JP3205041B2 - 撮像装置の絞り値検出回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はビデオカメラ等に用いら
れる撮像装置に係り、特に、絞り値の検出機能を有する
撮像装置の絞り値検出回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、撮像装置の自動化、インテリジェ
ント化が急速に進行している。このため、どのような照
度環境で撮影が行われているのかを撮像装置自身に認識
させる必要が生じてきているが、この認識に必要なパラ
メータの一つに絞り値が挙げられる。従って、より正確
に絞り値を検出することが求められている。

【０００３】一般に、動画撮影を目的としたビデオカメ
ラ（テレビカメラ）の絞りは、微分制御型のメータによ
り駆動され、絞り検出は、このメータに取り付けられた
ホール素子によりメータの回転角を検出することによっ
て行われる。このホール素子を用いた絞り値検出につい
ては、例えば特開平２−２５４８７７号公報に開示され
ている。以下、このホール素子を用いた絞り値検出を、
図６及び図７を用いて説明する。

【０００４】図６は、撮影開口（絞り穴）の大きさを制
御するための対となった絞り羽根５１，５２を示してお
り、図７の（ａ）〜（ｃ）に示すように、この２つの絞
り羽根５１，５２を重ね合わせて、絞りメータ５３によ
って連結アーム５４を介して両者５１，５２をスライド
駆動させることにより、図７でクロスハッチングを施し
て示す絞り穴５５の大きさを可変制御するようになって
いる。そして、これにより絞り穴５５の後方に配置され
る撮像素子への入射光量を変化させうるが、撮像素子か
ら得られた信号は検波されて上記絞りメータ５３に連続
的に帰還されるため、動画撮影に対して滑らかな絞り制
御が可能になる。絞りメータ５３に取り付けられたホー
ル素子５６は、この絞りメータ５３の回転角θに比例し
た電圧を出力するので、この出力電圧値によって絞り値
を検出することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記した先
願でも述べられているが、ホール素子によって絞り値の
検出を行う構成では、絞り値に対するホール素子出力電
圧のばらつきが大きな障害となる。以下、このばらつき
について説明する。

【０００６】ホール素子出力電圧Ｖｈは、 Ｖｈ＝（Ｒｈ／ｄ）×ｆｈ×（ｌ／ｗ）×θ×Ｉｃ×Ｂ ………式 但し、Ｒｈ：ホール係数 ｄ ：ホール素子の厚さ θ ：ホール角 Ｉｃ：バイアス電流 Ｂ ：磁束密度 ｆｈ：形状因子 ｌ ：素子長 ｗ ：素子幅 のように式で表される。

【０００７】従って、ホール素子出力電圧により絞り値
を検出する場合、ホール素子自身に発生する物性上、製
造上のばらつきに加え、メータに対するホール素子取り
付け角度のばらつきや、メータへの絞り羽根の取り付け
精度といった構造的、機械的な事柄もばらつき要因とな
り、そのため特に民生機器においては、絞り羽根とホー
ル素子が既に取り付けられている絞りメータを一つの部
品として扱い、この部品の状態でのホール素子出力電圧
に一定のスペックをもたせているのが一般的である。

【０００８】このスペックの一例を示すと、例えば、Ｉ
ｃ＝２．５ｍＡのとき Ｖｏ＝１０〜１００ｍＶ Ｖｃ＝−１０〜−１００ｍＶ Ｖｏ−Ｖｃ＝５０〜１５０ｍＶ ………（スペックＡ） 但し、Ｉｃ：バイアス電流 Ｖｏ：絞り開放時のホール素子出力電圧 Ｖｃ：絞り閉鎖時のホール素子出力電圧 Ｖｏ−Ｖｃ：絞り開放、閉鎖間の電圧振幅 のようなものとなる。

【０００９】このようにして得られたホール素子出力電
圧を電圧増幅した後、Ａ／Ｄ変換器に入力してデータ化
する場合、ホール素子出力電圧のスペックが上記（スペ
ックＡ）の通りであり、Ａ／Ｄ変換器及び電圧増幅器の
ダイナミックレンジが０Ｖ〜５Ｖであったとして、スペ
ック内のあらゆるホール素子に対して回路を飽和させな
いようにすると、電圧増幅器の利得は２５倍以下（５０
００ｍＶ／２００ｍＶ）にする必要がある。

【００１０】従って、このとき得られる絞り開放から絞
り閉鎖にいたる電圧振幅は、最低では１２５０Ｖｐｐ
（５０ｍＶ・２５）となり、Ａ／Ｄ変換器が０Ｖ〜５Ｖ
の間で８ｂｉｔ精度であったとすると、最悪６ｂｉｔ精
度の分解能しか得られないことになる。もちろん、回路
内に可変抵抗を設けて利得やオフセットを手動調整すれ
ば、より大振幅を確保して、検出精度をあげることはで
きるが、生産性の点で効率的ではない。

【００１１】又、前記した先願でも述べられているが、
ホール素子によって絞り値の検出を行う構成では、ホー
ル素子出力電圧と絞り値との非直線性に起因した絞り値
検出精度の劣化についても、大きな障害となる。すなわ
ち、ホール素子出力電圧により絞り値を検出する場合、
絞り値が大きくなったとき（小絞りとなったとき）、絞
り値変化に対するホール素子出力電圧の変化が少ないた
め、小絞り側での検出精度確保が難しい。検出精度を向
上させるには電圧の変化を大きくすればよいが、回路の
ダイナミックレンジの点で限界がある。

【００１２】本発明は、上述した、絞り値に対するホー
ル素子出力電圧のばらつきの問題やホール素子出力電圧
と絞り値との非直線性に起因した絞り値検出精度の劣化
の問題に鑑みなされたもので、その目的とするところ
は、精度の高い絞り値検出に必要な調整を自動的に行う
撮像装置の絞り値検出回路を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明においては撮像装置の絞り値検出回路
に、ホール素子出力電圧を増幅するための電圧増幅器
と、電圧増幅器出力に接続されたＡ／Ｄ変換器及び該Ａ
／Ｄ変換器出力に接続されたマイクロコンピュータ（マ
イコン）、あるいは電圧増幅器出力に接続されたＡ／Ｄ
変換器を内蔵したマイコンと、マイコンが上記Ａ／Ｄ変
換器より得られた上記電圧増幅器の出力値データに応じ
て演算し出力する命令により、上記バイアス回路が上記
ホール素子に印加するバイアス電流あるいはバイアス電
圧、上記電圧増幅器の利得、上記電圧増幅器の動作点の
何れか、ないし複数を変化せしめる手段とを設ける。
又、絞り値に応じて、ホール素子に印加するバイアス電
流値とホール素子に印加するバイアス電圧値と電圧増幅
器の利得とのうちいずれか１つ以上と、電圧増幅器の動
作点と、を複数段階に変化させるようにする。

【００１４】

【作用】上記手段を設けた撮像素子の絞り値検出回路に
おいては、ホール素子出力電圧振幅の大小に応じて、回
路のダイナミックレンジの範囲内で最大の振幅が得られ
るようにマイコンが演算して、ホール素子のバイアス電
流や電圧増幅器のオフセットを自動設定するので、高精
度の絞り値検出が可能となる。又、絞り値に応じてこれ
らを変化させることにより、小絞り側での絞り値電圧の
傾きを確保して、ホール素子出力電圧と絞り値との非直
線性に起因した絞り値検出精度の劣化を抑圧することが
可能となる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の各実施例を図１〜図５によっ
て説明する。 〔第１実施例〕図１及び図２は本発明の第１実施例に係
り、図１は本実施例の撮像装置の絞り値検出回路の構成
図であり、図２は本実施例による自動調整フローを示し
ている。なお、本実施例で用いられるホール素子は、前
記した（スペックＡ）の仕様で出力電圧振幅が定められ
ているとする。

【００１６】本実施例では、前記式から明らかなよう
に、ホール素子出力電圧が供給されるバイアス電流Ｉｃ
に比例することに着目して、予めバイアス電流Ｉｃを小
さく設定した状態で絞りを一旦開閉し、ホール素子のば
らつきを判定した後に最適なバイアス電流を供給し、Ａ
／Ｄ変換器入力端における絞り値電圧振幅を大きく確保
して、精度向上を達成するようにしている。

【００１７】図１において、１は増幅器、２はホール素
子、３は増幅器、４は電圧源、５はマイクロコンピュー
タ（以下マイコンと称す）、６はマイコン５に内蔵され
たＡ／Ｄ変換器、Ｐ１，Ｐ２はマイコン５の制御端子
（出力端子）、７はトランジスタ、Ｒ１〜Ｒ１１は抵抗
である。増幅器１はホール素子２にバイアス電流を供給
する定電流源を構成しており、その電流量はトランジス
タ７のベース電圧によって制御される。増幅器４はホー
ル素子２の出力電圧を増幅する電圧増幅器を構成してお
り、その出力電圧はＡ／Ｄ変換器６に入力される。マイ
コン５の出力端子Ｐ１，Ｐ２は、少なくとも２値以上の
電圧を出力できる制御端子であって、本実施例ではＨｉ
ｇｈ（Ｖｃｃ）とＬｏｗとの２値を選択出力できるもの
とされている。

【００１８】次に、本実施例の動作を、図２のフローチ
ャートとともに説明する。制御端子Ｐ１，Ｐ２の出力設
定状態に応じて、ホール素子２に供給されるバイアス電
流Ｉｃが変化する。本実施例では、上記抵抗Ｒ１〜Ｒ７
の抵抗値は、このバイアス電流が１．５ｍＡ，２．０ｍ
Ａ，３．０ｍＡ，５．０ｍＡにそれぞれ設定可能な抵抗
値が選択されているものとする。

【００１９】いま、マイコン５からの指令により、制御
端子Ｐ１，Ｐ２の出力が共にＬｏｗに設定された場合
（図２のステップＳＴ１）、ホール素子２にはバイアス
電流１．５ｍＡが供給される。このときホール素子出力
電圧スペックは、前記した（スペックＡ）により大略、
Ｉｃ＝１．５ｍＡのとき Ｖｏ＝６〜６０ｍＶ Ｖｃ＝−６〜−６０ｍＶ Ｖｏ−Ｖｃ＝３０〜９０ｍＶ ………（スペックＡ’） 但し、Ｉｃ：バイアス電流 Ｖｏ：絞り開放時のホール素子出力電圧 Ｖｃ：絞り閉鎖時のホール素子出力電圧 Ｖｏ−Ｖｃ：絞り開放、閉鎖間の電圧振幅 上記（スペックＡ’）のごとく定められる。

【００２０】従って、バイアス電流１．５ｍＡで用いる
ならば、電圧増幅器３及びＡ／Ｄ変換器６のダイナミッ
クレンジを０Ｖから５Ｖとすると、電圧増幅器３の利得
は４１．６７倍以下であればよく、この値に近い値でこ
れ以下の値として本実施例では利得４０倍となるよう
に、前記抵抗Ｒ８〜Ｒ１１の値を定めている。また、前
記電圧源４は電圧増幅器３の入力ダイナミックレンジ、
すなわちホール素子スペックの中心値が、出力ダイナミ
ックレンジの中心に一致するように本実施例では２．５
Ｖとされている。

【００２１】上記した状態において、一旦絞りを開放、
閉鎖させ、それぞれの電圧値をマイコン５が読み込む
（図２のステップＳＴ２）。この判定結果に応じて、マ
イコン５が制御端子Ｐ１，Ｐ２の出力値の設定を変更
し、最終的なバイアス電流Ｉｃを決定する（図２のステ
ップＳＴ３〜ステップＳＴ８）。

【００２２】判定方法としては、ホール素子出力電圧Ｖ
ｏに対応するＡ／Ｄ入力電圧をｖｏ、同ホール素子出力
電圧Ｖｃに対応するＡ／Ｄ入力電圧をｖｃとして、ｖｏ
−ｖｃの大小を用いる方法や、ｖｏ，ｖｃそれぞれの値
の飽和に至るまでの余裕を用いる方法などが考えられ、
本実施例では後者の手法を用いて、以下のように処理さ
れる。 ｖｏ＞４３７５ｍＶ、またはｖｃ＜６２５ｍＶならば
（ステップＳＴ３でＹＥＳならば）、そのままバイアス
電流Ｉｃ＝１．５ｍＡ。 ３７５０ｍＶ＜ｖｏ≦４３７５ｍＶ、または６２５ｍ
Ｖ≦ｖｃ＜１２５０ｍＶならば（ステップＳＴ４でＹＥ
Ｓならば）、Ｉｃ＝２．０ｍＡ（ステップＳＴ５；Ｐ１
＝Ｌ，Ｐ２＝Ｈ）。 ３２５０ｍＶ＜ｖｏ≦３７５０ｍＶ、または１２５０
ｍＶ≦ｖｃ＜１７５０ｍＶならば（ステップＳＴ６でＹ
ＥＳならば）、Ｉｃ＝３．０ｍＡ（ステップＳＴ７；Ｐ
１＝Ｈ，Ｐ２＝Ｌ）。 以上に該当しないならば（ステップＳＴ６でＮＯなら
ば）、Ｉｃ＝５．０ｍＡ（ステップＳＴ８；Ｐ１＝Ｐ２
＝Ｈ）。

【００２３】斯様にするようになせば、振幅の小さな、
従って飽和に対して大きなマージンをもつホール素子２
に対しては、バイアス電流を多く流すことにより最終的
な振幅を大きく取ることができる。具体的には詳細な計
算は割愛するが、上述した（スペックＡ）内のあらゆる
ホール素子に対して回路を飽和させることなく、最低で
も１９８７ｍＶｐｐ以上の振幅が確保され、バイアス電
流を操作しない場合に対して、４ｄＢ以上の検出精度向
上を達成できる。

【００２４】なお、本実施例ではＡ／Ｄ変換器６をマイ
コン５に内蔵させているが、マイコン５とＡ／Ｄ変換器
６とを別構成にし、電圧増幅器３の出力をＡ／Ｄ変換器
でアナログディジタル変換して、マイコンに供給する構
成としてもよいこと勿論である（これは以下の実施例で
も同様である）。

【００２５】〔第２実施例〕次に、本発明の第２実施例
を図３を用いて説明する。本実施例では、Ｄ／Ａ変換器
を用いて、ホール素子バイアス電流および電圧増幅器動
作点をさらに細かく設定して、更なる検出精度向上を達
成するようにしている。

【００２６】図３は本実施例に係る撮像装置の絞り値検
出回路の構成図であり、同図において、１１はホール素
子１２にバイアス電流を供給する定電流源を構成する増
幅器、１２はホール素子、１３はホール素子１２の出力
電圧を増幅する電圧増幅器を構成する増幅器、１４はマ
イコン、１５はマイコン１４に内蔵されたＡ／Ｄ変換
器、１６，１７はマイコン１４に内蔵されたＤ／Ａ変換
器、１８はホール素子１２へのバイアス電流量を制御す
るためのトランジスタ、Ｒ１２〜Ｒ１８は抵抗である。

【００２７】本実施例では、前記第１実施例における制
御端子Ｐ１，Ｐ２に代替するものとしてＤ／Ａ変換器１
６，１７を用い、各々の設定電圧出力により、ホール素
子１２へのバイアス電流すなわち検出信号の振幅と、電
圧増幅器１３の動作点すなわちオフセットを調整する。
Ｄ／Ａ変換器１６，１７の精度を充分なものにすれば、
ホール素子出力電圧Ｖｏに対応するＡ／Ｄ入力電圧ｖ
ｏ、同Ｖｃに対応するｖｃをほぼ一定電圧として、更な
る検出精度向上を達成できる。

【００２８】具体的手法について説明する。まず、Ｄ／
Ａ変換器１６，１７の出力電圧を、使用するホール素子
のスペック内のいかなる素子に対しても、回路およびＡ
／Ｄ変換器１５が飽和しないように定める。この状態に
おいて一度絞りを開閉し、Ａ／Ｄ変換器１５よりｖｏ及
びｖｃデータを取り込む。

【００２９】上記ｖｏ及びｖｃデータより、装着された
ホール素子１２の振幅およびオフセットを知ることがで
きる。そこで、前記第１実施例と同様、ホール素子の振
幅およびオフセットがホール素子に供給されるバイアス
電流に比例することを利用して、Ａ／Ｄ変換器１５入力
電圧の振幅およびオフセットが目標値に一致するよう
に、Ｄ／Ａ変換器１６，１７の出力電圧を再設定する。

【００３０】このようにすれば、回路のダイナミックレ
ンジ内で絞り値検出電圧振幅を最大限に確保して、検出
精度を向上させることができる。

【００３１】なお図３では、Ｄ／Ａ変換器１６，１７を
マイコン１４に内蔵されたものとしているが、最近普及
してきているデータＲＯＭとＤ／Ａ変換器とを一体化し
た、いわゆる電子ボリュームを用い、上記データＲＯＭ
をマイコンで書替え可能とした場合も、全く同様の作用
効果を奏する。

【００３２】〔第３実施例〕本発明の第３実施例を図４
及び図５を用いて説明する。本実施例では、絞り値（絞
り値範囲）に応じて、ホール素子に供給するバイアス電
流、および電圧増幅器のオフセット（電圧増幅器動作
点）を適宜変化させ、ホール素子出力電圧と絞り値との
非直線性に起因した絞り値検出精度の劣化を抑圧するよ
うにしている。

【００３３】ホール素子出力電圧と絞り値との非直線性
に起因した絞り値検出精度の劣化については、前記従来
技術の欄で触れた前記先願にも詳しく開示されている。
すなわち、ホール素子出力電圧により絞り値を検出する
場合、絞り値が大きくなったとき（小絞りとなったと
き）、絞り値変化に対するホール素子出力電圧の変化が
少ないため、小絞り側での検出精度確保が難しい。

【００３４】本実施例の絞り値検出回路は図示してしな
いが、前記図３（第２実施例）の構成と同等のものであ
る。前記図３の回路において、例えば一例として、ｖｏ
＝４．５Ｖ，ｖｃ＝０．５Ｖとした場合の一般的な絞り
値（Ｆ値）−絞り値電圧曲線を図４に示す。このように
同図に示す如く、小絞り側では、ホール素子出力電圧の
変化が少なく、検出精度が劣化する。

【００３５】検出精度を向上させるには電圧の変化を大
きくすればよいが、回路のダイナミックレンジの点で限
界がある。そこで本実施例においては、図４の状態を起
点として、絞り値（絞り値範囲）に応じてホール素子に
供給するバイアス電流、及び電圧増幅器のオフセットを
マイコンが適宜変化させる。このときのマイコンのプロ
グラムは、回路のダイナミックレンジに留意して、いか
なる状態においても回路の飽和が生じないようにするこ
とは言うまでもない。

【００３６】その一例を図５に示す。図５に示した例で
は、絞り値に応じてホール素子に供給するバイアス電
流、及び電圧増幅器のオフセットを３段階で変化させて
いる。ある絞り値電圧に対して、マイコンは図５の特性
曲線Ａ，Ｂ，Ｃの何れを与えるバイアス電流及びオフセ
ットが回路に供給されているかの情報を参照しつつ絞り
値の判定を行う。

【００３７】斯様に本実施例によれば、小絞り側での絞
り電圧の傾きを確保して、さらなる検出精度向上を達成
できる。また、ソフトウェアの規模は増大するが、さら
に変化の段数を増やしていけば、検出精度はさらに向上
する。

【００３８】なお、上述した各実施例では、ホール素子
に供給するバイアス電流を調整するようにしているが、
ホール素子に供給するバイアス電圧を調整するようにし
ても良いこと勿論である。また、上述した実施例におい
ては、マイコンの演算出力によって電圧増幅器のオフセ
ットを調整するようにしているが、例えばマイコンから
の出力をＤ／Ａ変換し、これによって電圧増幅器に付設
された可変抵抗の値を調整して電圧増幅器の利得を制御
するようにしてもよく、あるいはオフセットと利得の両
者を同時に自動調整するようにしてもよい。

【００３９】

【発明の効果】以上のように、本発明による撮像装置の
絞り値検出回路においては、高精度の絞り値検出が可能
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る撮像装置の絞り値検
出回路の構成を示す回路図である。

【図２】本発明の第１実施例によるマイコンの処理フロ
ーを示すフローチャート図である。

【図３】本発明の第２実施例に係る撮像装置の絞り値検
出回路の構成を示す回路図である。

【図４】小絞り側のホール素子出力電圧の変化の少なさ
を示すための絞り値−絞り値電圧曲線を示す説明図であ
る。

【図５】本発明の第３実施例によって実現される絞り値
−絞り値電圧曲線の一例を示す説明図である。

【図６】絞り羽根の一例を示す説明図である。

【図７】ホール素子を備えた絞りメータによる絞り制御
メカニズムを示す説明図である。

【符号の説明】

１，１１ 増幅器 ２，１２ ホール素子 ３，１３ 増幅器（電圧増幅器） ４ 電圧源 ５，１４ マイクロコンピュータ（マイコン） ６，１５ Ａ／Ｄ変換器 ７，１８ トランジスタ Ｐ１，Ｐ２ 制御端子 １６，１７ Ｄ／Ａ変換器 Ｒ１〜Ｒ１８ 抵抗

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 今出 宅哉 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株式会社日立製作所 映像メディア研究 所内 (56)参考文献 特開 平３−144546（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−254877（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−345380（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−103257（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04N 5/222 - 5/257

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 撮像素子に入射する光量を制御する絞り
   の絞り量たる絞り値に応じた電圧を出力するホール素子
   と、 該ホール素子にバイアス電流又はバイアス電圧を印加す
   るバイアス回路と、 前記ホール素子の出力電圧を増幅し、増幅された電圧信
   号を検出信号として出力する電圧増幅器と、 前記絞り値に応じて、前記ホール素子に印加するバイア
   ス電流値と前記ホール素子に印加するバイアス電圧値と
   前記電圧増幅器の利得とのうちいずれか１つ以上と、前
   記電圧増幅器の動作点と、を複数段階に変化させる手段
   と、 を有することを特徴とする撮像装置の絞り値検出回路。
2. 【請求項２】 請求項１記載において、 前記絞りを一旦開放及び閉鎖させる手段を設け、 前記変化させる手段は、前記絞りの開放時と閉鎖時の各
   々において得られた前記検出信号に基づいて、前記複数
   段階のいずれの段階においても前記ホール素子の出力電
   圧により前記電圧増幅器が飽和しないように、前記ホー
   ル素子に印加するバイアス電流値と前記ホール素子に印
   加するバイアス電圧値と前記電圧増幅器の利得とのうち
   いずれか１つ以上と、前記電圧増幅器の動作点と、を変
   化させることを特徴とする撮像装置の絞り値検出回路。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載において、 前記変化させる手段は、前記電圧増幅器の出力に接続さ
   れたＡ／Ｄ変換器及び該Ａ／Ｄ変換器の出力に接続され
   たマイコン、又は、前記電圧増幅器の出力に接続された
   Ａ／Ｄ変換器を内蔵したマイコンで構成され、 前記Ａ／Ｄ変換器より得られる前記電圧増幅器の出力値
   データに基づいて前記マイコンが演算し出力する命令に
   より、前記ホール素子に印加するバイアス電流値と前記
   ホール素子に印加するバイアス電圧値と前記電圧増幅器
   の利得とのうちいずれか１つ以上と、前記電圧増幅器の
   動作点と、を変化させることを特徴とする撮像装置の絞
   り値検出回路。