JPH05122614A

JPH05122614A - 撮像装置

Info

Publication number: JPH05122614A
Application number: JP3281439A
Authority: JP
Inventors: Giichi Akamine; 義一赤嶺
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1991-10-28
Filing date: 1991-10-28
Publication date: 1993-05-18

Abstract

(57)【要約】【目的】この発明の撮像装置にあっては、局所的に強い
光が存在する場合の露光量補正の際に見にくい画像が出
力されず、通常速度の動画像も充分に露光量補正するた
めに、撮像素子から非破壊で読出してその露光量を参照
して透過光量調節部材を各セグメント毎に制御すること
を特徴とする。【構成】この発明は、結合光学系１により入射された被
写体像が、その透過光量を制御する液晶シャッタ３を介
して非破壊読出し及び高速読出し可能に撮像するＣＭＤ
固体撮像素子２で撮像される。撮像された映像信号から
は、レベル検出回路６及びカウンタ７にて、それぞれ対
応する画素の露光量及び時刻が検出される。そして、パ
ルス幅決定回路８に於いて、液晶シャッタ３の透過光量
を補正するためのパルス幅が決定され、これに基いて液
晶駆動回路１０が液晶シャッタ３の入射光を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はビデオカメラやスチル
カメラ等の光量補正装置に適用する撮像装置に関し、特
にＣＭＤ撮像素子を用いた撮像装置に於いてダイナミッ
クレンジの拡大等の処理を可能とする撮像装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ビデオカメラに於いて、その光量
制御は絞り制御によって行われている。通常、このよう
な絞り制御は、ビデオ出力信号の平均値によって全体の
絞りが制御されていた。すなわち、通常、撮像管の出力
信号を増幅器等で増幅したビデオ信号を平均化し、この
平均化されたビデオ出力信号に基いて絞り量が制御され
ていた。

【０００３】したがって、このような従来のビデオカメ
ラに於いては、撮像画面中に局所的な強い光が存在する
と、全体に絞り過多となり、いわゆる逆光時の光量絞り
過ぎによって画面全体が著しく暗くなってしまうという
問題があった。これに対しては、画面の垂直方向上部に
相当する部分の信号を減衰させて平均化を行い、これに
よって逆光時の絞り過多現象を防止した装置が提案され
ている。しかしながら、上記従来装置は、逆光による絞
り過多の補正が、明るい空によるときのみに限定されて
おり、一般的な局部的光量過多に対する根本的な対策と
は成り得ていなかった。

【０００４】上述した任意位置の局部的な強い光に対し
ては、従来に於いても、例えば特開昭６３−３５０８１
号公報に開示されているような、ビデオカメラの光量補
正装置が提案されている。この光量補正装置は、ＣＣＤ
撮像素子の光入射側に液晶シャッタを配置し、ＣＣＤ撮
像装置の各画素に対して粗く区分けされた液晶シャッタ
のマトリクスセグメントにより、入射光を局部的に減光
することを特徴としている。

【０００５】この光量補正装置は、画面上の任意の位置
に生じる局所的な強い光に対して、当該部分でのみ光量
補正を行うことを可能とし、全体的な光量不足が生じな
い逆光或いはその他の任意の局所的スポットに対処する
ことを可能としたものである。

【０００６】また、特開平２−１０７０７６号公報に
は、ＣＭＤ（電荷変調素子）撮像装置を用い、これらの
固体撮像素子上のある画素から、１回の露光期間中に異
なる時刻で複数回の読出しを行い、これらの信号を電気
的に合成することで、暗い部分を撮像した際の実効的な
信号電荷数を増大させ、ダイナミックレンジの広い画像
信号を得られるようにしたものが開示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た特開昭６３−３５０８１号公報に開示されるような光
量補正装置は、ＣＣＤ撮像素子が一度読出しを行うと、
素子内に蓄積された電荷が失われて入力信号が破壊され
てしまう。このため、補正した画像信号のみを出力する
場合は、専用の画像メモリを必要とし、画像メモリを設
けずに補正しながら出力する場合は、画面上のどの部分
に於いても局所的に強い光が存在する場合、補正中は見
にくい画像が出力されるといった問題がある。

【０００８】また、上記何れの場合に於いても、ＣＣＤ
撮像素子の読出し速度は６０分の１秒程度なので、動画
像の場合は補正できない場合があるといった欠点を有し
ていた。

【０００９】更に、特開平２−１０７０７６号公報に開
示された装置に於いても、読込み回数分のフレームメモ
リとＤ／Ａ変換器と係数器に加えて、加算処理が必要で
あるという欠点を有していた。

【００１０】この発明は上記課題に鑑みてなされたもの
で、メモリを用いた複雑な積和演算を行うことなく、局
所的に強い光が存在する場合の露光量を補正するにあた
っても見にくい画像を出力することなく、且つ通常速度
の動画像に於いても充分に露光量を補正することのでき
る撮像装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】すなわちこの発明は、被
写体像を結像する光学系と、この光学系により入射され
た被写体像を非破壊読出し及び高速読出し可能に撮像す
る撮像素子で構成される撮像部と、この撮像部の結像面
に設けられた透過光量を制御可能な透過光量制御媒体
と、上記撮像部より非破壊読出しされる信号値を参照し
て上記撮像部の露光量及び露光時刻に基いた透過光量制
御信号を発生する信号発生手段と、この信号発生手段で
発生された透過光量制御信号に基いて上記透過光量制御
媒体の透過光量を制御する制御手段とを具備することを
特徴とする。

【００１２】

【作用】この発明の撮像装置にあっては、結像を目的と
するレンズ、及び絞り等の光学的手段と、ＣＭＤ撮像素
子によって成る撮像部を備え、上記ＣＭＤ撮像素子の光
入射側には液晶シャッタ等の透過光量調節部材とを設
け、この透過光量調節部材はＣＭＤ撮像素子の各画素に
対応して、それぞれ別個に透過光量を制御可能なマトリ
クス状セグメントに区分けされている。そして、目的と
する露光を行うと共に、補正後の信号のみを映像信号と
して出力する。

【００１３】

【実施例】以下、図面を参照してこの発明による実施例
を説明する。図１は、この発明に係る撮像装置が適用さ
れたもので、ＣＭＤ固体撮像素子を用いた撮像装置の構
成を示したブロック図である。

【００１４】図示されない被写体からの光は、結像光学
系１を通過し、ＣＭＤ固体撮像素子２の撮像面に結像す
る。このＣＭＤ固体撮像素子２の結像面には液晶シャッ
タ３が配されており、液晶シャッタ３はＣＭＤ固体撮像
素子２の各画素に対して結像光学系１より入射される入
射光を制御可能なマトリクス状セグメントに区分けす
る。尚、ここではＣＭＤ固体撮像素子２の各画素とした
が、上記素子の予め組分けされた画素群であっても良
い。

【００１５】ＣＭＤ固体撮像素子２より非破壊読出しさ
れる信号は、プリアンプ４で増幅される。そして、増幅
された映像信号は、ＣＭＤ固体撮像素子２の各素子の露
光終了時にはスイッチ回路５のスイッチング動作によ
り、ビデオ処理回路３へ送られてビデオ信号に変換さ
れ、図示されないＣＲＴ等へ出力される。露光期間中で
あれば、スイッチ回路５は、スイッチング動作により、
以下後続のレベル検出回路６とカウンタ７に、プリアン
プ４で増幅された上記信号を送る。尚、スイッチ回路５
のスイッチング動作は、後述するＣＭＤ駆動回路１１の
リセット動作と同期して制御回路１２により制御される
ものである。

【００１６】上記レベル検出回路６は、上記ビデオ信号
より、対応する画素の露光量（電位）を検出する。一
方、カウンタ７は、スイッチ回路５のスイッチング動作
をカウントして、ＣＭＤ固体撮像素子２の露光開始後か
らの時刻を検出し、検出された露光量と時刻の信号をパ
ルス幅決定回路８に供給する。

【００１７】このパルス幅決定回路８は、入力された現
在の露光量と時刻の信号より、対応する画素の露光時間
終了時刻での露光量を予測し、最終的には液晶シャッタ
３でこれを最適値に補正するためのパルス幅を決定す
る。これは、上記露光量と時刻の組合わせにより、１対
１で決定を行うような簡単なマトリクス回路で実現する
ことができる。

【００１８】そして、パルス幅決定回路８で決定された
パルス幅をパルス発生器９で発生させ、液晶駆動回路１
０に与えることにより、液晶シャッタ３の上記セグメン
トを、そのパルス幅期間だけ閉じ、上記画素への入射光
を遮光することによって、目的とする補正を行う。

【００１９】液晶駆動回路１０は、指定するセグメント
を指定時間遮光することによって入射光を制御するもの
で、上記セグメントの指定はＣＭＤ駆動回路１１からの
信号によって、そして遮光時間の指定はパルス発生器９
からの信号によって行われる。

【００２０】上記ＣＭＤ駆動回路１１は、制御回路１２
より制御信号を受け、ＣＭＤ固体撮像素子２の全画素に
対し走査を行い、各々の時刻で個々の画素を指定して読
出しやリセットを制御する。これと同期して、ＣＭＤ駆
動回路１１は液晶駆動回路１０を制御し、上記同時刻に
指定された画素に対応する上記セグメントを指定する。
そして、これらの指定を受けて、上述したように、液晶
駆動回路１０はパルス発生器９より受ける指定期間、指
定された上記セグメントを制御して、対応する画素に入
射される入射光の遮断を行う。次に、図２及び図３を参
照して、この実施例による補正動作を説明する。

【００２１】同実施例による補正は、例えば図２に示さ
れるように、板面照度が大きくなると信号電荷数の変化
率が小さくなる、いわゆるニー（Ｋｎｅｅ）特性が得ら
れるように行われる。このとき、撮像装置の出力が飽和
する板面照度は４Ｌｏであり、そのときの信号電荷量を
４ＫＥｏとする。

【００２２】上記補正は、露光時間中の読込み回数と補
正回数を増加させて対数特性に近づけることも理想であ
るが、露光期間中の充分に早い時期に一度だけ読込みを
行って、露光期間終了時での露光量を予測し、対応する
画素に対して１回のみの補正を行っても良い。

【００２３】上述した露光量予測方法としては、パルス
幅決定回路８にて、レベル検出回路６からの電荷量Ｅ、
カウンタ７より得られる時刻ｔの２つのパラメータを基
に、図３に示されるように、露光期間終了時に飽和す
る、ある画素に供給された信号が、時刻ｔと電荷量Ｅの
間で線形であるといった特性に基いて行う。

【００２４】すなわち、図３に於いて、ｔ₀は露光期間
終了時刻、ｔ₁、ｔ₂はそれに至る途中時刻、Ｅ₀は飽
和時の信号電荷量、Ｅ₁、Ｅ₂はそれぞれ時刻ｔ₁、ｔ
₂時の電荷量である。ここで、各々の時刻で時刻ｔ₀で
の電荷量を予測するのは容易であり、例えば時刻ｔ₁で
すでにＥ₁を越えているのであれば、ｔ₀の時点で信号
がつぶれてしまうのは明白である。したがって、その度
合いに応じてパルス幅決定回路８にてパルス幅を増や
し、パルス発生器９により指定のパルス幅を液晶駆動回
路１０に与え、液晶シャッタ３の指定セグメントを指定
パルス期間閉じることによって露光量を調節する。そし
て、再びその結果が、ＣＭＤ固体撮像素子２より、プリ
アンプ４、スイッチ回路５を経て、レベル検出回路６に
は現状の露光量が、そしてカウンタ７には現状の時刻が
与えられる。これらを基に、パルス決定回路８に於い
て、図３の特性に基いて、次のパルス幅の決定という動
作を繰返す。

【００２５】露光期間終了時ｔ₀には、制御回路１２が
ＣＭＤ駆動回路１１を制御してＣＭＤ固体撮像素子２の
各画素に対してリセット信号を与え、同時にスイッチ回
路５に対してビデオ処理回路５への出力を指示する。

【００２６】以上の動作を繰返すことにより、露光時間
内に高速で補正を行うことが可能となる。また、補正後
のダイナミックレンジの広い映像信号のみを出力しなが
ら回路的にも簡略化されるので、画像メモリや加算処理
も必要としなくなった。

【００２７】尚、上述した実施例は、パルス発生器９よ
りパルス信号を与え、液晶シャッタ３のシャッタ閉じ期
間の制御を行うことにより、ＣＭＤ固体撮像素子２への
露光時間を調節するものであったが、液晶シャッタ３の
代わりに上記画素または画素群に対応して透過率の可変
な媒体を用いて、該媒体の透過率を制御することによっ
て、露光量の調節を行ってもよい。

【００２８】また、上記液晶シャッタ３に代わる媒体
は、上記ＣＭＤ固体撮像素子２の各画素に対応して、そ
れぞれ別個に透過光量を制御してもよく、或いは各画素
に対して行ってもよい。更に、上記媒体の反応速度が充
分に早く、個々の画素または画素群に対して露光制御が
可能であるならば、単一セグメントから成る媒体で構成
してもよい。

【００２９】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、非破壊
読出し及び高速読出しが可能な固体撮像素子を用いたこ
とにより、露光時間中に露光量の補正を行い、ダイナミ
ックレンジの広い補正終了後の信号のみを一定周期で露
光期間終了後に出力し、メモリを用いた複雑な積和演算
を行なうことなく、局所的に強い光が存在する場合の露
光量を補正するにあたっても見にくい画像を出力するこ
となく、且つ通常速度の動画像に於いても充分に露光量
を補正することのできる撮像装置を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る撮像装置が適用されたもので、
ＣＭＤ固体撮像素子を用いた撮像装置の構成を示したブ
ロック図である。

【図２】この発明の一実施例の動作を説明するための板
面照度とビデオ出力に対応する信号電荷量の関係を示す
特性図である。

【図３】この発明の一実施例の動作を説明するための時
刻に対する信号電荷量の特性を示した図である。

【符号の説明】

１…結像光学系、２…ＣＭＤ固体撮像素子、３…液晶シ
ャッタ、４…プリアンプ、５…スイッチ回路、６…レベ
ル検出回路、７…カウンタ、８…パルス幅決定回路、９
…パルス発生器、１０…液晶駆動回路、１１…ＣＭＤ駆
動回路、１２…制御回路、１３…ビデオ処理回路。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被写体像を結像する光学系と、この光学系により入射された被写体像を非破壊読出し及
び高速読出し可能に撮像する撮像素子で構成される撮像
部と、この撮像部の結像面に設けられた透過光量を制御可能な
透過光量制御媒体と、上記撮像部より非破壊読出しされる信号値を参照して上
記撮像部の露光量及び露光時刻に基いた透過光量制御信
号を発生する信号発生手段と、この信号発生手段で発生された透過光量制御信号に基い
て上記透過光量制御媒体の透過光量を制御する制御手段
と、を具備することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】上記透過光量制御媒体は上記撮像素子の
予め組分けされた画素群に対し、それぞれ別個に透過光
量を制御可能である請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】上記透過光量制御媒体は上記撮像素子の
各画素に対応して、それぞれ別個に透過光量が制御可能
である請求項１に記載の撮像装置。
【請求項４】上記撮像部は該撮像素子からの非破壊読
出しにより、該撮像素子の所定の画素から１回の露光期
間中の補正可能な時刻に１回、若しくはこの補正可能な
時刻を含む上記露光期間中に複数回の読出しを行い、上
記信号発生手段は上記読出しによってその都度各読出し
時点での露光量を検出し、この検出によって上記制御手
段が上記透過光量制御媒体の透過光量を制御する請求項
１に記載の撮像装置。
【請求項５】上記制御手段は上記露光量の参照結果、
該当する露光期間の終了時点での各画素若しくは画素群
への露光量の予測を行い、これに基いて上記透過光量制
御媒体の透過光量を制御する請求項４に記載の撮像装
置。
【請求項６】上記透過光量制御媒体は、上記撮像部の
入射光の遮断時間若しくは透過率を変化させることによ
り、上記画素若しくは画素群への透過光量を制御する請
求項１に記載の撮像装置。
【請求項７】上記撮像部は、露光期間がビデオ信号の
サンプリングレート以上に短くても、上記予測を行うた
めに充分に高速な読出しが可能な撮像素子を有する請求
項５に記載の撮像装置。