JPH063193A - カラーセンサ回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ビデオカメラや電子スチルカメラ等のビデオ信
号のカラー補正用に適するカラーセンサ回路の動作をデ
ィジタル化して動作信頼性を高めかつＭＯＳ回路化によ
って合理化する。 【構成】被検出光Ｌの R,G,Bカラー成分をフォトセンサ
10r,10g,l0b でそれぞれ受け、その光検出信号DSを信号
変換回路20r,20g,20b によって時間信号Stに一旦変換
し、量子化回路40によりこの時間信号Stが表す時間をク
ロック回路30で作られた周期が経時的に順次変化する可
変クロックVCで刻んで各カラー成分光の強度をそれと対
数等の関係にあるディジタルなカラーデータCDに変換す
る。

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，電子スチ
ルカメラ等の映像信号のカラー補正のために被検出光の
カラー成分を測定するに適するカラーセンサ回路に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】周知のように上述のビデオカメラ等によ
り撮像される画像の色調は撮像対象が受ける自然光や照
明光によって微妙に変わって来るので、いつでも白色光
の下で撮像したように映像信号をカラー補正するいわゆ
るオート・ホワイトバランス・コントロール(AWC) を施
すのが望ましいが、このためにはまず環境光に含まれる
カラー成分を正確に測定する必要がある。

【０００３】従来のかかる目的に適するカラーセンサで
は、３原色である R,G,B用に３個のフォトセンサ, ふつ
うはフォトダイオードを用い、それらに対し被検出光と
して自然光や照明光である環境光をそれぞれ R,G,Bのカ
ラーフィルタを介して与え、各フォトセンサによる光検
出信号を正確なアナログ回路によって増幅するようにし
ている。しかし、環境光やそのカラー成分の強度範囲が
非常に大きく数桁程度にも変化するため、通常のアナロ
グな比例増幅では扱い得る信号値の変化範囲に制限があ
って R,G,Bのカラー成分間の差が出なくなりやすい。

【０００４】このため、フォトセンサの光検出信号を受
けるアナログ増幅回路には従来から入力信号値に対し出
力信号値が対数関係になる対数増幅回路を用いるのが通
例である。この対数増幅回路の出力信号は入力信号の低
い範囲では伸長され高い範囲では圧縮されるので、被検
出光のカラー成分の強度が数桁の範囲に変化した場合に
も成分間の強度の違いを検出しやすくなる。この強度の
違いはカラー成分間の出力信号値の差，すなわちカラー
成分の強度比で表すのがよく、ふつうはＧ成分強度をＲ
成分強度とＢ成分強度とでそれぞれ除した２個の色温度
信号成分が映像信号のカラー補正に用いられる。補正用
にこれら色温度信号成分値を伸長したい場合は逆対数増
幅回路によりそれらを正規の成分値に変換する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述の従来のカラーセ
ンサ用の信号処理回路は複数個のフォトセンサとともに
共通の半導体チップに作り込んだ集積回路装置の形でカ
メラ等にその映像信号のカラー補正のため組み込まれる
が、前述のように各フォトセンサの光検出信号の増幅に
対数増幅特性をもつ特殊で精密なアナログ増幅器を用い
るバイポーラ形の高級なリニア集積回路になるので、高
集積化に限度があって高価につきやすく、かつノイズや
温度等の外部の影響を受けて動作特性に誤差や狂いが発
生しやすい問題がある。この問題点を解決するため、本
発明は高級な回路を用いることなくＭＯＳ回路で容易に
構成でき、被検出光のカラー成分強度の差ないし比を正
確に検出できるカラーセンサ回路を提供することを目的
とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明では、被検出光の
カラー成分をそれぞれ受けるフォトセンサと、フォトセ
ンサから光検出信号を受けてそれが表す光強度をそれぞ
れ時間信号に変換する信号変換回路と、時間の経過に応
じ周期が順次変化する可変クロックを発生するクロック
回路と、時間信号を受けてそれが表す時間を可変クロッ
クにより刻んだディジタルなカラーデータに変換する量
子化回路とを備えるカラーセンサ回路によって上述の目
的を達成する。

【０００７】なお、上述のフォトセンサには電荷蓄積形
フォトダイオード等の積分動作形のセンサを用い、信号
変換回路にはこのフォトセンサの光検出信号の値が設定
値に達したとき論理状態が切り換わるディジタルな時間
信号を発生させるのが、それ以降の量子化回路等をすべ
てディジタル動作をするＭＯＳ回路で構成できる点でと
くに有利であり、場合によってはフォトセンサ側の積分
動作を信号変換回路の方にもたせるようにしてもよい。

【０００８】前述のように被検出光のカラー成分の強度
が広範囲に変化し得るので、量子化回路により時間信号
が表す時間を可変クロックにより刻んでカラーデータに
変換する際に、カラーデータが各フォトセンサが受ける
カラー成分強度と対数関係になるようクロック回路によ
って周期が経時的に順次増加する可変クロックを発生さ
せるのが有利である。かかる可変クロックはカラーデー
タに高精度を要しない場合は一定周期のクロックを受け
る分周回路の動作を切り換えることによっても発生でき
るが、カラーデータの精度向上にはクロック回路内に記
憶手段を設けて可変クロックの周期を指定するデータを
あらかじめ記憶させて置き、これに一定周期のクロック
を計数するクロックカウンタと，そのカウント値を記憶
手段から読み出したデータと比較して一致したとき一致
パルスを発する比較回路と，この一致パルスを計数して
カウント値を記憶手段にデータの読み出しアドレスとし
て与えるアドレスカウンタを組み合わせて、比較回路の
一致パルスを可変クロックとして取り出すようにするの
がとくに有利である。

【０００９】また、時間信号をカラーデータに変換する
量子化回路は上述の可変クロックを時間信号が表す時間
内だけ計数するカウンタをフォトセンサごとに設けるこ
とによっても構成できるが、構成を簡単化する上ではこ
れを可変クロックを計数する単一のカウンタと，そのカ
ウント値を各時間信号の論理状態が切り換わったとき読
み込んで記憶するラッチによって構成して、これらラッ
チの記憶内容をカラーデータとして順次取り出すように
するのが有利である。

【００１０】

【作用】本発明のカラーセンサ回路は、被検出光の各カ
ラー成分のフォトセンサによる光検出信号を時間信号に
一旦変換した上でそれが表す各カラー成分の強度に対応
する時間を周期が変化する可変クロックで刻んでカラー
データに変換することにより、カラー成分の強度が広範
囲に変化してもその対数等であるカラーデータにより表
せるようにし、このデータへの変換を量子化回路のディ
ジタル動作により誤差や狂いなく正確に行なわせ、かつ
高級な増幅器を用いることなく回路全体をＭＯＳ回路で
容易に構成できるようにしたものである。

【００１１】上述のカラー成分の強度は必ずしもその対
数のカラーデータに変換する必要はないが、対数変換す
ればカラー成分強度間の比を対応するカラーデータ間の
差で簡単に計算できる点で有利である。この対数変換を
行なわせるには、時間信号が表す時間を刻むべき可変ク
ロックのｎ番目のクロックを例えば次式で指定される時
間ｔ(n) に発生させるのがよい。

【００１２】 ｔ(n) ＝ａⁿ ｔ_O (1) ただし、ａは１より大な定数で、ｔ_O はｎ＝０に対応す
る最初のクロックの発生時間である。かかるタイミング
ｔ(n) で順次発生される可変クロックにより時間信号が
表す時間τを刻み、ｔ(n) がτになったときのｎの値を
カラーデータCDとするとその値はａを底とするτ／ｔ_O
の対数となる。実際にはカラーデータCDをｎ＝０の時の
ｔ_O に対応する値が０になるよう発生させるのがよく、
この場合はカラーデータCDが定数ａを底とする時間τの
対数となる。

【００１３】カラーセンサを利用するカメラでは露出量
の調整等に光量が２倍になるごとに１単位ずつ上がるい
わゆる露出値EVが用いられるので、実際面では上述の対
数の底ａの値を２, ないし２に関連付けて設定するのが
有利である。例えば、カラー成分の検出精度を上げるた
めに１EVをＮ段階に分割して対数の底をａ＝２^1/N に設
定するのがよい。カラー成分強度をかかるａを底とする
その対数であるカラーデータCDに変換すれば、本発明に
よるカラーセンサ回路をカメラの自動露出調整回路や自
動焦点化回路と共用の集積回路装置に組み込んで回路相
互間のデータの授受を円滑に行なわせることができる。

【００１４】

【実施例】以下、図を参照して本発明の実施例を説明す
る。図１は本発明のカラーセンサ回路の実施例を示すブ
ロック回路図、図２はフォトセンサと信号変換回路の具
体構成例を示す回路図とそれに関連する主な信号の波形
図、図３はクロック回路の具体構成例を示す回路図と可
変クロックの波形図である。なお、以下に説明する実施
例では被検出光の各カラー成分の強度がその対数である
カラーデータに変換されるものとする。

【００１５】図１において、カラーセンサが受ける被検
出光Ｌはビデオカメラや電子スチルカメラの撮像対象が
受ける自然光や照明光, ないしその撮像視野のほぼ全体
からの入射光であり、その R,G,Bの３原色のカラー成分
をそれぞれ検出するためこの実施例でも従来と同様に３
個のフォトセンサ10r, 10g, 10b を用い、R,G,B 用のカ
ラーフィルタ11r, 11g, 11b をそれぞれ介して被検出光
Ｌをそれらに与える。これらのフォトセンサ10には図２
(a) に示すようにフォトダイオード12を用い、そのpn接
合がもつ接合容量13を利用して電荷蓄積による積分形動
作を行なわせるのがよい。すなわち、検出動作の開始前
に電源電圧Ｖによってその接合容量13を逆バイアス方向
に充電して置き、被検出光Ｌの強度に比例するその光電
流により接合容量13を放電させながら、フォトダイオー
ド12の経時的に変化する陽極側の電位を光検出信号DSと
して出力させるようにする。

【００１６】本発明ではフォトセンサ10r, 10g, 10b に
対応してそれらから光検出信号DSをそれぞれ受ける３個
の信号変換回路20r, 20g, 20b を設ける。その具体回路
例を図２(a) の信号変換回路20により示し、その動作波
形を図２(b) 〜(d) に示す。図示の信号変換回路20はリ
セットパルスRPによりオン動作してフォトセンサ10の接
合容量13を電源電圧Ｖに充電するリセットトランジスタ
21と, 光検出信号DSを一方の入力に, 基準電圧Vrを他方
の入力にそれぞれ受け出力が時間信号Stとして取り出さ
れるコンパレータ22とから構成される。

【００１７】この信号変換回路20のトランジスタ21が図
２(b) のリセットパルスRPを受けてオンすると、図２
(c) の光検出信号DSは０にリセットされ、これと同時に
コンパレータ22の出力である図２(d) の時間信号Stもロ
ーの論理状態にセットされる。その後はフォトダイオー
ド12の光電流により接合容量13が放電するので、光検出
信号DSは被検出光Ｌの強度に応じた傾斜で図２(c) のよ
うに立ち上がり、これを受けるコンパレータ22は光検出
信号DSが基準電圧Vrに達したときその出力である時間信
号Stを図２(d) に示すようにハイの論理状態に変化させ
る。このように、フォトセンサ10が受ける被検出光Ｌの
強度がその光検出信号DSを介して信号変換回路20により
時間信号Stの図２(d) に示す時間τに変換される。

【００１８】本発明では上述のように構成された図１の
３個の信号変換回路20r, 20g, 20bからそれぞれ出力さ
れる時間信号Stが表す時間τをその下側に示す量子化回
路40によりカラーデータCDにそれぞれ変換するが、この
変換に際し時間τを刻むべき可変クロックVCをクロック
回路30により発生させる。図１に示す実施例ではこのク
ロック回路30に３個の時間信号Stが表す時間τ中の最短
時間に対応するタイミングで可変クロックVCの出力を開
始させる。オアゲート１はかかるタイミングの指定用で
あって、３個の時間信号Stを入力してそれらが示す時間
τのいずれかが経過して論理状態がハイに変わると同時
にオア信号Soをクロック回路30に与えて可変クロックVC
の出力を開始させる。図３にこのクロック回路30の具体
回路例が示されているので、以下その構成と動作を説明
する。

【００１９】図３(a) のクロック回路30には前述の (1)
式のタイミングｔ(n) に従って可変クロックVCを発生さ
せるためその関数値を記憶する記憶手段31, 例えばＲＯ
Ｍを組み込んで、これに (1)式中のクロック番号ｎに相
応するアドレスＡを指定することによりその枠内に簡略
に示された指数関数の値であるデータＤを読み出せるよ
うにする。このほかクロック回路30には、一定の周期を
もつ基準クロックRCを発生する基準クロック回路32, 基
準クロックRCを計数するクロックカウンタ33,その計数
値を記憶手段31から受けるデータＤと比較する比較回路
34, 記憶手段31にアドレスＡを指定するアドレスカウン
タ35, およびオア信号Soによってイネーブルされるアン
ドゲート36が設けられる。

【００２０】このクロック回路30は前述のリセットパル
スRPによってクロックカウンタ33とアドレスカウンタ35
がクリアされた後に動作を開始する。比較回路34はクロ
ックカウンタ33による基準クロックRPの計数値を記憶手
段31側から受けるデータＤと比較し、両者が一致したつ
どに一致パルスCPをアドレスカウンタ35に与えて記憶手
段31に指定するアドレスＡを歩進させ、これに応じ記憶
手段31から出力されるデータＤの内容が切り換えられ
る。かかる動作中に前述のオア信号Soを受けるとアンド
ゲート36がイネーブルされ、それ以降は一致パルスCPが
可変クロックVCとしてクロック回路30から出力される。

【００２１】以上のようなクロック回路30の動作により
発生される可変クロックCPの波形の例を図３(b) に示
す。クロック回路30の動作の開始後の時間ｔ_O にオア信
号Soを受けると同時に０番目のクロックパルスが出力さ
れる。記憶手段31内には例えば前述の (1)式による時間
ｔ(n) ＝ａⁿ ｔ_O を指定するデータＤが設定されている
ので、それにより指定されたタイミングで１番目以降の
クロックパルスが０番目クロックに引き続いてクロック
回路30から順次出力される。 (1)式中の定数ａは１より
大であるから、この可変クロックVCはパルス間の周期が
図示のように順次増大して行く波形をもつ。なお、(1)
式中の定数ａは前述のようにａ＝２^1/N に設定するのが
望ましく、Ｎは４〜８とするのがよい。

【００２２】図１のようにこの実施例の量子化回路40
は、可変クロックVCを計数するデータカウンタ41, その
計数値を乗せるデータバス42, それから計数値を受ける
３個のラッチ43r, 43g, 43b およびカラーデータCD用の
出力バス44を備える。各ラッチ43r, 43g, 43b は信号変
換回路20r, 20g, 20b からそれぞれ時間信号Stを受け、
それが表す図２(d) の時間τの後にその論理状態がロー
からハイに変化した時にこれをラッチ指令として受けて
トリガされ、データカウンタ41からその時の可変クロッ
クVCの計数値をデータバス42を介し読み取ってカラーデ
ータCDとしてそれぞれ記憶する。これにより信号変換回
路20r, 20g, 20b から受ける時間信号Stがそれぞれ表す
時間τ, ただしこの実施例ではそれらの内の最短時間で
ある前述のｔ_O をそれらから差し引いた時間がこの量子
化回路40によってカラーデータCDに変換されたことにな
る。

【００２３】この実施例では３個の時間信号Stを入力す
るアンドゲート２を設けて、これら時間信号Stが表す時
間τ中の最長時間が経過して全部がハイの論理状態にな
った時にアンド信号Saを発生させる。もちろん、この時
には３個の時間信号Stが表す時間τのカラーデータCDへ
の変換が全部完了しているから、このアンド信号Saに基
づいてデコーダ回路３に読出指定データRDを送りラッチ
43r, 43g, 43b に読出指令Srを順次与えることによっ
て、それらが記憶しているカラーデータCDを出力バス44
を介して順次読み取ることができる。

【００２４】以上のようにして得られるこの実施例のカ
ラーデータCDは、時間信号Stが表す時間τに対して前に
作用の項で述べたように定数ａを底とする対数関係にあ
り、これを用いてカメラの映像信号をカラー補正する際
には R,G,Bの３カラー成分に対するカラーデータCDの相
互間の差をとることにより補正に必要な例えば R/GやB/
G の色温度成分値がごく簡単に得られる。なお、図２
(a) の信号変換回路20により作られる時間信号Stの表す
時間τはフォトセンサ10が受ける光強度と逆比例の関係
になるが、カラーデータCDが光強度とは大小関係が逆に
なるだけでそれと対数の関係にある点は同じである。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したとおり本発明のカラーセン
サ回路では、被検出光のカラー成分をそれぞれ受けるフ
ォトセンサと、フォトセンサによる光検出信号が表す光
強度を時間信号に変換する信号変換回路と、時間の経過
に応じ周期が順次変化する可変クロックを発生するクロ
ック回路と、時間信号が表す時間を可変クロックにより
刻んでカラーデータに変換する量子化回路とを設けるこ
とによって、次の効果を得ることができる。

【００２６】(a) フォトセンサを含めて回路全体をＭＯ
Ｓ回路で構成できるので高集積化が容易になり、かつ従
来のように高級な増幅回路を用いる必要がなくなるので
製造歩留まりを向上でき、ビデオカメラや電子スチルカ
メラの映像信号のカラー補正等に適する安価なカラーセ
ンサを提供できる。 (b) フォトセンサの光検出信号を時間信号に変換した後
はすべてディジタルな回路動作になるのでカラーセンサ
回路の動作が正確になり、かつ従来のアナログ回路動作
に比べて温度やノイズ等の外部の影響による誤差や狂い
を減少させて、カラーセンサの長期信頼性を高めること
ができる。

【００２７】(c) 時間信号の表す時間を刻んでカラーデ
ータに変換するための可変クロックの周期の時間的な変
化を合理的に設定できるので、被検出光やそのカラー成
分の強度が数桁の広範囲内に変化してもカラーデータを
適宜に低強度域では伸長し,高強度域では圧縮すること
によって、光強度を合理的にかつ高精度で表すカラーデ
ータを作らせることができる。

【００２８】(d) フォトセンサが受ける光強度ないし時
間信号の表す時間をその対数の形でカラーデータに変換
すれば、カラー補正に必要な被検出光の色温度成分等の
値をごく簡単に計算することができ、とくに対数の底が
２ないし２^1/N になるように可変クロックを発生させる
ことによってカメラの露出や焦点の自動調整回路とのデ
ータ授受を容易にして相合性をもたせることができる。

【００２９】このように本発明はカラーセンサの合理化
と性能向上に資するほか、カメラの露出や焦点の調整機
能との協調性を高め得る効果も有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のカラーセンサ回路の実施例を示すブロ
ック回路図である。

【図２】フォトセンサと信号変換回路の具体回路例と動
作波形を示し、同図(a) はその回路図であり、同図(b)
はリセットパルス、同図(c) は光検出信号、同図(c) は
時間信号のそれぞれ波形図である。

【図３】クロック回路の具体回路例とその動作波形とを
示し、同図(a) はその回路図、同図(b) は可変クロック
の波形図である。

【符号の説明】

10 フォトセンサ 10ｂ 青色カラー成分の検出用フォトセンサ 10ｇ 緑色カラー成分の検出用フォトセンサ 10ｒ 赤色カラー成分の検出用フォトセンサ 11 カラーフィルタ 12 フォトダイオード 20 信号変換回路 20ｂ 青色カラー成分用の信号変換回路 20ｇ 緑色カラー成分用の信号変換回路 20ｒ 赤色カラー成分用の信号変換回路 30 クロック回路 40 量子化回路 CD カラーデータ DS 光検出信号 Ｌ 被検出光 St 時間信号 τ 時間信号の表す時間 VC 可変クロック

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被検出光が含むカラー成分をそれぞれ受け
   るフォトセンサと、フォトセンサから光検出信号を受け
   それが表す光強度をそれぞれ時間信号に変換する信号変
   換回路と、時間の経過に応じ周期が順次変化する可変ク
   ロックを発生するクロック回路と、時間信号を受けてそ
   れが表す時間を可変クロックで刻んだディジタルなカラ
   ーデータにそれぞれ変換する量子化回路とを備えること
   を特徴とするカラーセンサ回路。
2. 【請求項２】請求項１に記載の回路において、量子化回
   路により時間信号を刻んでフォトセンサが受けるカラー
   成分の強度と対数関係のカラーデータに変換するように
   クロック回路により周期が経時的に順次増加する可変ク
   ロックを発生させるようにしたことを特徴とするカラー
   センサ回路。
3. 【請求項３】請求項１に記載の回路において、フォトセ
   ンサに積分動作形のセンサを用い、信号変換回路によっ
   てフォトセンサの光検出信号の値が所定値に達したとき
   論理状態が切り換わる時間信号を発生させるようにした
   ことを特徴とするカラーセンサ回路。