JPH077651A

JPH077651A - 露光制御回路

Info

Publication number: JPH077651A
Application number: JP5147646A
Authority: JP
Inventors: Masanori Yamaguchi; 正則山口
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1993-06-18
Filing date: 1993-06-18
Publication date: 1995-01-10
Also published as: US5638123A; KR950001384A

Abstract

(57)【要約】【目的】瞬間的な輝度レベルの変化を等価的に無視で
き、瞬間的でない輝度レベルの変化に対しては、そのレ
ベル変化が大きくなればなるほどアイリスの応答を速く
できるようにして、人間の目に近いアイリス応答を実現
させる。【構成】平均的輝度信号Ｓｙの信号レベルＶがその最
大レベルＶ_DDと最小レベルＶ_SSの間を分割して得た多数
の分割領域のどの領域に属するかを検出する光量検出手
段１１と、この光量検出手段１１の出力に応じて、応答
スピードの変化度合を設定し、少なくとも平均的輝度信
号Ｓｙの信号レベルＶが、最大レベルＶ_DDを含む領域又
は最小レベルＶ_SSを含む領域に属する場合であって、か
つその信号レベルＶが所定時間連続して入力されたと
き、上記応答スピードの変化度合を大きく設定する応答
スピード設定手段１２と、この応答スピード設定手段１
２にて設定された応答スピードに基づいて、露光時間Ｔ
を変化させる露光時間制御手段１３とを設けて構成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、露光制御回路、特に固
体撮像素子の複数の画素で蓄積された信号電荷による撮
像信号の平均的輝度信号を検出し、その検出信号の信号
レベルに基づいて、固体撮像素子の各画素に信号電荷を
排出させるシャッタパルスを固体撮像素子に印加するこ
とにより、固体撮像素子の各画素における露光時間を制
御する露光制御回路に用いて好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】固体撮像素子、例えば被写体からの入射
光を信号電荷として蓄積する画素と、この画素からの信
号電荷を垂直方向及び水平方向に順次転送するＣＣＤで
構成された電荷転送段を有する固体撮像素子は、一般
に、固体撮像素子の各画素で蓄積された信号電荷をシャ
ッタパルスの印加により、オーバーフロードレイン領域
あるいは半導体基板側に掃き捨てることができるように
なっている。

【０００３】例えばＮＴＳＣ方式に準拠したフィールド
読出しタイプの固体撮像素子においては、フィールド期
間内における画素での電荷蓄積の時間を上記シャッタパ
ルスの印加によって調整することにより、露光時間を可
変にすることができるようになっている。この露光時間
の制御を、通常、電子シャッタ機能と称している。

【０００４】このシャッタパルスによる露光時間の制御
は、上記のようにフィールド読出しタイプの場合、少な
くとも垂直走査期間においては、１Ｈ（水平走査期間）
単位で行われている。このように、シャッタパルスの印
加タイミングを水平走査期間内に限るのは、垂直走査期
間内において、撮像信号にノイズが侵入するのを回避す
るためである。

【０００５】しかし、垂直ブランキング期間内において
は、撮像信号にノイズが侵入することを危惧する必要が
ないため、１Ｈより相当短い時間単位で制御が行われて
いる。

【０００６】このような固体撮像素子を用いたビデオカ
メラのなかには、その電子シャッタ機能をアイリス制御
に活かしたものがある。一般に、ビデオカメラは、図６
に示すように、レンズ１０１と固体撮像素子１０２から
なる撮像部と、この撮像部における固体撮像素子１０２
からの出力から撮像信号Ｓを取り出すサンプルホールド
回路（以下、Ｓ／Ｈ回路と記す）１０３と、ＡＧＣ回路
１０４と、ガンマ補正回路１０５と、ホワイトクリップ
回路１０６及びブラッククリップ回路１０７からなる信
号処理部とで構成される。

【０００７】そして、従来での電子シャッタ機能をアイ
リス制御に活かした電子アイリス制御回路は、図示する
ように、上記Ｓ／Ｈ回路１０３からの撮像信号Ｓを積分
するローパスフィルタ１０８と、シャッタコントロール
回路１０９から構成されている。

【０００８】ローパスフィルタ１０８は、Ｓ／Ｈ回路１
０３からの撮像信号Ｓを積分することにより、画面の全
体的（平均的）明るさを検出する役割を果たし、上記シ
ャッタコントロール回路１０９は、基本的には、図７に
示すように、垂直同期信号における垂直走査期間内にお
いて、水平同期信号に同期させてシャッタパルスを固体
撮像素子１０２に印加する回路であり、特に、上記ロー
パスフィルタ１０８からの出力信号の信号レベルに応じ
て、固体撮像素子１０２に印加するシャッタパルスの出
力パルス数を設定することにより、最後のシャッタパル
スの発生時点から次の読出しパルスの発生時点までの時
間、即ち露光時間を制御する。

【０００９】例えば、ローパスフィルタ１０８からの出
力信号の信号レベルが基準レベルよりも高い場合（即
ち、入射光が明るい場合）には、シャッタスピードをア
ップ（露光時間を短く）し、逆の場合（即ち、入射光が
暗い場合）にはシャッタスピードをダウン（露光時間を
長く）する働きをする。

【００１０】ここで、上記読出しパルスは、固体撮像素
子１０２の各画素に蓄積された信号電荷を読み出すため
のパルス信号であり、各画素に蓄積された信号電荷を垂
直転送するための垂直転送パルスの例えば第１相目に重
畳されて出力される。

【００１１】なお、最近では、垂直ブランキング期間に
おいては、１Ｈより短い周期のシャッタパルスを発生で
きるようになっている。これは、明るさをもっと小刻み
に調整できるようにして、アイリス制御のダイナミック
レンジを拡大するためである。

【００１２】このような従来の電子アイリス制御回路に
おいては、ローパスフィルタ１０８からの出力信号の信
号レベルが基準レベルよりも高ければ、１フィールド毎
に１水平周期（１Ｈ）ずつ露光時間を短くするようにし
て、ローパスフィルタ１０８からの出力信号の信号レベ
ルが基準レベルに達するようにし、逆にローパスフィル
タ１０８からの出力信号の信号レベルが基準レベルより
も低ければ、１フィールド毎に１水平周期（１Ｈ）ずつ
露光時間を長くするようにして、ローパスフィルタ１０
８からの出力信号の信号レベルが基準レベルに達するよ
うにアイリス制御を行うようにしている。

【００１３】即ち、従来の電子アイリス制御回路におい
ては、Ｓ／Ｈ回路１０３から供給される撮像信号Ｓから
明るい、最適、暗いという３状態を認識し、明るい場合
には、シャッタスピードを上げ、逆に暗い場合には、シ
ャッタスピードを下げ、そして、最適状態になれば停止
するという動作を行ってアイリス制御を行う。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の電子アイリス制御回路においては、以下のような問
題があった。

【００１５】即ち、例えば、ビデオカメラの前を通行人
が通過したときなどの瞬間的な輝度変化があった場合
に、すぐにアイリスが応答し、画面の輝度レベルが変化
してしまい、画像が非常に見ずらくなるということであ
る。一方、人間の目の場合には、上記のような瞬間的な
輝度変化があったとしても全体の明るさが変化するとい
うことはない。

【００１６】上記問題を解決するために、従来では、例
えば図６で示す電子アイリス制御回路において、輝度検
波を行うローパスフィルタ１０８の時定数を長くするこ
とによって、輝度レベルの変化をなまらし、急激な輝度
レベルの変化があったとしても、上記３状態間での変化
（アイリス応答）をにぶくしていた。

【００１７】しかし、この方法においては、瞬間的でな
い大きな輝度レベルの変化があったときでも、アイリス
の応答がにぶくなり、応答速度に制約が生じるという新
たな問題が生じる。

【００１８】本発明は、上記の課題に鑑みてなされたも
ので、その目的とするところは、瞬間的な輝度レベルの
変化を等価的に無視することができ、しかも、瞬間的で
ない輝度レベルの変化に対しては、そのレベル変化が大
きくなればなるほどアイリスの応答を速くすることがで
き、人間の目に近いアイリス応答を実現させることがで
きる露光制御回路を提供することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明は、撮像信号Ｓに
対する輝度検波後によって得られる平均的輝度信号Ｓｙ
の信号レベルＶを検出し、その検出した信号レベルＶに
基づいて、露光時間Ｔを制御する露光制御回路におい
て、平均的輝度信号Ｓｙの信号レベルＶがその最大レベ
ルＶ_DDと最小レベルＶ_SSの間を分割して得た多数の分割
領域のどの領域に属するかを検出する光量検出手段１１
と、この光量検出手段１１の出力に応じて、応答スピー
ドの変化度合を設定し、少なくとも平均的輝度信号Ｓｙ
の信号レベルＶが、最大レベルＶ_DDを含む領域又は最小
レベルＶ_SSを含む領域に属する場合であって、かつその
信号レベルＶが所定時間連続して入力されたとき、上記
応答スピードの変化度合を大きく設定する応答スピード
設定手段１２と、この応答スピード設定手段１２にて設
定された応答スピードに基づいて、露光時間Ｔを変化さ
せる露光時間制御手段１３とを設けて構成する。

【００２０】この場合、上記撮像信号Ｓとして、露光時
間Ｔ内に固体撮像素子２の複数の画素で蓄積され、その
後、読出しパルスＲＯＧ印加時に、電荷転送段に読み出
され、更にこの電荷転送段にて順次転送される信号電荷
による信号とすることができる。そして、上記露光制御
手段１１としては、固体撮像素子２の各画素に蓄積され
た信号電荷の排出をさせるシャッタパルスＰｓを固体撮
像素子２に印加することにより、固体撮像素子２の各画
素における露光時間Ｔを制御する手段にて構成すること
ができる。

【００２１】また、本発明においては、上記光量検出手
段１１を、互いに異なる比較基準レベルＶ１〜Ｖ４と平
均的輝度信号Ｓｙの信号レベルＶとを比較する複数の比
較回路１４ａ〜１４ｄを設けて構成でき、応答スピード
設定手段１２を以下に述べる手段にて構成することがで
きる。即ち、複数の比較回路１４ａ〜１４ｄからの出力
に基づいて、上記分割領域に関する情報を検出する検出
手段１５と、この検出手段１５にて検出された分割領域
に関する情報を所定周期毎に取り込んで所定周期間保持
する情報保持手段１６と、この情報保持手段１６にて保
持された分割領域に関する情報が、最大レベルＶ_DDを含
む領域に属する場合にセット動作が行われ、このセット
動作が所定回数連続して行われたときに、出力信号を出
力する最大レベル検出手段１７と、情報保持手段１６に
て保持された分割領域に関する情報が、最小レベルＶ_SS
を含む領域に属する場合にセット動作が行われ、このセ
ット動作が所定回数連続して行われたときに、出力信号
を出力する最小レベル検出手段１８と、情報保持手段１
６に保持されている情報に応じた応答スピードの変化度
合を設定し、最大レベル検出手段１７又は最小レベル検
出手段１８からの出力信号の入力に基づいて、変化度合
を大きく設定する加減算手段１９とを設けて上記応答ス
ピード設定手段１２を構成することができる。

【００２２】この場合、上記情報保持手段１６として
は、読出しパルスＲＯＧの入力毎に、検出手段１５にて
検出された分割領域に関する情報を取り込んで、読出し
パルスＲＯＧのパルス周期に相当する期間保持させるよ
うに構成してもよいし、上記最大レベル検出手段１７及
び最小レベル検出手段１８を、それぞれ所定回数から１
引いた数分のフリップフロップ回路を多段に接続させて
構成してもよい。

【００２３】

【作用】本発明に係る露光制御回路においては、まず、
撮像信号Ｓに対する輝度検波後によって得られる平均的
輝度信号Ｓｙの信号レベルＶが、光量検出手段１１にお
いて、その最大レベルＶ_DDと最小レベルＶ_SSの間を分割
して得た多数の分割領域のどの領域に属するかが検出さ
れる。

【００２４】その後、応答スピード設定手段１２におい
て、光量検出手段１１にて検出された分割領域に応じた
応答スピードが設定される。特に、この応答スピード設
定手段１２においては、少なくとも平均的輝度信号Ｓｙ
の信号レベルＶが、最大レベルＶ_DDを含む領域又は最小
レベルＶ_SSを含む領域に属する場合であって、かつその
信号レベルＶが所定時間連続して入力されたとき、応答
スピードの変化度合を大きく設定する。

【００２５】即ち、瞬間的に輝度レベルが大きく変化し
た場合、応答スピード設定手段１２に対して、最大レベ
ルＶ_DDを含む領域又は最小レベルＶ_SSを含む領域に属す
る信号レベルＶの平均的輝度信号Ｓｙが所定時間連続し
て入力されることはないため、応答スピードの変化度合
が大きく設定されることはない。

【００２６】一方、瞬間的でない輝度レベルの大きな変
化においては、応答スピード設定手段１２に対して、最
大レベルＶ_DDを含む領域又は最小レベルＶ_SSを含む領域
に属する信号レベルＶの平均的輝度信号Ｓｙが所定時間
連続して入力されることになるため、応答スピードの変
化度合は大きく設定されることになる。

【００２７】このように、本発明に係る露光制御回路に
おいては、瞬間的な輝度レベルの変化を等価的に無視す
ることができ、しかも、瞬間的でない輝度レベルの変化
に対しては、そのレベル変化が大きくなればなるほどア
イリスの応答を速くすることができ、人間の目に近いア
イリス応答を実現させることが可能となる。

【００２８】

【実施例】以下、本発明に係る露光制御回路を、固体撮
像素子としてフィールド読出しタイプのものを使用した
ビデオカメラ用の露光制御回路に適用した一実施例（以
下、単に実施例に係る露光制御回路と記す）を図１〜図
５を参照しながら説明する。

【００２９】この実施例に係る露光制御装置が適用され
るビデオカメラの基本構成は、図１に示すように、従来
から用いられている構成と同様、レンズ１と固体撮像素
子２からなる撮像部と、この撮像部における固体撮像素
子２からの出力から撮像信号Ｓを取り出すサンプルホー
ルド回路（以下、Ｓ／Ｈ回路と記す）３と、ＡＧＣ回路
４と、ガンマ補正回路５と、ホワイトクリップ回路６及
びブラッククリップ回路７からなる信号処理部とで構成
される。また、Ｓ／Ｈ回路３の後段には、このＳ／Ｈ回
路３からの撮像信号Ｓを積分して、例えば１フィールド
分の平均的な輝度信号（以下、平均的輝度信号と記す）
Ｓｙを得るローパスフィルタ８が接続されている。

【００３０】そして、本実施例に係る露光制御回路は、
上記ローパスフィルタ８からの平均的輝度信号Ｓｙの信
号レベルＶに基づいて、撮像された被写体の入射光の明
るさが、どの程度かを電気的に検出する光量検出回路１
１と、この光量検出回路１１の出力に応じて、応答スピ
ードの変化度合を設定する応答スピード設定回路１２
と、この応答スピード設定回路１２にて設定された応答
スピードに基づいて、露光時間を変化させる露光時間制
御回路１３とを有する。

【００３１】具体的には、上記光量検出回路１１は、４
つの比較回路（第１〜第４の比較回路）１４ａ〜１４ｄ
を有して構成されている。各比較回路１４ａ〜１４ｄ
は、それぞれの非反転入力端子にローパスフィルタ８か
らの平均的輝度信号Ｓｙが入力され、それぞれの反転入
力端子に互いにレベルの異なる基準電圧Ｖ１〜Ｖ４が印
加されている。従って、これら比較回路１４ａ〜１４ｄ
からの出力によって、ローパスフィルタ８からの平均的
輝度信号Ｓｙの信号レベルＶが５段階のどの段階（グレ
ード）にあるかを検出することができる。

【００３２】即ち、図２に示すように、各比較回路１４
ａ〜１４ｄからの出力によって、ローパスフィルタ８か
らの平均的輝度信号Ｓｙの信号レベルＶにおける最大レ
ベルＶ_DDと最小レベルＶ_SSを５つの領域（状態１〜状態
５）に分割し、光量検出回路１１に入力される平均的輝
度信号Ｓｙの信号レベルＶが上記５つの分割領域のうち
のどの分割領域に属するかを検出することができる。即
ち、上記平均的輝度信号Ｓｙの信号レベルＶから、非
常に明るい、明るい、最適、暗い、非常に暗
い、というように明るさを分類することができる。

【００３３】次に、応答スピード設定回路は、４つの入
力端子と５つの出力端子を有するデコーダ１５と、それ
ぞれ５つの入力端子及び出力端子を有するラッチ回路１
６と、５つの入力端子を有する加減算回路とを有する。
デコーダ１５の各入力端子には、上記光量検出回路１１
における第１〜第４の比較回路１４ａ〜１４ｄからの出
力信号Ｓａ〜Ｓｄが入力されるようになっており、この
デコーダ１５は、入力された第１〜第４の比較回路１４
ａ〜１４ｄのそれぞれの出力信号Ｓａ〜Ｓｄの各信号レ
ベルの組み合せに応じたデータ列に変換して５つの出力
端子からパラレルに出力する。デコーダ１５からのデー
タ列は、それぞれ５つの出力ライン（第１〜第５の出力
ライン）Ｌ１〜Ｌ５を介してパラレルに後段のラッチ回
路１６に入力される。

【００３４】ラッチ回路１６は、固体撮像素子２におけ
る読出しパルスＲＯＧの入力に基づいて、フィールド毎
に前段のデコーダ１５からのデータ列を取り込み、５つ
の出力端子から上記取り込んだデータ列をパラレルに出
力する。

【００３５】ここで、読出しパルスＲＯＧは、固体撮像
素子２の各画素に蓄積された信号電荷を読み出すための
パルス信号であり、図４（ａ）及び図５（ａ）に示すよ
うに、各画素に蓄積された信号電荷を垂直転送するため
の垂直転送パルスの例えば第１相目Ｖ１に重畳されて出
力される。

【００３６】そして、上記ラッチ回路１６に取り込まれ
たデータ列は、次の読出しパルスＲＯＧの入力があるま
でラッチ回路１６に保持される。このデコーダ１５の５
つの出力端子からはそれぞれデコーダ１５から導出され
た出力ラインＬ１〜Ｌ５と対応する出力ラインが導出さ
れている。

【００３７】上記ラッチ回路１６から導出された出力ラ
イン中、デコーダ１５の第１の出力ラインＬ１と対応す
る出力ライン（以下、単に状態１ラインと記す）には最
大レベル検出回路１７が接続され、デコーダ１５の第５
の出力ラインＬ５と対応する出力ライン（以下、単に状
態５ラインと記す）には最小レベル検出回路１８が接続
されている。最大レベル検出回路１７は、３段接続され
たフリップフロップ回路（第１〜第３のフリップフロッ
プ回路）１７ａ〜１７ｃにて構成され、最小レベル検出
回路１８は、同じく３段接続されたフリップフロップ回
路（第１〜第３のフリップフロップ回路）１８ａ〜１８
ｃにて構成されている。

【００３８】各フリップフロップ回路（１７ａ〜１７
ｃ）及び（１８ａ〜１８ｃ）は、クロック端子に読出し
パルスＲＯＧが入力されるようになっており、読出しパ
ルスＲＯＧの入力時に、入力レベルが「高レベル」のと
き、次段のフリップフロップ回路に高レベルの信号を出
力する。

【００３９】例えば、ラッチ回路１６への読出しパルス
ＲＯＧの入力時に取り込んだデータ列によって、ラッチ
回路１６の状態１ラインが高レベルとなり、次の読出し
パルス（２回目の読出しパルス）の入力時に、依然、状
態１ラインが高レベルである場合、最大レベル検出回路
１７における第１のフリップフロップ回路１７ａから高
レベルの信号が出力され、次段の第２のフリップフロッ
プ回路１７ｂに入力される。

【００４０】そして、次の読出しパルス（３回目の読出
しパルス）の入力時に、再びラッチ回路１６の状態１ラ
インが高レベルである場合、第２のフリップフロップ回
路１７ｂから高レベルの信号が出力され、次段の第３の
フリップフロップ回路１７ｃに入力される。そして、次
の読出しパルス（４回目の読出しパルス）の入力時に、
依然、ラッチ回路１６の状態１ラインが高レベルである
場合、第３のフリップフロップ回路１７ｃから高レベル
の信号が出力されることになる。

【００４１】また、２回目、３回目及び４回目の読出し
パルスの入力時のいずれかにおいて、ラッチ回路１６の
状態１ラインが低レベルになった場合、第３のフリップ
フロップ回路１７ｃからは、低レベルの信号が出力され
ることになる。従って、計４回の読出しパルスの入力毎
に、連続して状態１ラインが高レベルのときにはじめ
て、第３のフリップフロップ回路１７ｃから高レベルの
信号が出力されることになる。

【００４２】この動作は、最小レベル検出回路１８にお
いても同じであり、計４回の読出しパルスの入力毎に、
連続して状態５ラインが高レベルのときにはじめて、第
６のフリップフロップ回路１８ｃから高レベルの信号が
出力されることになる。

【００４３】加減算回路１９は、５つの入力端子を有
し、第１の入力端子に最大レベル検出回路１７からの出
力が入力され、第５の入力端子に最小レベル検出回路１
８からの出力が入力されるようになっており、他の入力
端子、即ち第２〜第４の入力端子は、ラッチ回路１６に
おけるデコーダの第２〜第４の出力ラインに対応する出
力ライン（以下、単にそれぞれ状態２ライン、状態３ラ
イン及び状態４ラインと記す）がそれぞれ接続されてい
る。

【００４４】この加減算回路１９は、現在の電子シャッ
タパルス数がデータ（シャッタパルスデータ）として記
憶されており、入力端子に供給される信号の高低レベル
の組み合せによって、上記データに対して加減算処理を
行い、次のフィールドにおけるシャッタパルスの数を決
定する。

【００４５】具体的には、ラッチ回路１６の状態１ライ
ンに対応する第１の入力端子に高レベルの信号が入力さ
れた場合、現在のシャッタパルスデータに数値５を加算
（＋５）し、ラッチ回路１６の状態２ラインに対応する
第２の入力端子に高レベルの信号が入力された場合、現
在のシャッタパルスデータに数値１を加算（＋１）し、
ラッチ回路１６の状態３ラインに対応する第３の入力端
子に高レベルの信号が入力された場合、現在のシャッタ
パルスデータを保持する。

【００４６】また、ラッチ回路の状態４ラインに対応す
る第４の入力端子に高レベルの信号が入力された場合、
現在のシャッタパルスデータから数値１を減算（−１）
し、ラッチ回路の状態５ラインに対応する第５の入力端
子に高レベルの信号が入力された場合、現在のシャッタ
パルスデータから数値５を減算（−５）する。なお、第
１〜第５の入力端子にすべて低レベルの信号が入力され
た場合は、現在のシャッタパルスデータを保持する。

【００４７】この加減算処理されたシャッタパルスデー
タＤは、後述する露光時間制御回路におけるシャッタカ
ウンタ２０からのキャリー信号Ｐｃの入力に基づいてシ
ャッタカウンタ２０に出力する。

【００４８】次に、露光時間制御回路１３は、上記加減
算回路１９の後段に接続されたシャッタカウンタ２０
と、このシャッタカウンタ２０の後段に接続されたゲー
ト回路２１にて構成される。

【００４９】シャッタカウンタ２０は、各フィールド毎
に発生する読出しパルスＲＯＧの入力に基づいて、上記
加減算回路１９からのシャッタパルスデータＤで示すパ
ルス数だけシャッタパルスＰｓをカウントし、その数を
カウントし終わると、キャリー信号Ｐｃを後段のゲート
回路２１及び前段の加減算回路１９に供給する。

【００５０】ゲート回路２１は、シャッタパルスＰｓを
ゲートして固体撮像素子２に送出する回路であり、各フ
ィールド毎に発生する読出しパルスＲＯＧの入力に基づ
いて、ゲ−トを開き、シャッタカウンタ２０からのキャ
リー信号Ｐｃの入力に基づいてゲートを閉じる。従っ
て、上記読出しパルスＲＯＧの入力後、キャリー信号Ｐ
ｃの入力時までの間、このゲート回路２１からシャッタ
パルスＰｓが固体撮像素子２に出力されることになる。

【００５１】次に、上記実施例に係る露光制御回路の信
号処理動作を図３の説明図並びに図４及び図５のタイミ
ングチャートを参照しながら説明する。なお、図４及び
図５のタイミングチャートにおいて、図４（ａ）及び図
５（ａ）におけるＶＤ及びＨＤは、それぞれ垂直同期信
号及び水平同期信号を示し、垂直同期信号におけるＴｂ
は垂直ブランキング期間を示す。

【００５２】まず、Ｓ／Ｈ回路３によりサンプルホール
ドされた撮像信号Ｓは、ローパスフィルタ８によって積
分されて１フィールド分の平均的輝度信号Ｓｙに変換さ
れる。この信号Ｓｙは、１フィールド分の画面の全体的
（平均的）明るさを示す信号にほかならない。

【００５３】上記ローパスフィルタ８からの平均的輝度
信号Ｓｙは、この実施例に係る露光制御回路の光量検出
回路１１に供給される。光量検出回路１１は、供給され
た平均的輝度信号Ｓｙから、明るさが５段階のどの段階
に属するかを検出する。具体的には、ローパスフィルタ
８からの出力の最大レベルをＶ_DD、最小レベルをＶ_SSと
し、第１〜第４の比較回路１４ａ〜１４ｄの各基準レベ
ルをそれぞれＶ１、Ｖ２、Ｖ３及びＶ４（Ｖ１＞Ｖ２＞
Ｖ３＞Ｖ４）とすると、平均的輝度信号Ｓｙの信号レベ
ルＶがＶ_DD≧Ｖ＞Ｖ１ならば、非常に明るい、平均的
輝度信号Ｓｙの信号レベルＶがＶ１≧Ｖ＞Ｖ２ならば、
明るい、平均的輝度信号Ｓｙの信号レベルＶがＶ２≧
Ｖ＞Ｖ３ならば、最適、平均的輝度信号Ｓｙの信号レ
ベルＶがＶ３≧Ｖ＞Ｖ４ならば、暗い、平均的輝度信
号の信号レベルがＶ４≧ＸＸ≧Ｖ _SSならば、非常に暗
い、と検出される。

【００５４】ここで、例えば、図３（ａ）に示すよう
に、光量検出回路１１に入力された平均的輝度信号Ｓｙ
の信号レベルＶがＶ_DD≧Ｖ＞Ｖ１である場合、第１〜第
４の比較回路１４ａ〜１４ｄから出力される出力信号Ｓ
ａ〜Ｓｄの信号レベルはすべて高レベルになる。このと
き、デコーダ１５からは第１の出力ラインＬ１のみ高レ
ベルとなされたデータ列が出力され、ラッチ回路１６へ
の読出しパルスＲＯＧの入力によって、上記データ列が
ラッチ回路１６に取り込まれ１フィールド期間中、保持
される。

【００５５】次に、図３（ｂ）に示すように、平均的輝
度信号Ｓｙの信号レベルＶがＶ１≧Ｖ＞Ｖ２である場
合、第１の比較回路１４ａから出力される信号Ｓａのみ
が低レベルで、後の３つの比較回路１４ｂ〜１４ｄから
出力される信号Ｓｂ〜Ｓｄの信号レベルはすべて高レベ
ルになる。このとき、デコーダ１５からは第２の出力ラ
インＬ２のみ高レベルとなされたデータ列が出力され、
ラッチ回路１６への読出しパルスＲＯＧの入力によっ
て、上記データ列がラッチ回路１６に取り込まれ１フィ
ールド期間中、保持される。

【００５６】次に、図３（ｃ）に示すように、平均的輝
度信号Ｓｙの信号レベルＶがＶ２≧Ｖ＞Ｖ３である場
合、第１及び第２の比較回路１４ａ及び１４ｂから出力
される信号Ｓａ及びＳｂが低レベルで、後の２つの比較
回路１４ｃ及び１４ｄから出力される信号Ｓｃ及びＳｄ
の信号レベルは高レベルになる。このとき、デコーダ１
５からは第３の出力ラインＬ３のみ高レベルとなされた
データ列が出力され、ラッチ回路１６への読出しパルス
ＲＯＧの入力によって、上記データ列がラッチ回路１６
に取り込まれ１フィールド期間中、保持される。

【００５７】次に、図３（ｄ）に示すように、平均的輝
度信号Ｓｙの信号レベルＶがＶ３≧Ｖ＞Ｖ４である場
合、第４の比較回路１４ｄから出力される信号Ｓｄのみ
が高レベルで、後の３つの比較回路１４ａ〜１４ｃから
出力される信号Ｓａ〜Ｓｃの信号レベルはすべて低レベ
ルになる。このとき、デコーダ１５からは第４の出力ラ
インＬ４のみ高レベルとなされたデータ列が出力され、
ラッチ回路１６への読出しパルスＲＯＧの入力によっ
て、上記データ列がラッチ回路１６に取り込まれ１フィ
ールド期間中、保持される。

【００５８】次に、図３（ｅ）に示すように、平均的輝
度信号Ｓｙの信号レベルＶがＶ４≧Ｖ≧Ｖ_SSである場
合、各比較回路１４ａ〜１４ｄから出力される出力信号
Ｓａ〜Ｓｄの信号レベルはすべて低レベルになる。この
とき、デコーダ１５からは第５の出力ラインＬ５のみ高
レベルとなされたデータ列が出力され、ラッチ回路１６
への読出しパルスＲＯＧの入力によって、上記データ列
がラッチ回路１６に取り込まれ１フィールド期間中、保
持される。

【００５９】そして、上記ラッチ回路１６に、第１の出
力ラインＬ１のみ高レベルとされたデータ列が供給され
た場合、次の１フィールドにおける読出しパルスＲＯＧ
の入力によって、最大レベル検出回路１７における第１
のフリップフロップ回路１７ａから次段の第２のフリッ
プフロップ回路１７ｂに高レベルの信号が供給される。
また、上記ラッチ回路１６に、第５の出力ラインＬ５の
み高レベルとされたデータ列が供給された場合、次の１
フィールドにおける読出しパルスＲＯＧの入力によっ
て、最小レベル検出回路１８における第３のフリップフ
ロップ回路１８ａから次段の第２のフリップフロップ回
路１８ｂに高レベルの信号が供給される。

【００６０】上記ラッチ回路１６に、第２、第３又は第
４の出力ラインＬ２、Ｌ３又はＬ４のいずれかが高レベ
ルとされたデータ列が供給された場合は、直接加減算回
路１９に上記データ列が供給される。

【００６１】いま、図４（ｂ）に示すように、例えば１
フィールド目が読み出された段階で、平均的輝度信号Ｓ
ｙの信号レベルＶが、Ｖ１≧Ｖ＞Ｖ２で、明るいと検
出され、デコーダ１５から出力された第２の出力ライン
Ｌ２のみが高レベルとされたデータ列が加減算回路１９
に入力された場合、現在のシャッタパルスデータＤに数
値１が加算（＋１）され、シャッタカウンタ２０からの
キャリー信号Ｐｃの入力に基づいて、上記加算更新され
たデータＤがシャッタカウンタ２０に供給される。従っ
て、この加算更新されたデータＤが示すパルス数のシャ
ッタパルスＰｓが、次のフィールド（２フィールド目）
においてゲート回路２１から固体撮像素子２に送出さ
れ、シャッタパルス１周期分だけ固体撮像素子２の露光
時間Ｔが短縮される。即ち、絞りがかけられたことと等
価になる。

【００６２】このような動作の繰り返しにより、通常の
明るさになると、平均的輝度信号Ｓｙの信号レベルＶ
は、Ｖ２≧Ｖ＞Ｖ３の範囲になる。この場合、第３の出
力ラインＬ３のみが高レベルとされたデータ列が加減算
回路１９に入力されることになり、現在のシャッタパル
スデータＤがそのまま保持され、シャッタカウンタ２０
からのキャリー信号Ｐｃの入力に基づいて、上記保持さ
れたデータＤがシャッタカウンタ２０に供給される。従
って、露光時間Ｔは変化しないことになる。

【００６３】一方、図４（ｃ）に示すように、例えば１
フィールド目が読み出された段階で、平均的輝度信号Ｓ
ｙの信号レベルＶが、Ｖ３≧Ｖ＞Ｖ４で、暗いと検出
され、デコーダ１５から出力された第４の出力ラインＬ
４のみが高レベルとされたデータ列が加減算回路１９に
入力された場合、現在のシャッタパルスデータＤから数
値１が減算（−１）され、シャッタカウンタ２０からの
キャリー信号Ｓｃの入力に基づいて、上記減算更新され
たデータＤがシャッタカウンタ２０に供給される。従っ
て、この減算更新されたデータＤが示すパルス数のシャ
ッタパルスＰｓが、次のフィールド（２フィールド目）
においてゲート回路２１から固体撮像素子２に送出さ
れ、シャッタパルス１周期分だけ固体撮像素子２の露光
時間Ｔが延長される。即ち、絞りが広げられたことと等
価になる。

【００６４】このようにな動作の繰り返しにより、通常
の明るさになると、平均的輝度信号Ｓｙの信号レベルＶ
は、Ｖ２≧Ｖ＞Ｖ３の範囲になり、露光時間Ｔは変化し
ないことになる。

【００６５】次に、図５（ｂ）に示すように、例えば１
フィールド目が読み出された段階で、平均的輝度信号Ｓ
ｙの信号レベルＶが、Ｖ_DD≧Ｖ＞Ｖ１で、非常に明る
いと検出され、デコーダ１５から第１の出力ラインＬ１
のみが高レベルとされたデータ列が出力されると、後段
の加減算回路１９には、一旦、すべて低レベルとされた
データ列が供給される。この場合、加減算回路１９は、
現在のシャッタパルスデータをそのまま保持し、露光時
間Ｔは変化しない。この状態が４フィールド分続くと、
最大レベル検出回路１７における最終段の第３のフリッ
プフロップ回路１７ｃから高レベルの信号が出力され、
実質的に状態１ラインのみが高レベルとされた信号が加
減算回路１９に入力されることになる。

【００６６】この場合、加減算回路１９は、現在のシャ
ッタパルスデータＤに数値５を加算（＋５）し、シャッ
タカウンタ２０からのキャリー信号Ｐｃの入力に基づい
て、この大幅に加算更新したシャッタパルスデータＤを
シャッタカウンタ２０に供給する。従って、この大幅に
加算更新されたデータＤが示すパルス数のシャッタパル
スが、次のフィールド（５フィールド目）においてゲー
ト回路２１から固体撮像素子２に送出され、シャッタパ
ルス５周期分だけ固体撮像素子２の露光時間Ｔが短縮さ
れる。即ち、絞りのかけ方が５倍の速さになる。

【００６７】一旦、上記最大レベル検出回路１７におけ
る最終段の第３のフリップフロップ回路１７ｃから高レ
ベルの信号が出力されると、次に入力された平均的輝度
信号Ｓｙの信号レベルＶが、非常に明るい、と検出さ
れた場合、露光時間Ｔが、１フィールド毎にシャッタパ
ルス周期の５倍分ずつ短くなる。

【００６８】従って、迅速に暗くなり、上記平均的輝度
信号Ｓｙの信号レベルＶが、Ｖ１≧Ｖ＞Ｖ２になると、
露光時間Ｔの変化の速さが通常変化に切り換わり、更に
暗くなる。そして、平均的輝度信号Ｓｙの信号レベルＶ
が、Ｖ２≧Ｖ＞Ｖ３になった段階で、露光時間Ｔの変化
はなくなる。なお、垂直ブランキング期間Ｔｂ内におい
ては、撮像信号Ｓにノイズが侵入することを危惧する必
要がないため、水平周期（１Ｈ）より相当短い時間単位
でシャッタパルスＰｓの出力が行われる。

【００６９】一方、図５（ｃ）に示すように、例えば１
フィールド目が読み出された段階で、平均的輝度信号Ｓ
ｙの信号レベルＶが、Ｖ４≧Ｖ≧Ｖ_SSで、非常に暗い
と検出され、デコーダ１５から第５の出力ラインＬ５の
みが高レベルとされたデータ列が出力されると、後段の
加減算回路１９には、一旦、すべて低レベルとされたデ
ータ列が供給される。この場合、加減算回路１９は、現
在のシャッタパルスデータＤをそのまま保持し、露光時
間Ｔは変化しない。この状態が４フィールド分続くと、
最小レベル検出回路１８における最終段の第３のフリッ
プフロップ回路１８ｃから高レベルの信号が出力され、
実質的に状態５ラインのみが高レベルとされた信号が加
減算回路１９に入力されることになる。

【００７０】この場合、加減算回路１９は、現在のシャ
ッタパルスデータＤから数値５を減算（−５）し、シャ
ッタカウンタ２０からのキャリー信号Ｐｃの入力に基づ
いて、この大幅に減算更新したシャッタパルスデータＤ
をシャッタカウンタ２０に供給する。従って、この大幅
に減算更新されたデータＤが示すパルス数のシャッタパ
ルスＰｓが、次のフィールド（５フィールド目）におい
てゲート回路２１から固体撮像素子２に送出され、シャ
ッタパルス５周期分だけ固体撮像素子２の露光時間Ｔが
延長される。即ち、絞りの開き方が５倍の速さになる。

【００７１】この例においても、一旦、上記最小大レベ
ル検出回路１８における最終段の第３のフリップフロッ
プ回路１８ｃから高レベルの信号が出力されると、次に
入力された平均的輝度信号Ｓｙの信号レベルＶが、非
常に暗い、と検出された場合、露光時間Ｔが、１フィー
ルド毎にシャッタパルス周期の５倍分ずつ長くなる。

【００７２】従って、迅速に明るくなり、上記平均的輝
度信号Ｓｙの信号レベルＶが、Ｖ３≧Ｖ＞Ｖ４になる
と、露光時間Ｔの変化の速さが通常変化に切り換わり、
更に明るくなる。そして、平均的輝度信号Ｓｙの信号レ
ベルＶが、Ｖ２≧Ｖ＞Ｖ３になった段階で、露光時間Ｔ
の変化はなくなる。

【００７３】このように、本実施例に係る露光制御回路
においては、撮像信号Ｓに対するローパスフィルタ８に
よる輝度検波後によって得られる平均的輝度信号Ｓｙの
信号レベルＶが、光量検出回路１１において、その最大
レベルＶ_DDと最小レベルＶ_SSの間を分割して得た５つの
分割領域（非常に明るい：状態１、明るい：状態
２、最適：状態３、暗い：状態４、非常に暗い：
状態５）のどの領域に属するかが検出され、その後、応
答スピード設定回路１２において、上記光量検出回路１
１にて検出された分割領域に応じた応答スピードが設定
される。

【００７４】特に、この実施例に係る応答スピード設定
回路１２においては、平均的輝度信号Ｓｙの信号レベル
Ｖが、Ｖ_DD≧Ｖ＞Ｖ１で、非常に明るいと検出された
とき、あるいは上記信号レベルＶが、Ｖ４≧Ｖ≧Ｖ
_SSで、非常に暗いと検出されたとき、かつその信号レ
ベルＶが４フィールド分連続して入力されたとき、応答
スピードの変化度合を大きく設定するようにしているた
め、瞬間的に輝度レベルが大きく変化した場合などにお
いては、応答スピード設定回路に対して、Ｖ_DD≧Ｖ＞Ｖ
１の範囲、あるいはＶ４≧Ｖ≧Ｖ_SSの範囲の信号レベル
Ｖを有する平均的輝度信号Ｓｙが４フィールド分連続し
て入力されることはないため、応答スピードの変化度合
が大きく設定されることはない。

【００７５】一方、瞬間的でない輝度レベルの大きな変
化においては、応答スピード設定回路１２に対して、Ｖ
_DD≧Ｖ＞Ｖ１の範囲、あるいはＶ４≧Ｖ≧Ｖ_SSの範囲の
信号レベルＶを有する平均的輝度信号Ｓｙが４フィール
ド分連続して入力されることになるため、応答スピード
の変化度合は大きく設定されることになる。

【００７６】このように、本実施例に係る露光制御回路
においては、瞬間的な輝度レベルの変化を等価的に無視
することができ、しかも、瞬間的でない輝度レベルの変
化に対しては、そのレベル変化が大きくなればなるほど
アイリスの応答を速くすることができ、人間の目に近い
アイリス応答を実現させることが可能となる。

【００７７】上記実施例においては、最大レベル検出回
路１７及び最小レベル検出回路１８におけるフリップフ
ロップ回路の段数を３としたが、実際に、どの程度の瞬
間的輝度変化に対して制御を与えるかによって上記段数
を任意に決定することができる。

【００７８】また、上記実施例においては、光量検出回
路１１にて、非常に明るいと検出され、加減算回路１
９の第１の入力端子に高レベルの信号が供給されたと
き、現在のシャッタパルスデータＤに数値５を加算し、
一方、光量検出回路１１にて、非常に暗いと検出さ
れ、加減算回路１９の第５の入力端子に高レベルの信号
が供給されたとき、現在のシャッタパルスデータＤから
数値５を減算するようにしたが、この加減算する数値に
ついても任意に決定することができる。

【００７９】また、上記実施例においては、光量を５段
階に分割して評価するようにしたが、必ずしもこれに限
定されず、例えば、これよりも多い段階評価をするよう
にしてもよい。従って、その場合、応答性についても、
上記実施例のように、２段階切換えするのではなく、３
段階、４段階というように、もっと多段階で切り換える
ようにすることにより、よりきめ細かに露光時間を変化
させることができる。

【００８０】

【発明の効果】上述のように、本発明に係る露光制御回
路によれば、撮像信号に対する輝度検波後によって得ら
れる平均的輝度信号の信号レベルを検出し、その検出し
た信号レベルに基づいて、露光時間を制御する露光制御
回路において、上記平均的輝度信号の信号レベルがその
最大レベルと最小レベルの間を分割して得た多数の分割
領域のどの領域に属するかを検出する光量検出手段と、
上記光量検出手段の出力に応じて、応答スピードの変化
度合を設定し、少なくとも上記平均的輝度信号の信号レ
ベルが、最大レベルを含む領域又は最小レベルを含む領
域に属する場合であって、かつその信号レベルが所定時
間連続して入力されたとき、上記応答スピードの変化度
合を大きく設定する応答スピード設定手段と、上記応答
スピード設定手段にて設定された応答スピードに基づい
て、上記露光時間を変化させる露光時間制御手段とを設
けるようにしたので、瞬間的な輝度レベルの変化を等価
的に無視することができ、しかも、瞬間的でない輝度レ
ベルの変化に対しては、そのレベル変化が大きくなれば
なるほどアイリスの応答を速くすることができ、人間の
目に近いアイリス応答を実現させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る露光制御回路を、固体撮像素子と
してフィールド読出しタイプのものを使用したビデオカ
メラ用の露光制御回路に適用した一実施例（以下、単に
実施例に係る露光制御回路と記す）の構成を示すブロッ
ク図である。

【図２】本実施例に係る露光制御回路における光量検出
回路において、入力される平均的輝度信号の信号レベル
が、５つの分割領域（非常に明るい：状態１、明る
い：状態２、最適：状態３、暗い：状態４、非常
に暗い：状態５）のどの領域に属するかを検出する動作
概念を示す説明図である。

【図３】本実施例に係る露光制御回路における光量検出
回路での信号処理と、光量検出回路を構成する各比較回
路からの出力に基づくデコーダの出力データ列の内容を
示す説明図である。

【図４】本実施例に係る露光制御回路の信号処理動作
（露光時間の可変動作）を示すタイミングチャートであ
り、通常の輝度レベル変化に対する信号処理を示す。

【図５】本実施例に係る露光制御回路の信号処理動作
（露光時間の可変動作）を示すタイミングチャートであ
り、大きく輝度レベルが変化する場合の信号処理を示
す。

【図６】従来例に係る露光制御回路を示すブロック図で
ある。

【符号の説明】

１レンズ２固体撮像素子３Ｓ／Ｈ回路８ローパスフィルタ１１光量検出回路１２応答スピード設定回路１３露光時間制御回路１４ａ〜１４ｄ第１〜第４の比較回路１５デコーダ１６ラッチ回路１７最大レベル検出回路１８最小レベル検出回路１９加減算回路２０シャッタカウンタ２１ゲート回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】撮像信号に対する輝度検波後によって得
られる平均的輝度信号の信号レベルを検出し、その検出
した信号レベルに基づいて、露光時間を制御する露光制
御回路において、上記平均的輝度信号の信号レベルがその最大レベルと最
小レベルの間を分割して得た多数の分割領域のどの領域
に属するかを検出する光量検出手段と、上記光量検出手段の出力に応じて、応答スピードの変化
度合を設定し、少なくとも上記平均的輝度信号の信号レ
ベルが、最大レベルを含む領域又は最小レベルを含む領
域に属する場合であって、かつその信号レベルが所定時
間連続して入力されたとき、上記応答スピードの変化度
合を大きく設定する応答スピード設定手段とを備え、上記応答スピード設定手段にて設定された応答スピード
に基づいて、上記露光時間を変化させる露光時間制御手
段とを有することを特徴とする露光制御回路。
【請求項２】上記撮像信号は、上記露光時間内に固体
撮像素子の複数の画素で蓄積され、その後、読出しパル
ス印加時に、電荷転送段に読み出され、更にこの電荷転
送段にて順次転送される信号電荷による信号であり、上
記露光制御手段は、固体撮像素子の各画素に蓄積された
信号電荷の排出をさせるシャッタパルスを上記固体撮像
素子に印加することにより、上記固体撮像素子の各画素
における上記露光時間を制御する手段であることを特徴
とする請求項１記載の露光制御回路。
【請求項３】上記光量検出手段は、互いに異なる比較
基準レベルと上記平均的輝度信号の信号レベルとを比較
する複数の比較回路を有し、上記応答スピード設定手段は、上記複数の比較回路から
の出力に基づいて、上記分割領域に関する情報を検出す
る検出手段と、上記検出手段にて検出された分割領域に関する情報を所
定周期毎に取り込んで所定周期間保持する情報保持手段
と、上記情報保持手段にて保持された上記分割領域に関する
情報が、最大レベルを含む領域に属する場合にセット動
作が行われ、このセット動作が所定回数連続して行われ
たときに、出力信号を出力する最大レベル検出手段と、上記情報保持手段にて保持された上記分割領域に関する
情報が、最小レベルを含む領域に属する場合にセット動
作が行われ、このセット動作が所定回数連続して行われ
たときに、出力信号を出力する最小レベル検出手段と、上記情報保持手段に保持されている情報に応じた応答ス
ピードの変化度合を設定し、上記最大レベル検出手段又
は上記最小レベル検出手段からの出力信号の入力に基づ
いて、上記変化度合を大きく設定する加減算手段とを有
することを特徴とする請求項１又は２記載の露光制御回
路。
【請求項４】上記情報保持手段は、上記読出しパルス
の入力毎に、上記検出手段にて検出された分割領域に関
する情報を取り込んで上記読出しパルスのパルス周期に
相当する期間保持することを特徴とする請求項３記載の
露光制御回路。
【請求項５】上記最大レベル検出手段及び上記最小レ
ベル検出手段は、それぞれ上記所定回数から１引いた数
分のフリップフロップ回路が多段に接続されて構成され
ていることを特徴とする請求項３又は４記載の露光制御
回路。