JPH05103269A - ビデオカメラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】アイリス制御とＣＣＤ露光制御とを組合せ、Ｃ
ＣＤ露光制御に伴うフリッカ等を最小限に抑圧しなが
ら、ビデオカメラの自動露光調整範囲を大幅に拡大す
る。 【構成】輝度レベル検出回路８は輝度信号Ｙのレベルを
検出し、これを比較回路９、１２に出力する。比較回路
９は輝度レベルＹの基準電圧Ｅ１に対する誤差信号をア
イリス制御回路１０に出力する。アイリス制御回路１０
は誤差信号が零となるようにアイリス３を制御する。比
較回路１２は輝度信号Ｙの基準電圧Ｅ２（＞Ｅ１）に対
する誤差信号をシャッター速度制御回路１３に出力す
る。シャッター速度制御回路１３は誤差信号が零となる
ようにシャッタ速度を制御する。アイリス制御からシャ
ッタ速度制御への切り換えは、入射光量がアイリス制御
範囲を超えた場合に行われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ＣＣＤビデオカメ
ラ、特に自動露光調整機能を備えたＣＣＤビデオカメラ
に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＣＣＤビデオカメラの自動露光調整に
は、一般に自動アイリスが用いられている。これは、出
力される輝度信号が一定になるように、サーボ機構によ
り光学系のアイリスを自動制御する周知の技術である。
自動アイリスのサーボ制御範囲は解放絞りから既定の最
小絞りまでに制限される。最小絞りの制限はアイリスを
絞り切ってしまうとサーボ系が開ループとなり、ハンチ
ング等の不安定なアイリス制御を避けるためである。

【０００３】また、最近のＣＣＤビデオカメラには可変
速の電子シャッターが備えられている。これは、入射光
によってＣＣＤで生成される光電荷の蓄積時間を、フィ
ールド期間（ＮＴＳＣ方式では1/60秒）を上限とし水平
走査期間（同、63.5μs)を単位として制御する周知の技
術である。実効的な電荷蓄積量は電子シャッター速度に
対応して変化するので、電子シャッター速度を制御する
ことによりＣＣＤビデオカメラの自動露光調整が可能で
ある（以下、これをＣＣＤ露光制御という）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来のビデオ
カメラにおいては、自動アイリス制御の場合、屋外など
で入射光量が大きいと最小絞りの制限のため自動アイリ
スの制御範囲を超えることがあった。

【０００５】また、ＣＣＤ露光制御の場合、次のような
不具合が発生する。 （１）被写体の状態と無関係に電子シャッター速度が変
化するため、動体撮影の場合、被写体の見えかたが変わ
ってしまう。 （２）光源と無関係に電子シャッター速度が変化するた
め、光源とシャッター速度の組合せによっては顕著なフ
リッカの発生する場合がある。 （３）固体撮像素子特有の偽信号としてスミアがある
が、このスミアは入射光量を絞り過ぎたとき、特に目立
つ場合がある。

【０００６】そこで、この発明は、自動アイリス制御と
自動ＣＣＤ露光制御との制御範囲を異ならせることによ
り、自動露光範囲を大幅に拡大したビデオカメラを提案
するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
め、この発明の請求項１は、固体撮像素子への露光量を
制御する自動アイリス制御手段と、上記固体撮像素子の
電荷蓄積時間を制御することにより露光量を制御するＣ
ＣＤ露光制御手段とを備えたビデオカメラにおいて、上
記固体撮像素子の出力信号のレベルを検出するレベル検
出手段と、このレベル検出手段の出力信号のレベルを第
１の基準電圧と比較して第１の誤差信号を生成する第１
の比較手段と、上記レベル検出手段の出力信号のレベル
を上記第１の基準電圧より高い第２の基準電圧と比較し
て第２の誤差信号を生成する第２の比較手段とを有し、
上記第１の誤差信号に基づいて上記自動アイリス制御手
段を制御すると共に、上記第２の誤差信号に基づいて上
記ＣＣＤ露光制御手段を制御するようにしたことを特徴
とするものである。

【０００８】この発明の請求項２は、上記構成に加えて
上記固体撮像素子の出力信号のレベルを増幅する自動利
得制御手段と、上記レベル検出手段の出力信号のレベル
を上記第１の基準電圧より低い第３の基準電圧と比較し
て第３の誤差信号を生成する第３の比較手段とを有し、
上記第１の誤差信号に基づいて上記自動アイリス制御手
段を制御し、上記第２の誤差信号に基づいて上記ＣＣＤ
露光制御手段を制御すると共に、上記第３の誤差信号に
基づいて上記自動利得制御手段を制御するようにしたこ
とを特徴とするものである。

【０００９】

【作用】この発明の一実施例を示す図１において、輝度
レベル検出回路８は信号処理回路７から入力する輝度信
号Ｙの信号レベルを検出し、これを比較回路９、１２に
出力する。所望の輝度信号レベルに等しい第１の基準電
圧Ｅ１が与えられている比較回路９は、輝度レベルＹを
基準電圧Ｅ１と比較して誤差信号とし、これをアイリス
制御回路１０に出力する。アイリス制御回路１０は誤差
信号に基づいてアイリスモータ１１を介してアイリス３
を駆動し、入射光量を誤差信号が零となるように制御す
る。

【００１０】また、比較回路１２には第１の基準電圧Ｅ
１よりも大きい第２の基準電圧Ｅ２（＞Ｅ１）が与えら
れ、その誤差信号によってシャッター速度制御回路１３
が動作する。シャッター速度制御回路１３は誤差信号に
基づいて、ＣＣＤ撮像素子４の電荷蓄積時間を誤差信号
が零となるまで制御する。

【００１１】アイリス制御系とシャッター速度制御系と
は、何れか一方のみが動作して安定領域に入る場合や、
両制御系が同時に動作して安定領域に入る場合などがあ
り、一概にはその露光調整動作を特定できないが、最も
ポピュラーであると思われる制御動作を代表して説明す
る。

【００１２】例えば図２に示すように、入射光量がＡ〜
Ｂの範囲内にあるときには、アイリス制御系によって安
定領域に入り、入射光量レベルに応じた絞りとなってい
る。入射光量がＡ〜Ｂの範囲でそのときの出力輝度信号
が規定の１０５％以下に制御されている状態では、シャ
ッター速度制御系にとっては非制御領域（開放領域）に
当たるからである。このときシャッター制御系では非制
御状態にあるのでＣＣＤ撮像素子４の電荷蓄積時間は最
大の蓄積期間、つまりフィールド期間となるように制御
されている。

【００１３】アイリス制御系が動作中にも拘らず、その
入射光量が増え続け、Ｂレベル以上特にＣ〜Ｄのレベル
となったときには、今度はシャッター速度制御系がその
安定領域に入るような制御が行なわれる。そして、その
入射レベルに応じた電荷蓄積時間（最大の電荷蓄積時間
よりも短かな時間）に制御されて出力輝度信号のレベル
が１０５％程度に保持される。このとき、入射光量Ｂで
アイリスは最小絞りまで制御されてるから、入射光量が
Ｂレベル以上でもこの最小絞り状態を維持することにな
る。

【００１４】この発明の他の実施例を示す図３において
は、上述の自動アイリス制御と自動ＣＣＤ露光制御に加
えて、ＡＧＣ回路６による輝度信号の自動利得制御が行
われる。

【００１５】比較回路１４は、輝度レベル検出回路８か
ら入力する輝度信号レベルを、基準電圧Ｅ１よりも小さ
い第３の基準電圧Ｅ３（＜Ｅ１）と比較して誤差信号と
し、これをＡＧＣ回路６に出力する。図４のＦ〜Ｇのよ
うに入射光量が小さく自動アイリス制御範囲に達しない
ときには（アイリス制御系が非制御領域にあるときに
は）、ＡＧＣ回路６が動作して出力輝度信号Ｙを所定値
（図４では９５％の状態）に抑えるように輝度調整が行
なわれる。

【００１６】このとき、アイリス制御系およびシャッタ
ーー制御系は何れも非制御領域であるため、アイリス３
は解放絞りに、電子シャッター速度はオフ（最大の電荷
蓄積期間：フィールド期間に相当）に制御される。

【００１７】

【実施例】続いて、この発明に係るビデオカメラの実施
例について図面を参照して詳しく説明する。

【００１８】図１は、この発明の一実施例を示すブロッ
ク図である。入射光１はレンズ２、アイリス３を介して
ＣＣＤ撮像素子４に入射して光電変換され、電荷として
蓄積される。蓄積された電荷はＣＣＤ撮像素子４から読
みだされ、映像信号としてＡＧＣ回路５に供給される。
ＡＧＣ回路５は映像信号を所定の信号レベルに自動利得
制御して信号処理回路７に出力する。信号処理回路７は
ＡＧＣ回路５から入力する映像信号にプロセス処理とマ
トリクス処理を施して輝度信号Ｙを出力する。

【００１９】輝度レベル検出回路８は、信号処理回路７
から入力する輝度信号Ｙの信号レベルを検出し、これを
比較回路９、１２に出力する。

【００２０】比較回路９には所定の輝度信号に等しい第
１の基準電圧Ｅ１が与えられているので、比較回路９は
輝度レベルＹの基準電圧Ｅ１に対する誤差信号をアイリ
ス制御回路１０に出力する。アイリス制御回路１０は誤
差信号に基づいてアイリスモータ１１を駆動し、これと
連動するアイリス３を介して入射する光量を誤差信号が
零となるように制御する。

【００２１】また、比較回路１２には第１の基準電圧Ｅ
１よりも大きい第２の基準電圧Ｅ２（例えば、Ｅ２＝1.
05×Ｅ１）が与えられ、その比較出力がシャッター速度
制御回路１３に供給され、誤差信号が零となるような閉
ループ制御が行なわれる。

【００２２】次にこのように構成された利得制御系の動
作を説明するが、上述したようにアイリス制御系とシャ
ッター速度制御系とがそれぞれ設けられ、両者が同一の
出力輝度信号に基づいて動作するように構成されている
ときは、アイリス制御系とシャッター速度制御系とは、
何れか一方のみが動作して安定領域に入る場合や、両制
御系が同時に動作して安定領域に入る場合などがあり、
一概にはその露光調整（輝度調整）動作を特定できな
い。以下では、最もポピュラーであると思われる制御動
作を代表して説明する。

【００２３】図２は上述した自動露光調整の様子を示す
説明図である。同図において、入射光量Ａはビデオカメ
ラの最低照度、入射光量Ｂは自動アイリス制御の上限照
度、入射光量ＣはＣＣＤ露光制御の開始照度、入射光量
ＤはＣＣＤ露光制御の上限照度である。

【００２４】同図に示すように、入射光量が０〜Ａの範
囲にあって、しかも出力輝度信号Ｙが規定の１０５％以
下であるとしたときにはアイリス制御系にとっては非制
御領域（動作開放領域）となる。同様に、シャッター速
度制御系にとっては入射光量が０〜Ｃの範囲内でしかも
そのときの出力輝度信号Ｙのレベルが１０５％以内であ
るときには、この範囲は非制御領域となる。

【００２５】そこで、今図２に示すように入射光量がア
イリス制御系の安定領域内（Ａ〜Ｂのレベル範囲）にあ
り、このときの出力輝度信号Ｙのレベルが規定の１０５
％以内に収まっていると仮定したときには、出力輝度信
号Ｙはアイリス制御系のみによって安定領域（自動利得
制御領域）に入り、アイリス３は入射光量レベルに応じ
た絞りに制御されて利得は一定になっている。

【００２６】入射光量がＡ〜Ｂの範囲でそのときの出力
輝度信号が規定の１０５％以下に制御されている状態で
は、上述したようにシャッター速度制御系にとっては非
制御領域（開放領域）に当たるから、ＣＣＤ撮像素子４
の電荷蓄積時間は最大の蓄積期間、つまりフィールド期
間（１／６０秒）となるように制御されている。

【００２７】アイリス制御系が動作中にも拘らず、その
入射光量が増え続け、Ｂレベル以上特にＣ〜Ｄのレベル
となったときには、今度はシャッター速度制御系がその
安定領域に入るような制御が行なわれる。そして、その
入射レベルに応じた電荷蓄積時間（最大の電荷蓄積時間
よりも短かな時間）に制御されて出力輝度信号のレベル
が基準レベルＥ2（図では１０５％程度）に保持され
る。

【００２８】このとき、入射光量はＢレベルを越えてい
るので、アイリス３は最小絞りまで制御された状態にあ
り、しかも入射光量はＢレベル以上であるのでアイリス
制御系は制御領域に入っている。そのため、アイリス３
は最小絞り状態を維持することになる。

【００２９】入射光量が０〜Ａまで、Ｂ〜Ｃまで、およ
びＤ以上のレベルであるときには、何れも非制御領域と
なり、入射光量に応じた出力輝度信号Ｙのレベルとして
出力される。

【００３０】なお、入射光量がＡ〜Ｂの範囲内にあるに
も拘らずそのときの出力輝度信号Ｙが基準レベルＥ2を
瞬時に越えてしまっているようなときには、アイリス制
御系と同時にシャッター速度制御系が働くか、若しくは
アイリス制御系に先駆けてシャッター速度制御系が働い
て、出力輝度信号Ｙのレベルが基準レベルＥ2になるよ
うに制御され、次にアイリス制御系によってその出力レ
ベルが基準レベルＥ1となるように制御されるような制
御動作になる。結果的には、アイリス制御系の安定領域
内に収まる。シャッター速度制御系よりもアイリス制御
系の方がその応答速度が速いようなときにはアイリス制
御系が先に動作する。

【００３１】したがって、上述した動作を最も標準な制
御状態を基準にして整理すると、図２からも明らかなよ
うに入射光量範囲Ａ〜Ｂは、自動アイリス３の制御範囲
であり、この範囲内で輝度信号Ｙはアイリス制御回路１
０の制御により、基準電圧Ｅ１で定まる一定の信号レベ
ル（１００％）にアイリス制御される。この範囲内で
は、シャッタ速度は一定（1/60秒）である。

【００３２】入射光量範囲Ｂ〜Ｃは、アイリス制御の範
囲を超え、輝度信号Ｙが基準電圧Ｅ２で定まる信号レベ
ル（１０５％）に達し、シャッター速度制御回路１３に
よるＣＣＤ露光制御が開始されるまでの過渡範囲であ
る。この範囲内では、アイリス３は最小絞りまで絞り込
まれる。

【００３３】入射光量範囲Ｃ〜Ｄは、ＣＣＤ露光制御の
範囲であり、この範囲内で輝度信号Ｙはシャッター速度
制御回路１３により基準電圧Ｅ２で定まる一定の信号レ
ベル（１０５％）になるようにＣＣＤ撮像素子４の電荷
蓄積時間が自動制御される。この範囲内では、アイリス
３は最小絞りまで絞り込まれる。

【００３４】この実施例における自動露光調整範囲Ａ〜
Ｄは、従来の調整範囲（図２ではＡ〜Ｂの範囲）と比較
して大幅に拡大されている。

【００３５】図３は、この発明の他の実施例を示すブロ
ック図であり、上述の実施例にＡＧＣ回路６の自動利得
制御を加え、輝度信号レベルＹを所定レベルに自動補償
し、実質的な自動露光調整範囲を更に拡大したものであ
る。なお、図１に示した実施例と共通の部分には同一の
参照番号を付して、その重複説明を省略する。

【００３６】入射光１はレンズ２、アイリス３を介して
ＣＣＤ撮像素子４に入射して光電変換され、電荷として
蓄積される。蓄積された電荷はＣＣＤ撮像素子４から読
みだされ、映像信号としてＡＧＣ回路６に供給される。
ＡＧＣ回路６は映像信号を所定の信号レベルに自動利得
制御して信号処理回路７に出力する。信号処理回路７は
ＡＧＣ回路６から入力する映像信号にプロセス処理とマ
トリクス処理を施して輝度信号Ｙを出力する。

【００３７】輝度レベル検出回路８は、信号処理回路７
から入力する輝度信号Ｙの信号レベルを検出し、これを
比較回路９、１２、１４に出力する。

【００３８】比較回路９には前述の実施例と同様に基準
電圧Ｅ１が与えられており、比較回路９、アイリス制御
回路１０、アイリスモータ１１およびアイリス３による
自動アイリス制御は前述の実施例と同様に行われる。ま
た、比較回路１２には前述の実施例と同様に第１の基準
電圧Ｅ１よりも大きい第２の基準電圧Ｅ２（例えば、Ｅ
２＝1.05×Ｅ１）が与えられており、比較回路１２、シ
ャッター速度制御回路１３およびＣＣＤ撮像素子４によ
る自動ＣＣＤ露光制御は前述の実施例と同様に行われ
る。

【００３９】一方、比較回路１４には第１の基準電圧Ｅ
１よりも小さい第３の基準電圧Ｅ３（例えば、Ｅ３＝0.
95×Ｅ１）が与えられているので、自動アイリスの制御
範囲に達しない低照度において、輝度レベルＹが基準電
圧Ｅ３よりも小（Ｙ＜Ｅ３）の場合、比較回路１４から
の比較出力がＡＧＣ回路６に供給される。その結果、こ
のような低照度下では、ＡＧＣ回路６によってＣＣＤ撮
像素子４から読み出された映像信号を自動利得制御し、
輝度信号Ｙが基準電圧Ｅ３に等しくなるように増幅す
る。

【００４０】ＡＧＣ回路６による利得補償範囲内では、
アイリス制御回路１０によりアイリス３は解放絞りに制
御され、シャッター速度制御回路１３によりＣＣＤ撮像
素子４の電荷蓄積時間はオフ（1/60秒）に制御されるこ
とは明らかである。

【００４１】図４は、上述の利得補償を含む自動露光調
整の様子を示す説明図であり、図２と共通の参照符号を
用いて重複説明を省略する。

【００４２】入射光量ＧはＡＧＣ回路６による自動利得
補償の開始照度、入射光量ＦはＡＧＣ回路６による自動
利得補償の下限照度である。入射光量範囲Ｆ〜Ｇは、Ａ
ＧＣ回路６による自動利得補償範囲であり、この範囲内
で輝度信号ＹはＡＧＣ回路６の利得制御により、基準電
圧Ｅ３で定まる一定の信号レベル（図中、９５％と表
す）に利得補償される。この範囲内では、アイリス３は
解放絞り、シャッター速度はオフ（1/60秒）とされる。
この場合、輝度信号レベルの利得補償範囲Ｆ〜Ｇにおけ
る映像信号は低Ｓ／Ｎ比であるため、ビデオカメラの最
低照度Ａに満たない低照度領域に限定して自動利得補償
が行われる。

【００４３】この実施例における実質的な自動露光調整
範囲Ｆ〜Ｄは、従来の調整範囲Ａ〜Ｂと比較して更に大
幅に拡大されている。

【００４４】なお、電子シャッターを用いた自動露光調
整範囲の拡大に限定して上述したが、例えば、動体映像
のぶれ防止等のための電子シャッターの積極的な利用
は、従来同様に可能とされることは言うまでもない。

【００４５】

【発明の効果】上述のように、この発明は、アイリス制
御系とシャッター速度制御系の双方を異なる入射光量の
範囲で動作させるようにしたので、標準制御状態では自
動アイリスの露光調整範囲を越える高照度領域では電子
シャッター速度を可変してＣＣＤ露光調整を行い、ま
た、自動アイリスの露光調整範囲に満たない低照度領域
では、自動利得制御により輝度信号のレベル補償を行う
ことができる。

【００４６】そのため、従来のＣＣＤ露光制御に伴う不
具合、例えば動体映像の見えかたの変化、顕著なフリッ
カやスミアの発生を抑圧しながら、自動露光調整範囲を
格段に拡大できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示す構成図である。

【図２】同実施例の動作を示す説明図である。

【図３】この発明の他の実施例を示す構成図である。

【図４】同実施例の動作を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 入射光 ３ 自動アイリス ４ ＣＣＤ撮像素子 ５、６ ＡＧＣ回路 ７ 信号処理回路 ８ 輝度レベル検出回路 ９、１２、１４ 比較回路 １０ アイリス制御回路 １１ アイリスモータ １３ シャッター速度制御回路 Ｅ１ 第１の基準電圧 Ｅ２ 第２の基準電圧（＞Ｅ１） Ｅ３ 第３の基準電圧（＜Ｅ１） Ｙ 輝度信号

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固体撮像素子への露光量を制御する自動
   アイリス制御手段と、上記固体撮像素子の電荷蓄積時間
   を制御することにより露光量を制御するＣＣＤ露光制御
   手段とを備えたビデオカメラにおいて、 上記固体撮像素子の出力信号のレベルを検出するレベル
   検出手段と、 このレベル検出手段の出力信号のレベルを第１の基準電
   圧と比較して第１の誤差信号を生成する第１の比較手段
   と、 上記レベル検出手段の出力信号のレベルを上記第１の基
   準電圧より高い第２の基準電圧と比較して第２の誤差信
   号を生成する第２の比較手段とを有し、 上記第１の誤差信号に基づいて上記自動アイリス制御手
   段を制御すると共に、上記第２の誤差信号に基づいて上
   記ＣＣＤ露光制御手段を制御するようにしたことを特徴
   とするビデオカメラ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のビデオカメラにおい
   て、 上記固体撮像素子の出力信号のレベルを増幅する自動利
   得制御手段と、 上記レベル検出手段の出力信号のレベルを上記第１の基
   準電圧より低い第３の基準電圧と比較して第３の誤差信
   号を生成する第３の比較手段とを有し、 上記第１の誤差信号に基づいて上記自動アイリス制御手
   段を制御し、上記第２の誤差信号に基づいて上記ＣＣＤ
   露光制御手段を制御すると共に、上記第３の誤差信号に
   基づいて上記自動利得制御手段を制御するようにしたこ
   とを特徴とするビデオカメラ。