図の電子シャッタ速度テーブルに従って１段階、電
子シャッタ速度を下げるようにドライバ回路13に制御信
号DC91が出力される。

上述の制御信号DC91を送ると、その制御の結果が検波
回路６から検波出力レベルとしてフィードバックされる
が、ハンチング防止の点を考慮すると、フィードバック
の時間として２〜数Ｖ（1V＝16.6ms）かかるので、ステ
ップ115にて処理を一時停止させる。その後、ステップ1
16に進みスタートに戻る。

この一実施例によれば、アイリス２の制御範囲内で
は、電子シャッタ速度を常に（1/100）秒に設定してい
るので、外部センサを用いることなく、またAGCアンプ
のゲインを切り替えることなくフリッカーを自動的に除
去できる。

また、アイリス２の制御範囲外で且つ被写体の検波出
力レベルが基準の検波出力レベルLDA、LDBを下回ってい
る低照度時には、自動的に一定照度を得ることができる
ように電子シャッタ速度が、（1/60）秒から（1/100）
秒の間で可変とされるので、画質劣化を自動的に防止で
きる。

また、外部センサを用いず、回路構成を複雑化してい
ないので、外装設計の自由度が増し、セットの小型化が
可能となり、コストアップを防止できる。

そして、AGCアンプのゲインを切り替えることなく回
路構成を複雑化していないので、コストアップを防止で
きる。

更に、一般の被写体に対する動解像力の向上及び、屋
外でのアイリス２の絞りすぎによる画像のボケを防止で
きる。尚、動解像力の向上とは、特に、動きのゆっくり
した被写体を記録し、静止画像として再生した時に解像
度の向上することをいう。

この一実施例では、基準の検波出力レベルLDA、LDBを
同じレベルとしているが、これに限定されるものではな
く、異ならせるようにすることも可能である。

〔発明の効果〕

この発明に係る固体撮像装置によれば、被写体の強度
に応じてアイリスの開き量を自動的に制御して撮像出力
のレベルを一定に維持する自動露光手段の制御範囲内で
は電子シャッタ速度を（1/100）秒に設定し、自動露光
手段の制御範囲外で固体撮像素子の出力信号のレベルが
所定値より低下した場合には、電子シャッタ速度を（1/
100）秒から、遅い速度に変化させているので、外部セ
ンサを用いることなく、またAGCアンプのゲインを切り
替えることなくフリッカーを自動的に除去でき、また、
低照度時には、電子シャッタ速度が可変とされるので、
自動的に一定照度を得ることができ、画質劣化を自動的
に防止できるという効果がある。このとき、電子シャッ
タ速度の可変は、画質が不自然にならないように連続的
にされる。

また、外部センサを用いず、回路構成を複雑化してい
ないので、外装設計の自由度が増し、セットの小型化が
可能となり、コストアップを防止できるという効果があ
る。

そして、AGCアンプのゲインを切り替えることなく回
路構成を複雑化していないので、コストアップを防止で
きるという効果がある。

更に、実施例によれば、従来と比較して、一般の被写
体に対する動解像力の向上及び、屋外でのアイリスの絞
りすぎによる画像のボケを防止できるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示すブロック図、第２図
は被写体の照度レベルと各電子シャッタ速度に於ける検
波出力レベルとの関係を示す図、第３図は被写体の照度
レベルと電子シャッタ速度の関係を示す図、第４図はマ
イクロプロセッサにおける処理を説明するフローチャー
ト、第５図は電子シャッタ速度の制御信号とCCDからの
電荷掃き出しのタイミングを示す図、第６図は電子シャ
ッタ速度テーブルを示す図、第７図は夫々フリッカーの
発生機構を説明する図である。 図面に於ける主要な符号の説明 2:アイリス、3:CCD、6:検波回路、 7:アイリスモータ、9:マイクロプロセッサ、 10:位置検出センサ、 13、14:ドライバ回路、 LDA、LDB:検波出力レベル。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 良和 東京都品川区北品川６丁目７番35号 ソ ニー株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−299463（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−20977（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−127477（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−1665（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−122288（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】撮像出力信号のレベルを検出する第１の検
   出手段と、 アイリスの開き量を検出する第２の検出手段と、 上記第１の検出手段からの検出結果に基づいて、電子シ
   ャッタ速度を制御すると共に、上記第２の検出手段から
   の検出信号に基づいて、上記撮像出力信号のレベルが一
   定となるように、上記アイリスの開き量を制御する制御
   手段とを有し、 上記制御手段は、 上記アイリスの開き量が全開であって、上記第１の検出
   手段からの出力信号のレベルが基準レベルより小さく、
   且つ上記電子シャッタ速度が（1/60）秒でないと判断さ
   れるときに、上記電子シャッタ速度を段階的に（1/60）
   秒に向けて下げるように上記電子シャッタ速度を制御
   し、 上記アイリスの開き量が全開であって、上記第１の検波
   手段からの出力信号のレベルが基準レベルより大きく、
   且つ上記電子シャッタ速度が（1/100）秒でないと判断
   されるときに、並びに、上記アイリスの開き量が全開で
   なく、且つ電子シャッタ速度が（1/100）秒でないと判
   断されるときに、上記電子シャッタ速度を段階的に（1/
   100）秒に向けて上げるように上記電子シャッタ速度を
   制御するようにしたことを特徴とする固体撮像装置。