JPH11136580A - 測光システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】２次元の受光素子を用いた測光システムにおい
て、温度、蓄積時間、縦方向積分段数によって変化する
暗出力を、汎用の固体撮像素子と簡単な回路構成によっ
て除去し、正確な輝度データを得る測光システムを提供
する。 【解決手段】受光部の一部に光学的暗部と有効画素部を
有する２次元のＣＣＤ１と、前記有効画素部と光学的暗
部からの出力信号の前後に出力される空転送部のレベル
をクランプするクランプ回路３と、クランプ後のアナロ
グ信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段４
と、得られたディジタルデータから暗出力データを減算
する減算器９を備えた測光システムにおいて、演算装置
７にて前記暗出力データは光学的暗部のディジタルデー
タから算出されるように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像素子を用
いた測光システムに関し、特にＣＣＤエリアセンサの暗
出力を除去した正確な測光が可能な測光システムに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ＣＣＤエリアセンサを用いて測光を行う
際、ＣＣＤの特性から輝度に対する出力電圧が線形を保
ち、かつＡ／Ｄ変換における誤差の影響をほとんど受け
ない電圧出力をもつ輝度範囲は非常に狭い。そこで更に
広範囲の輝度に対して測光を行うため、ＣＣＤの電荷蓄
積時間を変化させる手段がとられる。

【０００３】しかしながら、低輝度の測光においては長
い蓄積時間が必要となるため、測光に要する時間も長く
なってしまうという問題点がある。そこで低輝度におい
ても蓄積時間を短く抑えるために縦段数積分という方法
がとられる。

【０００４】通常、２次元の固体撮像装置では垂直方向
転送パルスによって１ライン分の電荷を水平転送部に転
送し、これを水平転送パルスによって１ライン分の画素
信号を出力する。これを交互に行うことによって全画素
の信号を出力する。つまり、１垂直方向転送に対して１
ライン水平転送を行う。

【０００５】これに対し、水平転送の前に垂直転送パル
スを任意の複数回発生させることによって、複数ライン
分の電荷が水平転送部に蓄積される。これを水平方向転
送パルスによって出力することによって縦方向にアナロ
グ的に積分された信号が得られる。この手段を縦段数積
分と呼ぶ。これは既存の素子を使用して見かけ上の角度
を向上する手段として特開昭５７−７６７８で提案され
ている。画像取り込み装置等にこの方法を使用した場
合、積分段数を多くするほど垂直方向の解像度が犠牲と
なるのであまり実用的ではない。しかし測光システムに
おいてはエリア内の画素出力の平均値を求めるため、こ
の方法は有効である。この方法を用いることにより、低
輝度において蓄積時間を長くすることなく充分な出力電
圧を得ることができる。

【０００６】このように低輝度時の測光において充分な
出力電圧を得るためには、蓄積時間を長くする、また
は、縦段数積分を行うという２つの方法がある。しかし
ながら、どちらの手段を用いた場合でも出力電圧が大き
くなると同時に暗出力も多くなる。高輝度時の測光にお
いては出力電圧の中に占める暗出力の割合は小さく、暗
出力の影響はほとんど問題にならないが、低輝度時の測
光においては出力電圧の中に占める暗出力の割合は大き
くなり、この影響で正確な輝度データが得られなくな
る。

【０００７】この暗出力の影響を除去するため、一般的
にＣＣＤ素子には画素の一部をマスクすることによって
光学的暗部（ＯＰＢ部）を形成し、クランプ回路を用い
て、アナログ的に有効画素部とＯＰＢ部の差をとること
によって、暗出力の除去を実現している。この方法は、
動画のように電荷蓄積と信号出力を連続して周期的に行
う場合には有効であるが、測光システムのように断続的
に電荷蓄積及び信号出力を行い、かつ暗出力が大きい場
合には図４に示すようにクランプ回路の時定数の影響か
ら、信号出力の初期段階でクランプしきれず、正確な輝
度データが得られなくなるという問題があった。

【０００８】また、ＯＰＢ部の出力と有効画素部の暗出
力は厳密には異なり、暗出力が大きくなったときにはこ
の差は無視できないものとなる。この様な状態で前述し
たようなクランプ回路を用いて有効画素部とＯＰＢ部の
出力の差をとった場合、除去する暗出力の誤差が大きく
なり、正確な輝度データが得られなくなるという問題も
ある。

【０００９】本願出願人は汎用の固体撮像素子（ＣＣＤ
等）と簡単な回路構成によってこの暗出力を除去する方
法について既に出願している（特願平９−１９６８９
４）。この先願発明においては、固体撮像素子が蓄積時
間Ｔの間露光され、さらに前記縦積分の段数をＩとした
とき、暗出力成分を含む映像信号が撮像素子から出力さ
れる。この出力信号はＣＤＳを通してクランプ回路に入
力される。一般的には、前述したようにこのクランプ回
路によって暗出力成分を除去するためにＯＰＢ部の信号
が水平転送部から出力されたタイミングでクランプパル
スを入力し、このＯＰＢ部のレベルをクランプ回路の後
に位置するＡ／Ｄコンパータの基準電圧に合わせている
が、ここでは図５に示すように暗出力による電荷も存在
しない空転送部の信号が出力されたタイミングでクラン
プパルスを入力することによってこの空転送レベルをＡ
／Ｄコンバータの基準電圧に合わせる。空転送レベルは
暗出力の量及び肥土によらず一定であるのでこのレベル
をクランプすることでクランプ回路の時定数の影響は除
去できる。

【００１０】ここで、このようにしてＡ／Ｄコンバータ
を通して得られたディジタルデータは暗出力を含んだも
のとなる。このディジタルデータをＡとする。ここで予
め測定した任意の蓄積時間ｔ１及び及び任意の積分段数
ｉ１における遮光時出力ｂ１から電荷蓄積時間Ｔ、積分
段数Ｉにおける暗出力の量に相当するディジタルデータ
（暗出力値）Ｂは次の式で与えられる。

【００１１】Ｂ＝（Ｉ／ｉ１）（Ｔ／ｔ１）ｂ１ こうして算出された暗出力値Ｂを前述の暗出力成分を含
んだ輝度データＡから引くことにより、暗出力を除去
し、正確な輝度データを得る。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、暗出力
の量は温度によって大きく変わることがよく知られてい
る。そのため撮像素子付近に温度センサを設け、前記暗
出力値Ｂに温度の補正を加味する必要が出てくるが、温
度センサの分コストが高くなる問題の他に、撮像素子に
おいて発生する暗出力の温度係数に固体間のばらつきが
あるという問題がある。このため個々の素子について温
度係数を調べる必要があり、量産等の場合には工数がか
かり、実用的でないという問題がある。

【００１３】本発明の目的は、２次元の受光素子を用い
た測光システムにおいて、温度、蓄積時間、縦方向積分
段数によって変化する暗出力を、汎用の固体撮像素子と
簡単な回路構成によって除去し、正確な輝度データを得
る測光システムを提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に請求項１の発明は、受光部の一部に光の入射を遮断す
る光学的暗部と入射光の強さに応じた出力信号が得られ
る有効画素部を有する２次元の受光素子と、前記有効画
素部と光学的暗部からの出力信号の前後に出力される空
転送部のレベルをクランプするクランプ手段と、クラン
プ後のアナログ信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ
変換手段と、得られたディジタルデータから有効画素部
の暗出力のディジタルデータを減算する減算手段を備え
た測光システムにおいて、前記有効画素部の暗出力のデ
ィジタルデータは前記光学的暗部のディジタルデータか
ら演算算出される。

【００１５】上記構成によれば、汎用の固体撮像素子を
用いて電荷蓄積及び信号出力を断続的に行う測光システ
ムにおいて問題となるクランプ回路の時定数の影響の除
去と、任意の蓄積時間、積分段数によって変化する暗出
力を除去する測光システムにおいて、暗出力の演算に光
学的暗部のディジタルデータを用いることにより、温度
センサ等を別に設けることなく、温度の影響も加味した
有効画素部の暗出力のディジタルデータを算出し、減算
することにより、正確な輝度データを得ることができ
る。

【００１６】また、請求項２の発明は、請求項１の測光
システムにおいて、入射光の強さに応じたディジタルデ
ータは、予め指定した受光素子の有効画素部の任意の画
素範囲内に存在する複数の画素のディジタルデータの積
算値であり、光学的暗部のディジタルデータも同様に予
め指定した受光素子の光学的暗部の任意の画素範囲内に
存在する複数の画素のディジタルデータの積算値であ
り、有効画素部と光学的暗部における垂直方向の指定画
素範囲は同一であることを特徴とする。

【００１７】上記構成によれば、前記有効画素部の暗出
力のディジタルデータを算出する際、縦段数積分を行っ
た場合の計算を簡素化することができる。

【００１８】また、請求項３の発明は、請求項１の測光
システムにおいて、光学的暗部の任意の範囲における暗
出力の発生量と有効画素部の任意の範囲における暗出力
の発生量の比を予め補正値としてもち、請求項１におけ
る有効画素部の暗出力のディジタルデータは、光学的暗
部のディジタルデータに前記補正値を加味することによ
って算出することを特徴とする。

【００１９】上記構成によれば、暗出力が輝度信号に対
して大きくなった場合に問題となる光学的暗部と有効画
素部とにおける暗出力の発生量の誤差を補正し、有効画
素部における暗出力を正確に算出することによって、正
確な輝度データを得ることができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図１は本発明による測光システム
の実施例の構成を示すブロック図である。また図２は測
光の演算に用いる有効画素部と光学的暗部（ＯＰＢ部）
の範囲の一例を示す図である。図３は本発明における測
光システムの暗出力の算出方法を説明するための図であ
る。

【００２１】図１において、固体撮像素子（ＣＣＤ）１
が電荷蓄積時間Ｔの間露光され、暗出力成分を含む映像
信号が固体撮像素子１から出力される。この出力信号は
ＣＤＳ回路２を通してクランプ回路３に入力される。一
般的には前述したように、このクランプ回路３において
暗出力を除去するために光学的暗部のレベルをクランプ
回路の後に位置するＡ／Ｄコンバータ４の基準電圧に合
わせているが、ここでは暗出力による電荷も存在しない
空転送部の信号が出力されたタイミングでクランプパル
スを入力することによって、この空転送部のレベルを基
準電圧に合わせる。こうすることにより図５を用いて前
述したようにクランプ回路の時定数の影響によって信号
出力初期段階における信号のＤＣレベルの変動を回避す
ることができる。ここでＡ／Ｄコンバータ４の基準電圧
のレベルに対するディジタル出力値を０とすることによ
りＡ／Ｄコンバータ４を通して得られたディジタルデー
タは輝度データと暗出力の和となる。このディジタルデ
ータを一度メモり５に保存しておく。このメモリ５から
ＯＰＢ部に相当する画素データを読みとり、このデータ
を用いて、演算装置７において有効画素部の暗出力に相
当するディジタルデータ（暗出力値）を算出する。メモ
リ上の有効画素部のデータを読みとり、算出された暗出
力値を減算器９で引くことにより輝度データを得ること
ができる。

【００２２】次に、上記演算装置における暗出力の算出
方法の一例を示す。例として、図２のようにＣＣＤの有
効画素部のうち、測光に用いるエリアを横方向２００画
素、縦方向１２８画素とし、またＯＰＢ部のうちＯＰＢ
のデータとして用いるエリアを横方向１０画素、縦方向
１２８画素とする。計算には測光エリア内の２００×１
２８＝２５６００画素のディジタルデータの総和と、Ｏ
ＰＢエリア内の１０×１２８＝１２８０画素のディジタ
ルデータの総和を用いる。それぞれの総和のディジタル
データをAREADATA、OPBDATA とする。

【００２３】暗出力が有効画素部、光学的暗部を含めた
ＣＣＤ面上で均等に発生すると仮定した場合、測光エリ
アの積算データAREADATAのうち暗出力の量に相当するデ
ィジタルデータ（有効画素部の暗出力データ）は単純に
ＯＰＢエリアの積算データOPBDATA に、測光エリアとＯ
ＰＢエリアの画素数（積算データ数）の比を掛けること
で求められる。

【００２４】 有効画素部暗出力データ ＝ 測光エリアの積算データ数／ＯＰＢエリアの積算データ数×OPBDATA ＝ ２５６００／１２８０×OPBDATA （縦段数積分を行わない場合） ・・・（１） 縦段数積分を行う場合は、複数ラインの電荷がアナログ
的に積算され出力されるのでＡ／Ｄ変換器を通して出力
されるディジタルデータ数は少なくなる。例えば８段積
分を行った場合にはＣＣＤ上の８ライン分のデータが１
ライン分のディジタルデータとして出力されることにな
るので測光エリア１２８ラインのデータはディジタルデ
ータとしては１６行分のみ出力されることになる。

【００２５】このように縦段数積分を行った場合は積算
データ数が積分段数に反比例するのでAREADATA及びOPBD
ATA の演算及び上記（１）式の演算にはこのことを加味
する必要がある。

【００２６】縦段数積分を行う際には測光エリアとＯＰ
Ｂエリアの縦方向の範囲を一致させることが望ましい。
このようにすることによって任意の積分範囲、積分段数
において縦方向の出力データ数は測光エリアとＯＰＢエ
リアとで常に等しくなるのでAREADATA内の暗出力は
（２）式のように、OPBDATA と測光エリア及びＯＰＢエ
リアの横方向画素数のみによって求められ、積分段数を
考慮する必要がなくなる。 有効画素部暗出力データ ＝ 測光エリアの横方向画素数／ＯＰＢエリアの横方向画素数×OPBDATA ＝ ２０× OPBDATA ・・・（２） ところで、前述したようにＯＰＢ部の出力と有効画素部
の暗出力は一般的に異なるのでこの影響を補正する必要
がある。

【００２７】ＯＰＢ部の出力と有効画素部の暗出力の発
生量は異なるが図３のように両者は比例関係にある。こ
れは実測に基づくものである。この比例定数は撮像素子
によってばらつきがあるので、この比例定数を予め測定
しておき、補正値としてＥ２ＰＲＯＭ等の記憶手段に保
存しておく。この補正値をＨとおくと、（２）式は
（３）式のようになる。

【００２８】 有効画素部暗出力データ ＝ Ｈ× 20 × OPBDATA ・・・（３） このようにして演算装置７で算出された有効画素部暗出
力データを、メモリ５から読み出したAREADATA（有効画
素部データ）を減算器９で引くことにより、正確な輝度
データを得ることができる。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、汎用の固
体撮像素子を用いて電荷蓄積及び信号出力を断続的に行
う測光システムにおいて問題となるクランプ回路の時定
数の影響の除去と、任意の蓄積時間、積分段数によって
変化する暗出力の除去を行う測光システムにおいて、暗
出力の演算に光学的暗部のディジタルデータを用いるこ
とにより、温度センサ等を別に設けることなく、温度の
影響も加味した暗出力を算出し、減算することにより、
正確な輝度データを得ることができる。

【００３０】また、入射光の強さに応じたディジタルデ
ータと、光学的暗部のディジタルデータは予め指定した
受光素子の有効画素部と光学的暗部の任意の画素範囲内
に存在する複数の画素のディジタルデータの積算値を使
用し、有効画素部と光学的暗部における垂直方向の指定
画素範囲を同一にすることによって、有効画素部暗出力
データを算出する際、縦段数積分を行った場合の計算を
簡素化することができる。

【００３１】また、光学的暗部における暗出力の発生量
と有効画素部における暗出力の発生量の比を予め補正値
としてもち、有効画素部の暗出力データは、光学的暗部
のディジタルデータに前記補正値を加味することによっ
て算出し、暗出力が輝度信号に対して大きくなった場合
に問題となる光学的暗部と有効画素部とにおける暗出力
の発生量の誤差を補正し、有効画素部における暗出力を
正確に算出することによって、正確な輝度データを得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における測光システムの実施例の構成を
示すブロック図

【図２】測光の演算に用いる有効画素部とＯＰＢ部の範
囲の例を示す図

【図３】本発明における測光はシステムの暗出力の算出
方法を説明する図

【図４】従来の光学的暗部をクランプすることを説明す
る図

【図５】本発明に用いられる空転送部のクランプを説明
する図

【符号の説明】

１ 固体撮像素子（ＣＣＤ） ２ ＣＤＳ回路 ３ クランプ回路 ４ Ａ／Ｄ変換器（ＡＤＣ） ５ メモリ ６ ＣＣＤ制御回路 ７ 演算装置 ８ Ｅ２ＰＲＯＭ ９ 減算器

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】受光部の一部に光の入射を遮断する光学的
   暗部と入射光の強さに応じた出力信号が得られる有効画
   素部を有する２次元の受光素子と、前記有効画素部と光
   学的暗部からの出力信号の前後に出力される空転送部の
   レベルをクランプするクランプ手段と、クランプ後のア
   ナログ信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段
   と、得られたディジタルデータから有効画素部の暗出力
   のディジタルデータを減算する減算手段を備えた測光シ
   ステムにおいて、 前記有効画素部の暗出力のディジタルデータは前記光学
   的暗部のディジタルデータから演算算出されることを特
   徴とする測光システム。
2. 【請求項２】入射光の強さに応じたディジタルデータ
   は、予め指定した受光素子の有効画素部の任意の画素範
   囲内に存在する複数の画素のディジタルデータの積算値
   であり、光学的暗部のディジタルデータも同様に予め指
   定した受光素子の光学的暗部の任意の画素範囲内に存在
   する複数の画素のディジタルデータの積算値であり、有
   効画素部と光学的暗部における垂直方向の指定画素範囲
   は同一であることを特徴とした請求項１記載の測光シス
   テム。
3. 【請求項３】光学的暗部の任意の範囲における暗出力の
   発生量と有効画素部の任意の範囲における暗出力の発生
   量の比を予め補正値としてもち、前記の有効画素部の暗
   出力のディジタルデータは、光学的暗部のディジタルデ
   ータに前記補正値を加味することによって算出すること
   を特徴とする請求項１記載の測光システム。