(57)【要約】【課題】  信号処理の出力信号レベルを所望出力レベルに保ちながら、撮像素子のダイナミックレンジの範囲の中で撮像素子の出力信号振幅を常に大きく保つ事ができるので、撮影時のＳ／Ｎを改善できる。【解決手段】  ビデオカメラの露光制御装置において、信号処理回路の出力レベルが所望出力レベルにある状態における撮像素子の出力電圧振幅をダイナミックレンジ範囲内で広く使うように、絞りと電子シャッタスーピードのうち少なくとも１つの制御状態を変化させて、この変化後の絞りと電子シャッタースピードの２つの制御状態において、信号処理回路の出力レベルを所望出力レベルとするようにＡＤコンバータの基準電圧を変化させる。【選択図】  図１
2006246162.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像素子から出力される信号が飽和しているかどうかを検出する検出手段と、
前記検出手段の検出結果に基づいて、前記撮像素子から出力される信号をＡ／Ｄ変換するためのＡ／Ｄ変換手段の基準電圧を制御する制御手段を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
請求項１において、前記検出手段は、撮像素子によって撮像される被写体の露光を制御する露光制御情報に基づいて前記撮像素子から出力される信号が飽和しているかどうかを検出することを特徴とする撮像装置。
【請求項３】
請求項２において、前記検出手段は、絞り値と前記撮像素子から出力される信号のピーク値との関係により飽和領域を検出することを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＣＤ撮像素子等の光電変換素子を用いたビデオカメラの露光制御技術に係り、特に、撮像素子のダイナミックレンジを広く使うようにしたビデオカメラの露光制御装置及び露光制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のビデオカメラの露光制御装置においては、定格信号振幅出力時の撮像素子の出力信号振幅（動作点）を固定にして、露光制御を行なうようになっていた。このため、露光目標が定格よりも小さくなるような撮影条件においては、撮像素子の出力信号振幅も小さくなる露光制御方法をとっていた。
【０００３】
一方、撮像素子の動作点を可変して露光制御する露光制御装置の例としては、「特開平７−１０７３６４」等に記載された技術がある。しかしながら、この従来技術においては、撮像素子のダイナミックレンジを広く使う為に動作点を可変した場合、信号処理のゲインを可変させる為、動作点の変化に伴い映像信号のＳ/Ｎが変化してしまい動画像としての画質が損なわれる。また、個々の撮像素子によってダイナミックレンジが異なる事に対して最適なダイナミックレンジを確保する為には動作点を個々の撮像素子に対して変える必要が生じる。
【０００４】
図６に従来のビデオカメラの露光制御装置の構成を示す。
【特許文献１】特開平7-107364号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記したように、従来の露光制御装置では、露光制御目標が定格信号振幅出力よりも小さくなるような撮影条件においては、撮像素子の出力信号振幅も小さくなってしまうが、この時に生じる撮像素子のダイナミックレンジの余裕を使うような露光制御方法ではなかった。このため、露光目標が定格信号振幅出力よりも小さくなるような撮影条件においては、Ｓ／Ｎを改善する余地があるものであった。
【０００６】
また、上記した従来の露光制御装置においては、撮像素子のダイナミックレンジが撮像素子個々のばらつきにより変化することに対して、十分な考慮が払われておらず、個々の撮像素子のダイナミックレンジの情報を格納する記憶手段等が必要であった。
【０００７】
本発明は上記の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、露光目標が定格信号振幅出力よりも小さくなるような撮影条件において、Ｓ／Ｎを改善することにある。
【０００８】
また、本発明の他の目的とするところは、撮像素子のダイナミックレンジの撮像素子個々のバラツキによる影響を無くした、正確な露光制御を可能とすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記した目的を達成するため、本発明によるビデオカメラの露光制御方法では、信号処理回路の出力レベルが所望出力レベルにある状態における撮像素子の出力電圧振幅をダイナミックレンジ範囲内で広く使うように、絞りと電子シャッタースピードのうち少なくとも１つの制御状態を変化させ、この変化後の絞りと電子シャッタースピードの２つの制御状態において、信号処理回路の出力レベルを所望出力レベルとするようにＡＤコンバータの基準電圧を変化させる。
【００１０】
また、本発明によるビデオカメラの露光制御装置では、撮像素子のダイナミックレンジを検出する手段として撮像素子の飽和領域を検出する手段が設けられる。
【００１１】
（作用）
信号処理回路の出力レベルが所望出力レベルにある状態における撮像素子の出力電圧振幅をダイナミックレンジ範囲内で広く使うように、絞りと電子シャッタースピードのうち少なくとも１つの制御状態を変化させ、この変化後の絞りと電子シャッタスーピードの２つの制御状態において、信号処理回路の出力レベルを所望出力レベルとするようにＡＤコンバータの基準電圧を変化させる露光制御方法は、信号処理回路の出力信号レベルを所望出力信号レベルに保ちながら、ダイナミックレンジの範囲の中で撮像素子の出力信号振幅を常に大きく保つことができるので、撮影時のＳ／Ｎを改善できる。
【００１２】
また、個々の撮像素子のダイナミックレンジを検出する為の撮像素子の飽和領域を検出する手段は、求めた撮像素子のダイナミックレンジの結果をもとに露光制御を行うことを可能にするので、より正確な露光制御を可能にする。
【００１３】
また、撮像素子に固有のダイナミックレンジを自動的に検出し、撮像素子毎のダイナミックレンジに応じた露光制御を可能にするので、撮像素子毎のダイナミックレンジのバラツキによる影響を無くすことができる。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように本発明によれば、信号処理回路の出力信号レベルを所望出力信号レベルに保ちながら、撮像素子のダイナミックレンジの範囲の中で撮像素子の出力信号振幅を常に大きく保つことができるので、撮影時のＳ／Ｎを改善することができる。
【００１５】
また、本発明によれば、撮像素子の飽和ムラ（ザラ）を検出する事により自動的に撮像素子のダイナミックレンジを求めることができ、これを、露光制御の演算に使用することができるので、より正確な露光制御が可能になる。
【００１６】
また、本発明によれば、撮像素子毎に測定ないし調整を行わなくても、撮像素子毎のダイナミックレンジのバラツキによる影響を無くすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を図１〜図３に示した各実施例によって説明する。
【００１８】
図１〜図３は本発明の第１実施例に係り、図１は本実施例による露光制御方法が実行されるビデオカメラの露光制御装置の構成図であって、同図において、１はレンズ、２は絞り、３は撮像素子としてのＣＣＤ、４はＣＤＳ、５はＡＧＣ、６はＡＤコンバータ、７は信号処理部、８は絞り制御回路、９は電子シャッタ制御回路、１０は飽和レベル検出部、１１はＡＤコンバータ基準電圧制御部、１２はマイコン（マイクロコンピュータ）である。
【００１９】
図１に示す構成において、レンズ１と絞り２を通過した光１００は、撮像素子３で被写体像を表す電気信号に変換される。ＣＤＳ４で電気信号である映像信号のサンプリング及びノイズ成分を除去し、ＡＧＣ５で信号の利得を制御した後、ＡＤコンバータ６でＡＤ変換され信号処理部７に送られる。信号処理回路７では、被写体像を表す電気信号をＮＴＳＣ等の放送規格の映像信号に変換して、端子１０１に出力すると共に、被写体像の輝度情報１０２をマイコン１２に出力する。一方、ＡＧＣ５の出力信号は飽和レベル検出部１０に入力され、撮像素子の飽和状態が検出され、マイコン１２に検出結果が入力される。マイコン１２では、被写体像の輝度情報１０２と飽和レベル検出部１０の検出結果を考慮した上で、信号処理回路７の出力１０１を所望出力レベルとするように、絞り２の絞り値１０３，撮像素子３の電子シャッタスピ−ド１０４，ＡＧＣ５の信号利得１０５、ＡＤコンバータ基準電圧制御部１１をそれぞれ制御し、各部（絞り２，撮像素子３，ＡＧＣ５，ＡＤコンバータ６）の状態を管理・制御することにより自動露光制御を行う。
【００２０】
次に絞り、シャッタースピード、ＡＤコンバータの基準レベルのそれぞれの動作の関係について説明する。通常動作状態においては既知のＣＣＤ飽和レベルを考慮した信号レベル配分により、ＣＣＤ出力の平均値（積分値）がある一定値に落ち着くように絞りまたはシャッタースピードを制御する。この時、ＡＧＣ５の信号利得１０５、ＡＤコンバータの基準電圧レベルは上記レベル配分を考慮した値で固定である。ところが、ＣＣＤの出力の平均値が一定値になるような制御の為、被写体によってはＣＣＤのダイナミックレンジに対してはフルスケールで動作しているとは限らない。そこで常に飽和レベル検出部１０によりＣＣＤの飽和状態を観測し、飽和状態になる直前の状態、つまりＣＣＤが飽和状態ぎりぎりまでの動作範囲を確保するようにＡＤコンバータの基準電圧を上記制御の中で補助的に動かすような制御を行う。これによりＣＣＤの動作点が変化する。すなわちＡＤコンバータの基準電圧の変化分だけ絞りまたはシャッタースピードが変化し、ＣＣＤの動作点をダイナミックレンジの範囲内で最大値が取れるように動作する。
【００２１】
上記したマイコン１２による露光制御動作において、本実施例のマイコン１２は、以下のような動作を行い、フローチャートを図４に示す。まず、マイコン１２では、信号処理回路7の出力１０１を所望出力レベルとする際の被写体像の輝度情報１０２と信号利得１０５の制御状態とから、信号処理回路７の出力１０１を所望出力レベルにする状態での撮像素子３の出力信号振幅を求める。次にその出力振幅となるように絞り又はシャッタースピードを制御する。次に、撮像素子３のダイナミックレンジに対する飽和状態を飽和レベル検出部１０により検出する。飽和レベル検出部にて飽和状態が検出されない場合はＣＣＤはダイナミックレンジに対して余裕があり更に出力電圧を上げる事が可能であると判断する。その場合にはマイコン１２よりＡＤコンバータの基準電圧をＣＣＤの出力電圧を上げる方向に変化させる。ここでＣＣＤの出力電圧を上げる方向というのはＡＤコンバータの入力のダイナミックレンジを上げる方向であり、ＡＤコンバータの入力ダイナミックレンジを上げた結果、信号処理回路７の出力１０１は所望レベルに対して不足するため、絞りまたはシャッタースピードが変化して所望レベルになるように制御がかかる。この状態で再び飽和レベル検出部においてＣＣＤの飽和状態を検出し、飽和状態が検出されれば、ＣＣＤはダイナミックレンジに対して最大限の出力状態であると判断し、制御を止める。また、飽和状態が検出されなければ再びＡＤコンバータの基準電圧を変化させ、上記制御を繰り返す。
【００２２】
撮像素子３の飽和レベル検出部について以下に説明する。
【００２３】
撮像素子の飽和領域においては光電変換特性が劣化し、出力信号の直線性が無くなり図３に示すような特性となる。
【００２４】
そこで本発明ではこの飽和領域の直線性のなくなった部分を電気的に検出して撮像素子が飽和領域まで使用しているかどうかを検出する。
【００２５】
以下に絞りの位置を示すアイリスエンコーダ値と映像信号のピーク値を監視する事による飽和レベル検出方法の手順を示す。
【００２６】
１）絞りでの制御領域においてアイリスエンコーダ値とAGC５の出力信号のピーク値をマイコン１２にて監視
このアイリスエンコーダ値を基に光量に対してリニアに変化するアイリスエンコーダ補正値とAGC５の出力信号の関係はＣＣＤの光電変換特性と同様に図５のような関係である。
【００２７】
２）アイリスエンコーダ補正値の変化とAGC５の出力信号の変化の関係をマイコン１２にて演算し、アイリスエンコーダ補正値の単位変化に対して信号の変化率（＝ＣＣＤ出力信号直線性）が予め設定したスレッシュ値以下で飽和領域と判断する。
【００２８】
例えば、図５のＡ領域はリニアな領域（変化率＝１）Ｃ領域は飽和領域（変化率＝０．８以下）であり、Ｂ領域を飽和の影響が出ない最適な領域とし、この領域に入った時（１＞変化率＞０．８）に制御を止める。
【００２９】
３）飽和領域に達していると判断した場合はＡＤコンバータの基準電圧を下げる事により、所望の出力レベルを得る為の撮像素子の入力信号が下がり、逆に飽和領域に達していない場合はＡＤコンバータの基準電圧を上げる事により撮像素子の出力電圧が上がり、ダイナミックレンジを有効に使う事が出来る。
【００３０】
図２はＡＤコンバータ基準電圧制御部周辺の実施例であり、６はＡＤコンバータ、１１はＡＤコンバータ基準電圧制御部、１２はマイコン、１０６はマイコンからの制御信号、１０７はＡＤコンバータの入力電圧を決める上限基準電圧（ＶＨ）出力、１０８はＡＤコンバータの入力電圧を決める下限基準電圧（ＶＬ）出力である。
【００３１】
前述した飽和レベル検出部１０で飽和レベルが検出され、信号処理のダイナミックレンジに対して撮像素子３のダイナミックレンジが不足している状態を検出した場合にはマイコン１２よりＡＤコンバータ基準電圧制御部１１を制御し、基準電圧出力（ＶＨ−ＶＬ）を下げる方向にコントロールする事により、露光制御装置が撮像素子３の出力レベルを下げる方向に働き、逆に飽和レベルを検出しない範囲では基準電圧を上げる方向に制御し、撮像素子３の出力レベルを上げる方向に働き、撮像素子３のダイナミックレンジの範囲で出来るだけ広く使う方向にＡＤコンバータの基準電圧範囲を制御する。
【００３２】
以上説明した動作により、本実施例によると、信号処理回路の出力信号レベルを所望出力信号レベルに保ちながら、撮像素子のダイナミックレンジの範囲の中で撮像素子の出力信号振幅を常に大きく保つことができるので、撮影時のＳ／Ｎを改善できるという効果を奏する。
【００３３】
また、撮像素子３の出力信号振幅を変化する手段として、絞り値ないし電子シャッタースピードを用いて説明したが、他の手段を用いて撮像素子３の出力信号振幅を変化させ、上記と同様の動作を行っても、上記と同様の効果を得ることは明らかである。
【００３４】
また本実施例によると、撮像素子毎に測定ないし調整をしなくても自動的にダイナミックレンジの情報を検出できる為、撮像素子毎のダイナミックレンジのバラツキによる影響を無くすることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施例に係るビデオカメラの露光制御装置の構成を示す図。
【図２】本発明のＡＤコンバータ基準電圧制御に係るブロック図。
【図３】ＣＣＤの光電変換特性。
【図４】本発明の実施例に係るビデオカメラの露光制御装置の動作を示すフローチャート。
【図５】本発明のＣＣＤ飽和レベル検出部の特性図。
【図６】従来のビデオカメラの露光制御装置の構成を示す図。
【符号の説明】
【００３６】
１  レンズ
２  絞り
３  撮像素子
６  ＡＤコンバータ
８  絞り制御回路
９  電子シャッター制御部
１０  飽和レベル検出部
１１  基準電圧制御回路
１２  マイコン
１０１  信号処理出力
１０２  被写体の輝度情報
１０３  絞り値
１０４  電子シャッタースピード
１０５  信号利得
１０６  基準電圧制御信号
１０７  上限基準電圧
１０８  下限基準電圧
【図１】
2006246162.tif 000003
【図２】
2006246162.tif 000004
【図３】
2006246162.tif 000005
【図４】
2006246162.tif 000006
【図５】
2006246162.tif 000007
【図６】
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