JPH04168882A - 階調制御機能を有する撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、例えば、映像信号を撮像するもので、特に逆
光補正などに用いて好適な階調制御機能を有する撮像装
置に関するものである。

［従来の技術１ ビデオカメラ等で、被写体を撮像するに当たり、照度が
強い逆光撮影の場合など、一画面中の階調は極めて広い
ものとなる。

ビデオカメラ等で用いられる、固体撮像素子等を用いた
撮像装置は、このように広い階調をすべて映像信号に変
換できるほどのダイナミックレンジ幅を有していないた
め、明るさのレベルの上下で各々クリップを発生してし
まう。これが、「白飛び」、「黒つぶれ」と呼ばれる現
象で、一画面中で、極端に明るい部分や暗い部分の階調
が表現できないものである。

特に、逆光撮影の場合などは、背景の明るさに比較して
、主たる被写体が陰になって極端に暗くなるため、「黒
つぶれ」を起こしてしまう。

この対策として、従来、ＥＬＣ（バック・ライト・コン
トロール）という露光量を増加して逆光補正を行う手法
が用いられていた。以下、図面を参照して、従来の手法
による逆光補正について詳しく説明する。

まず、アイリスを用いた露光量調節機構におけるＢＬＣ
の動作について、第１７図に示した逆光補正回路構成図
を用いて説明する。

光学系１０より入射した被写体よりの光線はアイリス１
１により、光量制限されて、撮像素子１２上に結像する
。結像状態に応じた光電変換信号が、撮像素子１２より
出力され、信号処理回路１３にて、映像信号化され、映
像信号として出力される。

一方、ＡＥ回路１４にも上述の映像信号は供給されてお
り、ＡＥ回路１４は、映像信号に応じたアイリス制御信
号を発生する。ドライバー１６は、加算器１５経由でＡ
Ｅ回路１４からのアイリス制御信号を受けて４ｇメータ
１７を駆動する駆動信号を発生させ、アイリスによる光
量の自動調節を実現している。

上述した光量の自動調節の考え方においては、一般に、
映像信号の輝度レベルの一画面分の積分値に応じて光量
を調節するようにしているので、一画面全体の平均的な
明るさだけに着目していることになる。そのため、逆光
撮影の場合などは、非常に明るい背景に合わせて撮像素
子１２への入射光量の調節が行われるため、主たる被写
体が極端に暗くなって、「黒つぶれ」を起こしてしまう
。

このような場合には、ＢＬＣをＯＮにして、撮影者が逆
光補正指示を出す必要がある。第１７図の回路構成図で
は、ＢＬＣスイッチ１９をＯＮにすることにより、補正
信号発生器１８から、アイリスを「開」側へ向ける信号
が、加算器１５を経てドライバー１６に供給される。ド
ライバー１６は、４ｇメータ１７を開く方向に駆動し、
撮像素子１２への入射光量が増加されて、逆光補正が行
なわれる。

このようにＢＬＣスイッチ１９をＯＮにして従来の手法
による逆光補正を行なうことにより、画像は、第１８図
（ａ）に示したＢＬＣ−ＯＦＦ　（逆光補正前）の状態
から、（ｂ）に示したＢＬＣ−ＯＮ　（逆光補正後）の
状態に変化する。図を見て分かる通り、ＢＬＣ−ＯＦＦ
では、背景は良く写っているが、主たる被写体は「黒っ
ぷれ」を起こして、うまく写っていない。これに対し、
ＢＬＣ−ＯＮでは、主たる被写体の階調が表現され良く
写っている。

［発明が解決しようとする課題」 しかしながら、上記の従来例の撮像装置にＳいては、第
１８図（ｂ）を見れば分かる通り、逆光補正を行なうこ
とにより、撮像素子の受光量が多くなるため、主たる被
写体は良く写る様になるものの、背景は、「白飛び」を
起こしてうま（写すことができない。

つまり、従来の手法による逆光補正では、撮像素子のダ
イナミックレンジの制約から、上下どちらか一方のレベ
ルで、クリップしてしまい、主たる被写体と背景の双方
を良好に撮像することができないという問題点があった
。

従って、本発明の撮像装置は、上述の問題点に鑑みてな
されたものであり、その目的とするところは、主たる被
写体と背景の双方に良好な露光を実現でき、見かけ上、
広い階調表現の可能な階調制御機能を有する撮像装置を
提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上述の課題を解決し目的を達成するために、本発明の階
調制御機能を有する撮像装置は、光信号を受けて充電変
換を行い、情報の蓄積を行うセンシング手段と、該セン
シング手段の蓄積可能電荷量を変化させる制御手段とを
有し、１画面を構成するための単位光蓄積期間中に前記
蓄積可能電荷量を前記制御手段により、複数の段階に変
化させ、かつ、該複数の段階のレベルを、画像情報に応
じて設定する様にしたものである。

［作用］ 上記の構成において、本発明の階調制御機能を有する撮
像装置は、単位光蓄積期間中に、蓄積可能電荷量を少く
設定して低輝度の被写体に適した露光を行わせる動作と
、蓄積可能電荷量を多く設定して高輝度の被写体に適し
た露光を行わせる動作を、各々行わせ、それぞれの動作
における蓄積可能電荷量のレベルを、画像情報に応じて
設定することにより、１画面内の低輝度の被写体と高輝
度の被写体の双方に良好な露光を実現する様に働く。

［実施例］ 以下、本発明の好適な一実施例について図面を参照して
、詳細に説明する。

第１図は、一実施例の構成を示したブロック図である。

図中、中心より下側半分は、第１７図に示した従来例の
回路構成と同様である。第１図をもとに、本実施例の動
作の概念を説明する。

光学系ＩＯより入射した被写体よりの光線は、アイリス
１１により光量を調節され、撮像素子１上に被写体像を
結像する。撮像素子ｌにて光電変換され出力された信号
は、信号処理回路１３にて映像信号に変換処理され、映
像信号として外部へ出力される一方で、ＡＥ回路１４及
び、画像分析回路２へ供給される。

画像分析回路２は、映像信号の輝度情報等の分析を行い
、例えば輝度ヒストグラム等をコントローラ３に供給す
る。被写体の条件に応じて、モード切り替えスイッチ５
を切り替えることにより、ＮＯＲＭＡＬ−ＭＯＤＥ　（
通常撮影モード）とＢＬＣ−ＯＮ−ＭＯＤＥ　（逆光補
正モード）のうち一方の撮影モードが選択される。コン
トローラ３は、モード切り替えスイッチ５からの撮影モ
ード選択信号と、画像分析回路２からの輝度ヒストグラ
ム等の情報を受けて、それらの情報に応じて、撮像素子
ｌの駆動制御を行う。

一方、ＡＥ回路１４からは、映像信号に応じたアイリス
制御信号が発生され、加算器ＩＳ経由で、ドライバー１
６に加えられる。ドライバー１６は、アイリス制御信号
を受けて、ｉｇメータ１７を駆動する駆動信号を発生さ
せ、アイリスによる光量自動調節を行う。

逆光等の状態で使用される補正信号は、補正信号発生器
４にて生成される。ＢＬＣスイッチ１９は、前述したモ
ード切り替えスイッチ５と連動しており、被写体が逆光
状態のとき、つまりモード切り替えスイッチ５により、
ＢＬＣ−ＯＮ−ＭＯＤＥ（逆光補正モード）が選択され
たとき、ＯＮ状態となる。ＢＬＣスイッチ１９がＯＮに
なると、従来の逆光補正の場合と同様に、補正信号発生
器４からの補正信号が加算器１５に加えられ、アイリス
１１が開く方向にＡＥ回路１４の出力をシフトさせる。

従って、本実施例は、逆光状態のときに従来の逆光補正
と同様のアイリス制御を行い、撮像素子１への入射光量
を増加させた状態（ＢＬＣスイッチ１９がＯＮの状態）
で、コントローラ３により、撮像素子ｌに所定の駆動制
御を加えて、第２図−（ｂ）に示したような、主たる被
写体と背景の双方に良好な露光状態を得ようとするもの
である。

ちなみに、ＢＬＣ−ＯＦＦの場合には、従来技術で説明
したＢＬＣ−ＯＦＦの場合と同様に、第２図（ａ）に示
す、「黒つぶれ」が発生している。

次に、コントローラ３により制御される撮像素子１につ
いて、以下説明する。

撮像素子としては、ＣＣＤ、ＭＯＳ、ＢＡＳＩＳ等、光
電変換の原理により、多（の方式がある。現在ビデオカ
メラ用としてもっとも一般的に用いられているＣＣＤを
例にとり説明を進める。

ＣＣＤの中でもＦＴ型（フレームトランスファー型）、
ＩＴ型（インターライントランスファー型）、ＦＩＴ型
（フレームインターライントランスファー型）等の電荷
読み出し方式の違いや、ＶＯＤ型等の不要電荷処理の違
いによる半導体デバイス構造での分類がなされている。

ここでＶＯＤとは、縦形オーバーフロードレイン（Ｖｅ
ｒｔｉｃａｌ　　Ｏｖｅｒｆｌｏｗ　　Ｄｒａｉｎ）の
略称である。

まず、インターライントランスファ型（ＩＴ型）ＣＯＤ
の基本構造について説明すると同時に、ＣＣＤの基本動
作のひとつである高速シャッター動作について説明する
。

第４図（ａ）はインターライントランスファ型（ＩＴ型
）ＣＯＤの概念図で、４１は光電変換をするセンサ部（
センシング手段）、４２は垂直転送レジスタ、４４は水
平転送レジスタ、４５は出力アンプである。図中のＡ−
Ａ’線に沿った断面図及びポテンシャル図が第４図（ｂ
）である。

第４図（ｂ）中、４６は画素分離用のチャネルストップ
（ＣＳ）　、４７はセンサ部４１に蓄積された電荷を垂
直転送レジスタ４２に移すためのリードアウトゲート（
ＲＯＧ）　、４８はサブストレート、４９は酸化層であ
る。

高速シャッター時の動作を第４図及び第５図を用いて説
明する。第５図は、標準テレビジョン信号の１フイ一ル
ド分（例えばＮＴＳＣでは約１７６０秒）における図で
あり、φＲＯＧはリードアウトゲート４７に印加される
パルスで、論理レベル′Ｈ″′のときに、リードアウト
ゲート４７のポテンシャルが下がり、センサ部４１の電
荷を垂直転送レジスタ４２に移す。除去パルスφＳＵＢ
は、サブストレート４８に印加されるパルスであり、“
Ｈ”のときにセンサ部４１に蓄積された電荷を、φＳＵ
Ｂ端子を通して外部に掃き出す（除去する）。

この例では第５図において、φＲＯＧが垂直帰線期間中
にあり、φＳＵＢは、水平帰線期間中にある０時刻ｔｏ
でセンサ部４１の電荷を読み出した後、次の期間が始ま
るが、時刻ｔ１での水平帰線期間中に、φ５ＵＢ＝“Ｈ
”となるので、ｔ。

からｔｌまでの電荷はセンサ部４１には残っていない０
時刻ｔ１からｔ２までの間はφ５ＵＢ＝“Ｌ”なので、
この期間の電荷はセンサ部４１に蓄積され、時刻ｔ２の
φＲＯＧ＝　”Ｈ”パルスで、垂直転送レジスタ２に移
される。結局、この場合の露光時間は（１２〜ｔｌ）と
なる。

このようにして、ＩＴ型ＣＣＤの高速シャッター動作が
実現される。

次に、フレームインターライントランスファ型（ＦＩＴ
型）ＣＣＤの動作について説明する。

第６図が、フレームインターライントランスファ型（Ｆ
ＩＴ型）ＣＣＩ５の概念図である。第４図（ａ）に示し
たインターライントランスファ型ＣＣＤとの相違点は記
憶部６３があることである。

記憶部６３の記憶セルの数は、センサ部（センシング手
段）６１のセルの数と同じである。センサ部６１からの
電荷は垂直転送レジスタ６２に移された後、垂直帰線期
間中に記憶部６３に転送され、その後、所定のタイミン
グで水平転送レジスタ６４に移され、出力アンプ６５を
通して読み出されて行く。

また、第６図のＡ−Ａ’線に沿う断面図及びポテンシャ
ル図は、第４図（ｂ）と同様であり、前述の電荷掃き出
しの機構及びセンサ部６１から垂直転送レジスタ６２へ
の電荷読出しの機構も同様である。

以上がＦＩＴＩＴ型Ｄの動作である。

次に、第３図に示すＶＯＤ型ＣＣＤイメージセンサ−の
動作について説明する。上部矢印で示す被写体光を酸化
層（Ｓｉ　Ｏ□）３２及び暗電流低減のためのホール蓄
積層経由でセンサ一部３３のフォトダイオード（ＰＤ）
で受は取る。センサー部以外へは不要光が入射しないよ
うアルミ層（Ａ１）３６にて遮光している。この遮光に
より、ＣＣＤとしての受光面積が有効活用されず、開口
率が低下する。本実施例では、開口率低下を補うための
集光レンズ３１を、各画素ごとに設けである。

光電変換により発生した電荷は、垂直転送用Ｖ−ＣＯＤ
　（垂直転送レジスタ）３８に移され、二次元平面で、
順次転送され、読み出しアンプより、電圧値としてａカ
される。

各画素ごとにチャネルストップ部３９が設けられており
、各画素で発生された電荷が混入しないように分離され
る。センサ一部３３の下方に２層３４、Ｎ−５ＵＢ層３
５があり、この両層にかけるサブストレート・バイアス
電位Ｖｓｕｂ３０により、不要電荷の処理を行う。

第７図は、ＶＯＤ型ＣＣＤの電荷排出動作をポテンシャ
ル電位で示した概念図である。ｒＣＨＡＲＧＥＪと示し
た線が光電荷の蓄積状態におけるポテンシャル電位図で
、ｒＤ　Ｉ　５ＣＨＡＲＧＥＪと示した線が不要電荷排
出状態におけるポテンシャル電位図である。ｒｃＨＡＲ
ＧＥＪ状態で電位図上部の凹部に電荷を蓄積する。ｒＤ
ＩＳＣＨＡＲＧＥＪ状態で、ΔＶ　ｓｕｂをサブストレ
ート電圧Ｖ　ｓｕｂに更に印加し、Ｖ　ｓｕｂ＋ΔＶ　
ｓｕｂとして、前述の凹部を消滅させ、蓄積された電荷
を下部へ排出する。

ちなみに、不要電荷排出時に、再結合時間の長い不要電
荷が下部より回り込んで垂直転送レジスタ３８へノイズ
として混入するのを防ぐために２層をＮ型Ｖ−ＣＯＤ下
層に配しである。

第８図は、前述の高速シャッター動作時のＶｓｕｂ電位
の変化をタイミングチャートに示したものである。まず
、標準テレビジョン信号の１フイ一ルド期間内において
、（Ｃ）に示すように、所定の時間間隔でＶ　ｓｕｂ電
位をパルス的に変化させ、センサ部６１に蓄積された不
要電荷の排出を所定の時間まで（り返す。その後、１フ
イ一ルド期間（１画面）の後半において光電荷蓄積を時
間ｔだけ行い、（ｂ）に示した読み出しパルスにて、「
ＨＩＧＨＪと示された蓄積電荷を画像情報として読み出
す。このようにして、時間ｔの蓄積を行う高速シャッタ
ー効果が得られる。また、通常蓄積時をｒＮＯＲＭＡＬ
Ｊ　、高速シャッター動作時をｒＨＩ　ＧＨＪとして、
電荷の蓄積の様子の違いを（ａ）に示した。

以上説明したＣＣＤの基本動作を元に、本実施例の特徴
的動作について以下に述べる。

ＶＯＤ型ＣＣＤにおいてサブストレート電圧Ｖｓｕｂを
変化させることで、ポテンシャル電位の凹部の形状を可
変できることをすでに述べたが、パルス的にΔＶ　ｓｕ
ｂを大幅に変化させるだけでなく、微小な電位変化を与
えることで、凹部の光電荷の蓄積可能量を制御すること
ができる。第１０図に、Ｖ　ｓｕｂ電位のレベルを複数
設定し、選択的に制御する様子を示す。ＬＥＶＥＬＩに
比べてＬＥＶＥＬ２ではポテンシャル電位の凹部な深（
設定し、ＬＥＶＥＬｌよりも多（の電荷を蓄積可能とし
ている。

概念的には、Ｖ　ｓｕｂ電位を制御することで電荷のあ
ふれやすさを制御し、図の黒丸がＬＥＶＥＬｌとＬＥＶ
ＥＬ２の差となり、あふれ出している様子がわかる。蓄
積可能量は、ＬＥＶＥＬＩでは白丸で示す電荷で、ＬＥ
ＶＥＬ２では白丸で示す電荷に加え黒丸で示す電荷の合
計となる。このように、Ｖ　ｓｕｂ電位を制御すること
で、意図的に飽和電荷レベル（蓄積可能電荷量）を可変
とすることができる。

上述のＶ　ｓｕｂ電位の制御を行い、１画面内の所定の
タイミングで、ＬＥＶＥＬＩの状態とＬＥＶＥＬ２の状
態を切り替えた例を第１１図のタイミングチャートで示
す。

不要電荷排出後、ＬＥＶＥＬＩ状態にて、時間ｔｌだけ
光電荷蓄積をＭＡＸ■の飽和電荷レベルまで行い、次に
ＬＥＶＥＬ２状態にて、時間ｔ２だけＭＡＸ■のレベル
引き上げ状態の飽和電荷レベルまで光電荷蓄積を行い、
読み出す、ここで、■は、Ｖ　ｓｕｂの電位がＬＥＶＥ
ＬＩの状態のときの飽和電荷レベル（蓄積可能電荷量）
であり、■は、ＬＥＶＥＬ２の状態のときの飽和電荷レ
ベルである。

上述の動作によれば、１画面内の初めの１１の時間内で
は、飽和電荷レベル■を上回る電荷は、あふれ出し、第
１１図（ａ）の実線で示すフラット部分の特性のように
、高輝度部分で、クリップが発生する。例えば飽和電荷
レベル■を１００％とすると、これ以上の輝度を持つ被
写体光は、すべてクリップされる。次に１画面内の後半
で制御を切り替え、Ｖ　ｓｕｂ電位をＬＥＶＥＬ２状態
とし、飽和電荷レベルも■まで引き上げ、蓄積余裕をも
たせた状態でｔｌの時間だけ、光電荷の蓄積を継続して
行う。

ここで、例えばＮＴＳＣ方式のテレビジョン信号として
、ｔｌ　＋ｔ２　＝１／６０秒とすると、ｔ２＝１１５
００秒の場合、ｔｌ　＝１／６０−１１５００崎１／６
０秒とみなせる。

これは、カメラの露光では、通常、１７６０秒、１／１
２５秒、１／２５０秒、１１５００秒という段階が、絞
り換算で各々１ステツプ（−絞リ）に対応していること
から考えると、ｔｌで適正露光の被写体に対して、３絞
り分だけ高輝度の被写体に対して適正な露光がｔ２によ
り与えられることを示している。

ここで仮に、逆光状態において主たる被写体と背景部の
間に、３絞り分の輝度差があるとする。

ｔ１時間中では、従来例のＢＬＣ−ＯＮの状態（逆光補
正状態）に相当する画面が撮像され、主たる被写体は適
正露光となり、背景部は、高輝度のためクリップしてし
まう、ｔ２時間中の露光では、従来例のＢＬＣ−ＯＦＦ
の状態（逆光補正されていない状態）に相当する画面が
撮像され、主たる被写体よりも３絞り分明るい背景部が
適正露光となり、主たる被写体はほとんど撮像されない
、このｔ１時間中に蓄積される電荷とｔ２時間中に蓄積
される電荷が、各画素の光電荷蓄積部にて加算され、結
果として、第２図（ｂ）に示すような画面が得られる。

次に、第１図において説明したコントローラ３の構成例
を第９図に示す。前述したように、コントローラ３は、
画像分析回路２より、例えば輝度ヒストグラム情報など
を供給され、これに加えて、モード切り替えスイッチ５
により選択されたモード状態に応じて撮像素子１の駆動
制御を行う。

モード切り替えスイッチ５の選択信号を受けて、制御モ
ード切り替え器３０１はコントローラ３の駆動モードを
ＮＯＲＭＡＬ−ＭＯＤＥ　（通常撮影モード）とＢＬＣ
−ＯＮ−ＭＯＤＥ　（逆光補正モード）のうちの一方に
設定する。

ＮＯＲＭＡＬ−ＭＯＤＥ　（通常撮影モード）の場合に
は、Ｖ　ｓｕｂ電位（サブストレート電圧値）を撮像素
子１自身の性能で決まる飽和電荷レベルの最大値となる
よう、第１０図のＬＥＶＥＬ２で示した状態に設定する
。

ＢＬＣ−ＯＮ−ＭＯＤＥ　（逆光補正モード）の場合に
は、Ｖ　ｓｕｂを第１０図（７）ＬＥＶＥＬ　ｌとＬＥ
ＶＥＬ２の間で、１画面撮影途中で切り替える。

ここで、切り替えのタイミング（ｔｉとｔ２）の設定及
びＬＥＶＥＬＩの飽和電荷レベルの設定は、前述の輝度
ヒストグラム等の画像分析結果に基づき、それぞれ、タ
イミング制御回路３０３と、レベル制御回路３０２にて
行われる。レベルとタイミングの設定により変化する総
合の光電変換特性は、第１２図に示すごとく、非線形特
性となる。レベル設定により変化する様子を白矢印で、
タイミング設定により変化する様子を黒矢印でそれぞれ
示す。

次に、輝度ヒストグラムの例を示した第１３図を用いて
、本実施例による逆光補正効果と画像分析の関連につい
て説明する。

ビデオカメラ等の自動露光調節機構は、通常、映像信号
１画面分の輝度信号の積分値を、所定の値に近づけるよ
うにアイリス等を制御している。

そのため、第１３図（ａ）に示す輝度ヒストグラムの曲
線イと口のように１画面内での明るさの分布が違ってい
ても、１画面分の輝度信号の積分値が同じになる場合に
は、アイリス１１は同じ様に制御される０曲線イは、逆
光撮影時に発生しやすい輝度発生頻度分布パターンで、
曲線口は、順光撮影時に発生しやすい輝度発生頻度分布
パターンである。

逆光補正のためにモード切替スイッチ５により、ＢＬＣ
−ＯＮ−ＭＯＤＥ　（逆光補正モード）が選択されると
、ＢＬＣスイッチ１９がＯＮになり、曲線イから、（ｂ
）に示すような曲線ハへと変化する。「黒つぶれ」して
いた撮像信号の底上げをして全体に適正露光の目安であ
る前述の所定の値（−点鎖線で示す）に近づけたため、
明部の撮像信号は高輝度クリップを起こし、発生頻度と
しては、明部へ偏ったパターンになっている。

次に、曲線への白飛び部分を第１２図の非線形処理によ
り、適正露光状態へ変換する。その結果、（ｂ）の斜線
部は不感帯のごとく、（ａ）の曲線口における明部の斜
線部へと変換され、結果として、順光状態に近い画像が
得られることとなる。

したがって、上述のような画像分析の特徴を利用し、タ
イミング制御回路３０３及びレベル制御回路３０２内で
、所定の演算処理を適宜行えば、前述＋７）ＬＥＶＥＬ
ＩとＬＥＶＥＬ２（７）切替のタイミング、及びＬＥＶ
ＥＬｌの飽和電荷レベルの設定が可能となる。

逆光補正後、輝度レベルの不連続あるいはレベル反転が
一部で発生する可能性もあるが、逆光時には、極めて発
生確率が低いので問題にならない。

次に、ＬＥＶＥＬ　１のポテンシャル電位の設定（電荷
の飽和レベルの設定）の仕方について説明する。

第１４図に、ポテンシャル電位を変化させて、光電荷の
あふれやすさを示す電荷の飽和レベルを３通り設定した
場合の、入射光の強度（２５％。

５０％、１００％）毎の蓄積時間ｔ（横軸）対、蓄積電
荷量（縦軸）の関係を示す。

飽和レベル■を出力信号の中間クリップ点となるように
ポテンシャル電位を設定したときに、入射光強度２５％
の光がちょうど、ｔ＝ｔｌで飽和レベル■に達するとし
、ｔ２期間では、入射光強度８００％の光が、ちょうど
、ｔ＝ｔ２で最大飽和レベル■に達すると仮定してみた
。同様にレベル■゛では、５０％と４００％の光の組み
合わせ、がそれぞれｔｌとｔ２で飽和し、レベル■”で
は、１００％と２００％の光が、それぞれｔｌとｔ２で
飽和することになるが、この時の光電変換特性を第１５
図に示す。

第１５図において、−点鎖線■−ａが入射光強度２５％
のときの特性で、点線■−ｂが入射光強度８００％の時
の特性である。この２つを合成して得られる特性が実線
■である。

このように、ポテンシャル電位を変化させることで、さ
まざまな光電変換特性が得られるのが分かる。

前述のポテンシャル電位の設定を、撮像した映像信号に
より制御することで適切な光電変換を行うことが可能で
ある。

映像信号を画像分析回路２にて、ヒストグラム分析した
１例の概念図を第１６図（ａ）、（ｂ）に示す、輝度レ
ベルＹの出現頻度分布を示したものが（ａ）で、その累
積度数グラフを示したものが（ｂ）である。前述のポテ
ンシャル電位設定と、撮像画面との対応付けは、さまざ
まな方法が考案可能で、各々が、それなりの利点を有し
ていると思われるが、以下に、その−例を紹介する。

第１６図の（ａ）及び（ｂ）の点線（イ）は、暗い部分
に出現頻度が集中しており、かつ、明るい部分、特にク
リップしていると思われるＭＡＸレベルに集中している
。このような場合には、ポテンシャル電位を第１４図の
レベル■に設定して、１画面中の輝度差の圧縮効果を大
きく出すのが適当である。

第１６図の実線（ロ）は、中間輝度レベルに集中し、大
きなりリップも発生していないような、明部の出現頻度
である。このような場合には、逆に、ポテンシャル電位
を第１４図のレベル■°に設定して、輝度差の圧縮を比
較的低めにして、中間調を再現しやすくするのが適当で
ある。

このような判断は、第１６図（ｂ）に示す、累積度数に
閾値（実線ハ）を設け、例えば、累積度数が５０％に達
した時の輝度レベルで分類（−点鎖線で示した■、■°
、■”の３領域）することで実現できる。つまり、輝度
レベルが閾値に達した点が■の範囲内であれば、ポテン
シャル電位をレベル■に設定し、■°の範囲内であれば
レベル■°、■”の範囲であればレベル■”という様に
ポテンシャル電位を設定すれば良い。もっと複雑な判断
ルールを用いた、コンピュータ判断でも、もちろん可能
である。

以上説明したように、現在主流になりつつあるＶＯＤ型
ＣＣＤに簡単な制御処理回路を付加することで、ビデオ
カメラ撮影時の大きな問題点とされている逆光補正を効
果的に行うことが可能となる。

従来の補正時に白く飛んでしまい再現のできなかった背
景部分までも主たる被写体と同時に撮像可能となるもの
で、この効果は絶大なものである。

また、広い階調の中で、高輝度領域において、より細か
な階調表現を望む場合には、ＬＥＶＥＬｌのポテンシャ
ル電位を、より、あふれやすく設定する等で、自動ある
いは、手動を問わず、対応可能である。

画像情報に応じて、自動的に最適な光電変換特性が設定
されるので、逆光時にカメラマンが判断し、逆光ボタン
を押したり、逆光補正の設定を小さな電子ビューファイ
ンダーＥＶＦを見ながら行う必要がなくなった。このた
め、広い階調表現を持ちながら、操作の簡単な、撮影ミ
スの少ない、ビデオカメラが実現できるという効果を有
する。

また、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で上記実施
例を修正もしくは変形したものに適用可能である。

［発明の効果］ 以上述べた様に、本発明の階調制御機能を有する撮像装
置においては、単位光蓄積期間中に、蓄積可能電荷量を
少く設定して低輝度の被写体に適した露光を行わせる動
作と、蓄積可能電荷量を多く設定して高輝度の被写体に
適した露光を行わせる動作を、各々行わせ、それぞれの
動作における蓄積可能電荷量のレベルを、画像情報に応
じて設定することにより、１画面内の低輝度の被写体と
高輝度の被写体の双方に良好な露光を実現することがで
きるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の構成を示したブロック図、 第２図（ａ）、（ｂ）は逆光状態での撮像例を示した図
、 第３図はＶＯＤ型ＣＣＤの構成例を示した図、第４図は
インターライントランスファ型ＣＣＤの概念図、 第５図は高速シャッター動作を示した図、第６図はフレ
ームインターライントランスファ型ＣＣＤの概念図、 第７図はＶＯＤ型ＣＣＤの縦抜きリセット動作概念図、 第８図はＶＯＤ型ＣＣＤの縦抜きリセット動作のタイミ
ングチャート、 第９図はコントローラの詳細構成図、 第１０図はポテンシャル・レベル制御の概念図、 第１１図はポテンシャル・レベル制御のタイミングチャ
ートを示した図、 第１２図は光電変換の非線形特性図、 第１３図（ａ）、（ｂ）は輝度ヒストグラムの例を示し
た図、 第１４図は蓄積時間と蓄積電荷量の関係を示した図、 第１５図は入射光強度と出力レベルの関係を示した図、 第１６図（ａ）、（ｂ）は映像信号をヒストグラム分析
した１例の概念図、 第１７図は従来の逆光補正回路の構成図、第１８図は従
来の逆光補正の効果を示した概念図である。 図中、５・・・モード切り替えスイッチ、１０・・・光
学系、１１・・・アイリス、１５・・・加算器、１７・
・・１ｇメータ、１９・・・ＢＬＣスイッチである。 第１図 ＢＬＣ−ＯＦＦ 第　２　図（ＣＩ） 不１こ方１丑イ万’１ｌ＝ｊろンｈ執コＥニイ夛°）第
　２　図（ｂ） 第　４　図（Ｑ） 第６図 第７図 第８図 づ Ｗｓ９図 ＠１０図 ＩＩ　１７図 １中−→明 ｇ　１３図 第１４図 第１６図　（０） （［＋−）（ｌ？目）−一一一一 １度 第１６図（ｂ） 第１７図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）光信号を受けて光電変換を行い、情報の蓄積を行
   うセンシング手段と、該センシング手段の蓄積可能電荷
   量を変化させる制御手段とを有し、１画面を構成するた
   めの単位光蓄積期間中に前記蓄積可能電荷量を前記制御
   手段により、複数の段階に変化させ、かつ、該複数の段
   階のレベルを、画像情報に応じて設定する様に制御する
   ことを特徴とする階調制御機能を有する撮像装置。
2. （２）前記蓄積可能電荷量を、前記単位光蓄積期間中の
   前部で少く、後部で多くなる様に変化させることを特徴
   とする請求項第１項に記載の階調制御機能を有する撮像
   装置。