(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像素子に入射する光量に応じて撮像素子の電子シャッタ速度を制御する電子シャッタ制御装置において、
前記光量が飽和レベルの光量を超えた場合に、前記電子シャッタ速度を所定の高速シャッタ速度に変更すると共に、前記撮像素子からの映像信号を可変増幅して実質的に一定レベルの映像信号を生成するＡＧＣ回路のゲインを所定量増大するように変更し、その後当該高速シャッタ速度における受光光量と適正な光量範囲との光量比に応じて前記受光光量が前記適正な光量範囲となる適正な電子シャッタ速度に変更すると共に前記ゲインを標準値に低下変更することを特徴とする電子シャッタ制御装置。
【請求項２】
撮像素子に入射する光量に応じて撮像素子の電子シャッタ速度を制御する電子シャッタ制御装置において、
前記光量が飽和レベルの光量を超えた場合に、前記電子シャッタ速度を所定の高速シャッタ速度に変更すると共に、前記撮像素子からの映像信号を可変増幅して実質的に一定レベルの映像信号を生成するＡＧＣ回路のゲインを、変更前のシャッタ速度と前記所定の高速シャッタ速度とに対応したゲインに増大するように変更し、その後当該高速シャッタ速度における受光光量と適正な光量範囲との光量比に応じて前記受光光量が前記適正な光量範囲となる適正な電子シャッタ速度に変更すると共に前記ゲインを標準値に低下変更することを特徴とする電子シャッタ制御装置。
【請求項３】
撮像素子に入射する光量に応じて撮像素子の電子シャッタ速度を制御する電子シャッタ制御装置において、
制御可能な電子シャッタ速度が高速側シャッタ速度群と低速側シャッタ速度群とを有し、
現在の前記電子シャッタ速度が前記低速側シャッタ速度群内のいずれかであって、前記光量が飽和レベルの光量を超えた場合に、前記電子シャッタ速度を所定の高速シャッタ速度に変更すると共に、前記撮像素子からの映像信号を可変増幅して実質的に一定レベルの映像信号を生成するＡＧＣ回路のゲインを所定量増大するように変更し、その後当該高速シャッタ速度における受光光量と適正な光量範囲との光量比に応じて前記受光光量が前記適正な光量範囲となる適正な電子シャッタ速度に変更すると共に前記ゲインを標準値に低下変更し、
現在の前記電子シャッタ速度が前記高速側シャッタ速度群内のいずれかであって、前記光量が前記飽和レベルの光量を超えた場合に、前記電子シャッタ速度を１段速い電子シャッタ速度に順次変更することを特徴とする電子シャッタ制御装置。
【請求項４】
請求項３において、
現在の前記電子シャッタ速度が前記低速側シャッタ速度群内のいずれかであって、前記光量が適正範囲より低い場合に、前記電子シャッタ速度を前記光量と前記適正範囲との光量比に応じて前記光量が適正となる適正な電子シャッタ速度に設定し、
現在の前記電子シャッタ速度が前記高速側シャッタ速度群内のいずれかであって、前記光量が前記適正範囲より低い場合に、前記電子シャッタ速度を１段遅い電子シャッタ速度に変更することを特徴とする電子シャッタ制御装置。
【請求項５】
請求項３または４において、
前記電子シャッタ速度を１段速いまたは遅い電子シャッタ速度に変更する時は、一時的にＡＧＣ回路のゲイン制御動作を停止し、前記受光光量が適正範囲になった後に前記ゲイン制御動作を再開することを特徴とする電子シャッタ制御装置。
【請求項６】
撮像素子に入射する光量に応じて撮像素子の電子シャッタ速度を制御する電子シャッタ制御装置において、
受光光量に応じて前記電子シャッタ速度を設定変更する電子シャッタ速度制御を繰り返し行い、
前記電子シャッタ速度制御において、受光光量が適正な光量範囲内にある場合に、現在の電子シャッタ速度を維持し、前記受光光量が前記適正な光量範囲を超えて飽和レベルを超える場合に、前記電子シャッタ速度を所定の高速シャッタ速度に変更すると共に、前記撮像素子からの映像信号を可変増幅して実質的に一定レベルの映像信号を生成するＡＧＣ回路のゲインを所定量増加変更し、前記受光光量が前記適正な光量範囲より低い場合に、前記電子シャッタ速度を前記受光光量と前記適正な光量範囲との光量比に応じて前記光量が適正となる適正な電子シャッタ速度に設定変更すると共に前記ゲインを標準値に低下変更することを特徴とする電子シャッタ制御装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかにおいて、
前記所定の高速シャッタ速度は、設定可能なシャッタ速度のうち最速シャッタ速度であることを特徴とする電子シャッタ制御装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載された電子シャッタ制御装置と、前記撮像素子と、前記ＡＧＣ回路からの映像信号に所定の信号処理を施して出力する信号処理回路とを有する電子シャッタ制御装置を利用した撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮像素子に入射する光の光量に応じて、撮像素子の電子シャッタ速度を自動的に制御する電子シャッタ制御装置およびそれを利用した撮像装置に関し、特に光量の急激な変化に対して短時間で最適な電子シャッタ速度に制御すると共に、画像の乱れをできるだけなくした新規な制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＣＤ等の撮像素子に対して入射する光を最適の光量にするために、電子シャッタ技術が利用される。電子シャッタは、従来の機械的なシャッタと異なり、撮像素子からの光量に応じた電荷の引き出しのタイミングを電気的に制御することにより、リセット時から電荷引き出しまでの時間を制御して、最適光量に制御する技術である。リセット時から電荷引き出しまでの時間が電子シャッタ速度に対応する。
【０００３】
かかる電子シャッタ速度の制御は、撮像素子が受光した光量レベルを検出し、その光量レベルに応じて次のフィールド或いはフレームでの電荷引き出しのタイミングを変化させることで行われる。ここで、フィールドとは1/60秒毎の期間であり、フレームとは1/30秒毎の期間である。従って、１フレームは２フィールドで構成される。インターレス方式かノンインターレス方式か等により、１フレーム（２フィールド）単位での制御或いは１フィールド単位での制御かが選択される。以下、簡単の為に１フレーム（２フィールド）単位で制御される場合で説明する。
【０００４】
従来の電子シャッタ制御によれば、撮像素子が受光した光量が変化した場合、適正なシャッタ速度に移行するためには、１フレーム単位で適正なシャッタ速度の方向の隣接するシャッタ速度に順次変更することにより行われる。即ち、受光した光量が、適正光量範囲より大きい方にずれたことが検出されると、次のフレームのシャッタ速度は１段速い速度に変更され、次のフレームでの光量を監視する。更にその光量が適正光量範囲より大きい方にずれている場合は、更にもう一段速い速度に変更される。以上の様に、順次フレーム毎に１段づつシャッタ速度を変化させることで、やがて適正なシャッタ速度に変更された時点で受光光量が最適光量範囲になり、適正なシャッタ速度になったことが確認される。受光光量が適正光量範囲から小さい方にずれたことが検出された場合は、シャッタ速度は１段遅い速度に変更される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来の電子シャッタ制御によれば、１フレーム単位で電子シャッタ速度を１段づつ変更するので、受光光量が大幅に変化した場合は、複数段異なるシャッタ速度に変更する必要があり、その場合、適正シャッタ速度になる為には複数フレームの時間を要する。また、受光光量が一定の周期で変動する場合は、シャッタ速度が遅れて変更される為に、常に不適正なシャッタ速度に制御されてしまうこともある。
【０００６】
この様に、受光光量が変動した時に適正なシャッタ速度への変更に長時間を要すると、例えば映像信号を利用した画像処理を行う場合などにおいて、そのスループットの低下を招く。
【０００７】
そこで、本出願人らは、短時間で適正なシャッタ速度に変更する制御手段として、例えば、平成９年７月２９日付け出願「自動電子シャッタ制御装置及びカメラ」（特願平９−２１８１９６，特願平９−２１８１９７）にて、受光光量が適正光量範囲より大きい方にずれた場合は、次のフレームで一旦最速のシャッタ速度に変更し、その最速シャッタ速度での受光光量に応じて適正なシャッタ速度を検出し、次のフレームで適正シャッタ速度に変更することを提案した。
【０００８】
但し、かかる方法では、表示画面が一時的に乱れることが判明し、本願発明に至った。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、短時間で適正なシャッタ速度に変更すると共に変更時の画面の乱れをできるだけ少なくすることができる電子シャッタ制御装置およびそれを利用した撮像装置を提供することにある。
【００１０】
更に、本発明の目的は、急激な受光光量の変化に対応して短時間で適正なシャッタ速度への変更を行うと共に、変更時の画面が一時的に暗くなるのを防止した電子シャッタ制御装置およびそれを利用した撮像装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成する為に、本発明は、撮像素子に入射する光量に応じて撮像素子の電子シャッタ速度を制御する電子シャッタ制御装置において、
前記光量が所定光量範囲を超えた場合に前記電子シャッタ速度を変更すると共に、前記撮像素子からの映像信号を可変増幅して実質的に一定レベルの映像信号を生成するＡＧＣ回路のゲインを、前記シャッタ速度の変更に応じて変更することを特徴とする。
【００１２】
上記の発明によれば、電子シャッタ速度を大幅に変更する時、それに伴い映像信号を可変増幅するＡＧＣ回路のゲインもシャッタ速度の変更程度に応じて変更することで、電子シャッタ速度の大幅な変更に伴い表示画面が暗くなりすぎる或いは明るくなりすぎる現象を抑えることができる。
【００１３】
更に、本発明は、撮像素子に入射する光量に応じて撮像素子の電子シャッタ速度を制御する電子シャッタ制御装置において、
光量が所定の光量を超えた場合に、前記電子シャッタ速度を所定の高速シャッタ速度に変更すると共に、前記撮像素子からの映像信号を可変増幅して実質的に一定レベルの映像信号を生成するＡＧＣ回路のゲインを所定量増大するように変更し、その後当該高速シャッタ速度における受光光量に応じて適正な電子シャッタ速度に設定することを特徴とする。
【００１４】
上記の発明によれば、受光光量が適正光量範囲より大きい方向に変更した場合は、一旦強制的に所定の高速シャッタ速度に変更して受光光量が飽和レベルを超える状態をなくし、その高速シャッタ速度での受光光量に従って適正なシャッタ速度を設定することができるので、短いフレームあるいはフィールド数で適正な電子シャッタ速度への変更を可能にすることができる。更に、一旦高速シャッタ速度に変更した時に、同時に映像信号を可変増幅するＡＧＣ回路のゲインも所定量増大するように変更することで、表示画面が暗くなりすぎる現象をできるだけ抑えることができる。このＡＧＣ回路のゲインの増大の程度は、電子シャッタ速度の変更の程度に応じて設定することが望ましいが、一定レベルより大きくすることはノイズレベルの不必要な増幅を招くので、所定の程度以下とすることが望ましい。
【００１５】
更に、本発明は、上記の発明において、前記高速シャッタ速度からそれより遅い適正な電子シャッタ速度に変更・設定する時は、前記ＡＧＣ回路のゲインを低下変更することを特徴とする。
【００１６】
上記発明によれば、高速シャッタ速度から最適な低速シャッタ速度に変更される時に、ＡＧＣ回路のゲインを例えば標準値に変更することで、シャッタ速度の変更に伴う表示画面が明るくなりすぎることを防止することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面に従って説明する。しかしながら、本発明の技術的範囲がその実施の形態に限定されるものではない。本発明は、１フレーム毎あるいは１フィールド毎のシャッタ速度の制御に適用可能であるが、以下の実施の形態例では、１フレーム毎の制御を例にして説明する。
【００１８】
図１は、電子シャッタ動作を説明するためのタイミング図である。撮像素子は、電子シャッタ時間の間に受光した光を電荷として蓄積し、フィールド単位で蓄積した電荷を掃き出す。この掃き出しタイミングは、撮像素子の駆動回路によって制御され、電子シャッタ速度が決定される。掃き出しタイミングでフィールド単位の電荷が掃き出されると、その電荷は、次のフィールドの電荷蓄積時間内に読み出され、１フィールド分遅延して撮像信号が出力されることになる。したがって、この掃き出しタイミングを変更することにより、電子シャッタ速度が変更制御される。撮像素子に入射する光量が一定であれば、電子シャッタ速度が遅い場合には電子シャッタ時間が長くなり蓄積される電荷は多くなり、映像信号のレベルが高くなる。一方、電子シャッタ速度が速い場合には電子シャッタ時間が短くなり蓄積される電荷は少なくなり、映像信号のレベルが低くなる。
【００１９】
図２は、本発明の第１の実施の形態例にかかわる電子シャッタ制御装置の構成を示す図である。図２において、撮像素子１は、ＣＣＤ等で構成され、撮像素子駆動回路７の駆動制御によって電子シャッタ動作が可能となる。
【００２０】
撮像素子１は、電子シャッタ時間内に受光した光量に相当する電荷をフィールド単位で蓄積し、この蓄積した電荷を撮像信号としてＣＤＳ回路（相関二乗サンプリング回路）２に出力する。ＣＤＳ回路２は、撮像信号をサンブルホールドすることによってノイズを除去し、撮像信号に含まれる映像信号を抽出する。そして、その信号はＡＧＣ回路１５及び増幅器８に入力される。
【００２１】
ＡＧＣ回路１５は、映像信号を可変増幅して実質的に一定レベルの映像信号を出力して、信号処理回路３に供給する。信号処理回路３は、入力された映像信号に対し、例えばガンマ補正、ホワイトクリップ、その他の必要な信号処理を行なうことにより所望の映像信号を生成する。この映像信号はその後増幅器４によって増幅され、出力回路５を介して表示装置１６に出力される。
【００２２】
一方、映像信号は、増幅器８によって増幅され、直流再生回路として機能するクランプ回路９により直流再生され、ピークホールド回路１０によって垂直映像期間内における映像信号の振幅の最大値が検出されホールドされる。この映像信号の振幅値が受光光量のレベルに対応する。その後、検出された最大振幅値は、増幅器１１で増幅され、比較回路１２に入力される。
【００２３】
比較回路１２は、８つの比較器１２−１〜１２−８を有し、各比較器１２−１〜１２−８には、増幅器１１からの映像信号の最大振幅値に対応する電圧がそれぞれ入力される。各比較器１２−１〜１２−８は、それぞれ異なる比較基準電圧が予め設定され、入力される電圧と比較し、入力電圧が比較基準電圧より高いか低いかの比較結果をそれぞれ出力する。
【００２４】
図３は、図１の比較回路の比較結果と電子シャッタ速度制御内容との対応関係を示す図である。例えば、図３に示すように各比較器１２−１〜１２−８には、それぞれ１４．００ボルト、７．００ボルト、３．５０ボルト、１．７５ボルト、０．８８ボルト、０．４４ボルト、０．２２ボルト、０．１１ボルトの比較基準電圧が設定され、それぞれ入力される電圧と比較される。入力電圧は、撮像素子１によって受光された光量に対応する値であるため、入力電圧と各比較基準電圧との比較は、受光光量と基準の光量との比較を意味する。
【００２５】
電圧変換回路１３は、各比較器１２−１〜１２−８にそれぞれ接続される電圧変換器１３−１〜１３−８を有し、各比較器からの比較出力電圧を制御回路１４が取り扱う電圧に変換する。例えば、比較出力電圧の「Ｈ」レベルが１５ボルトで、制御回路１４が取り扱う「Ｈ」レベルの電圧が５ボルトである場合には、１５ボルトから５ボルトに変換する。
【００２６】
制御回路１４は、マイクロコンピュータ等で構成され、比較回路１２からの比較結果により、受光光量が適正光量であるか、適正光量より多いか、および適正光量より少ないかを判断し、撮像素子１の受光光量が適正光量となるように電子シャッタ速度を設定する。この設定した電子シャッタ速度を示すデータまたは信号Ｓ１が撮像素子駆動回路７に供給される。
【００２７】
次に、図３を参照して、制御回路１４による電子シャッタ速度の設定について説明する。上述したように、各比較器１２−１〜１２−８には、それぞれ１４．０ボルト、７．００ボルト、３．５０ボルト、１．７５ボルト、０．８８ボルト、０．４４ボルト、０．２２ボルト、０．１１ボルトの比較基準電圧が設定されている。そして、それぞれの比較器は、受光光量に対応する入力電圧を比較基準電圧と比較し、入力電圧が比較基準電圧より高い場合には「Ｈ」レベルの信号を出力し、入力電圧が比較基準電圧より低い場合には「Ｌ」レベルの信号を出力する。したがって、各電圧変換器１３−１〜１３−８を介して入力される各比較器１２−１〜１２−８の比較結果は、図３に示すように９種類になる。
【００２８】
制御回路１４は、この比較結果に対応して例えば９種類の電子シャッタ速度のいずれかに設定する。例えば、８種類の電子シャッタ速度は、１／６０秒、１／１２５秒、１／２５０秒、１／５００秒、１／１０００秒、１／２０００秒、１／４０００秒、１／８０００秒である。各電子シャッタ速度は、各比較基準電圧に対応して、それぞれ約倍々に設定されている。
【００２９】
受光光量が急激に増加して、入力電圧が１４．００ボルトを超える場合は、全ての比較結果が「Ｈ」レベルとなり、制御回路１４は、シャッタ速度を最速の電子シャッタ速度（１／８０００秒）に設定し、撮像素子駆動回路７を介して強制的に撮像素子１の受光光量を最小限にする。この結果、次の受光光量が信号処理回路等の飽和レベルを超えることが防止される。
【００３０】
また、光量を示す最大電圧が７．００ボルトを超え１４．００ボルトに満たない場合は、比較器１２−１のみの比較結果が「Ｌ」レベルでその他の比較器の比較結果が全て「Ｈ」レベルとなる。この場合は、制御回路１４は、この光量を示す入力電圧は適正な光量を示す入力電圧であると判断し、現在設定されている電子シャッタ速度を保特する。例えば、現在の電子シャッタ速度が１／５００秒である場合には、１／５００秒の電子シャッタ速度を保持させる設定を行う。このように、７．００ボルト＜光量対応の入力電圧＜１４．００ボルトの電圧範囲が適正な光量の範囲と設定される。
【００３１】
さらに、光量を示す入力電圧が３．５０ボルトを超え７．００ボルトに満たない範囲である場合は、比較器１２−１，１２−２の比較結果が「Ｌ」レベルでその他の比較器の比較結果が全て「Ｈ」レベルとなり、制御回路１４は、適正な光量より少ない光量であると判断し、現在の電子シャッタ速度を１段遅くする設定を行う。例えば、現在の電子シャッタ速度が１／５００秒である場合は、１／２５０秒の電子シャッタ速度に設定する。
【００３２】
同様にして、さらに低い比較基準電圧が設定されている比較器の比較結果が「Ｌ」レベルになるにしたがって、現在の電子シャッタ速度を、受光光量と適正な光量範囲との光量比に応じて受光光量が適正となる適正な電子シャッタ速度になるように、２段から７段までのいずれかの遅い電子シャッタ速度に設定する。すなわち、比較基準電圧の高い方の比較器による比較結果が示す「Ｌ」レベルの数が、２から８に増加するにしたがって、現在の電子シャッタ速度をそれぞれ１段から７段分、遅い電子シャッタ速度に設定する。例えば、現在の電子シャッタ速度が、１／５００秒である場合、「Ｌ」レベルの比較結果が４つある場合、３段低い電子シャッタ速度、すなわち１／６０秒の電子シャッタ速度に直接設定され、直ちに適正な光量が得られるように撮像素子駆動回路７が制御される。
【００３３】
このように、比較回路１２は、映像信号の最大振幅値が適正な光量を示す比較基準電圧を超えたか否かを判断する比較器１２−１を設け、その他の比較器には、適正な光量に対応する入力電圧に満たない範囲をさらに細区分した複数の比較基準電圧を持たせて、適正な光量より低い光量に対応する入力電圧が検出される場合に、電子シャッタ速度を遅くして光量を増大させるというほぼ一方向的な制御を可能にする。即ち、受光光量が飽和レベルを超えない範囲であれば、検出される映像信号の最大振幅値に応じて適正な電子シャッタ速度に細かく設定され、受光光量が飽和レベルを超えた場合は、とりあえず次のフレームで最速の電子シャッタ速度に設定し、それに対応する映像信号の最大振幅値が飽和レベル以下になるようにし、次の最大振幅値に応じて今度は適正な電子シャッタ速度に変更設定する。一旦適正な電子シャッタ速度に設定されると、その後の映像信号の最大振幅値は適正領域と判断される。
【００３４】
制御回路１４は、映像信号の最大振幅値が１４ボルトの比較基準電圧を超えることが検出されると、現在の電子シャッタ速度から最速の電子シャッタ速度に変更設定すると共に、ＡＧＣ回路のゲインも現在の電子シャッタ速度に応じて所定の値に変更設定する。或いは、電子シャッタ速度の変更の程度に応じた値にゲインを変更設定する。上記した通り、映像信号の最大振幅値が最大比較基準電圧の１４ボルトを超えて飽和レベルを超えた場合は、その最大振幅値がどの程度高いのかを知ることはできない。従って、強制的に電子シャッタ速度を最速に変更すると、過度にシャッタ時間が短くなり受光光量が過度に少なくなり表示画面が暗くなることが予想される。そこで、本実施の形態例では、制御回路１４は、信号Ｓ１により電子シャッタ速度を最速に変更すると同時に、ＡＧＣ回路１５のゲインを、所定倍に増大させる。
【００３５】
図４は、電子シャッタ速度の変更とゲインの変更の関係を示す図である。図４には、８種類の電子シャッタ速度のうち、遅い方のシャッタ速度１／６０〜１／４０００から最高のシャッタ速度１／８０００に変更する時の、それぞれの光量の変化とゲインの変更が示される。例えば、シャッタ速度が１／２０００から１／８０００に変更設定した場合は、光量が１／４倍になる。そこで、ＡＧＣ回路１５のゲインは２倍になるように変更設定する。４倍にしては元の飽和レベルになるのは確実であるので、その半分程度の２倍とする。また、シャッタ速度が１／１０００から１／８０００に変更設定した場合は、光量が１／８倍になる。そこで、ゲインは４倍になる様に変更設定する。
【００３６】
同様に、シャッタ速度が１／５００から１／８０００に変更される場合は、光量が１／１６倍になる。そこで、ＡＧＣ回路１５のゲインは例えば８倍にする。更に、シャッタ速度が１／２５０から１／８０００に変更された時は、光量が１／３２倍に減る。しかし、ＡＧＣ回路１５のゲインは８倍とする。これ以上ゲインを上げると、逆にノイズレベルが大きくなることが予想されるからである。同様に、シャッタ速度が１／１２５あるいは１／６０から１／８０００に変更される時も、ゲインは最大制限値の８倍に変更される。
【００３７】
次に、最速の電子シャッタ速度に変更されてから検出される映像信号の最大振幅値に従って、それより低速の適正な電子シャッタ速度に変更されるときは、まず適正な電子シャッタ速度に変更し、変更後の適正な電子シャッタ速度に応じて、ＡＧＣ回路１５のゲインも制御回路１４により変更される。それにより、表示装置側に供給される映像信号の振幅の変化を最小限に抑え、視覚的に違和感のない表示を継続することができる。
【００３８】
例えば、最速の電子シャッタ速度に変更された時、ＡＧＣ回路１５のゲインは最大で８倍まで増加変更される。次に、低速の最適な電子シャッタ速度に変更される時は、ＡＧＣ回路１５のゲインは、例えば標準の１倍に変更される。そして、その後は、ＡＧＣ回路１５の持つ自動ゲイン制御機能により、表示装置に与えられる映像信号が最適レベルになる様にゲインの制御が行われる。これにより、表示画面が暗くなりすぎたり、明るくなりすぎたりする現象が防止される。
【００３９】
以上の様に、制御回路１４は、映像信号レベルが飽和レベルを超えて最速の電子シャッタ速度に変更するときは、同時に現在の電子シャッタ速度に応じてゲインを増加変更する。或いは、電子シャッタ速度の変更の程度に応じてゲインを増加変更する。また、最速の電子シャッタ速度から適正な電子シャッタ速度に変更する時も、ＡＧＣ回路のゲインを標準値に変更する。尚、上記のゲインの倍率は、一例であり、本発明の目的に適合して適宜最適の倍率に変更することができる。
【００４０】
次に、図５のフローチャートを参照して適正な電子シャッタ速度の設定制御処理手順について説明する。撮像素子１が受光した光量は、ＣＤＳ回路２、増幅器８、クランプ回路９、ピークホールド回路１０及び増幅器１１を介して出力される電圧として検出される（ステップ１０１）。その後、比較回路１２の各比較器１２−１〜１２−８は、光量に対応する入力電圧とそれぞれの比較基準電圧とを比較する。そして電圧変換回路１３を介して制御回路１４に入力される比較結果に基づいて、制御回路１４は、検出光量を示す入力電圧が、適正な光量の範囲を示す電圧範囲であるか否か、その電圧範囲より高いか、或いは低いかを判断する（ステップ１０３）。
【００４１】
ステップ１０３において、検出光量を示す入力電圧が適正な光量の範囲を示す電圧範囲である場合には、現在の電子シャッタ速度を保持するように撮像素子駆動回路７を制御する（ステップ１０４）。
【００４２】
ステップ１０３において、検出光量を示す入力電圧が適正な光量の範囲を示す電圧範囲より大きい場合、制御回路１４は、図３に示した比較結果とシャッタ速度制御内容をもとに、現在の電子シャッタ速度を最速の電子シャッタ速度に変更設定し、この設定を撮像素子駆動回路７に指示し、更に、図４に示した通り、その電子シャッタ速度の変更の程度に応じてＡＧＣ回路１５のゲインも変更し（ステップ１０５）、ステップ１０１に移行する。
【００４３】
ステップ１０３において、検出光量を示す入力電圧が適正な光量の範囲を示す電圧範囲より小さい場合、図３に示す比較結果（光量比）とシャッタ速度制御内容をもとに、現電子シャッタ遠度より遅い最適の電子シャッタ速度を選択・決定し、更に、ＡＧＣ回路のゲインを標準値に決定し（ステップ１０６）、この決定された電子シャッタ速度に変更設定すると共に、ＡＧＣ回路１５へのゲインの変更を行う（ステップ１０７）。
【００４４】
ここで、図６〜図９を参照して、具体的な電子シャッタ速度制御およびＡＧＣ回路のゲインの制御について説明する。なお、図６〜図９は、フィールド単位の時間経過に対する映像信号出力（検出光量に相当する）とシャッタ速度との遷移を示し、映像信号出力は棒グラフにより、またシャッタ速度は折れ線グラフにより示している。また、映像信号出力０．４ボルトは、適正な光量であることを示し、映像信号出力が０．８ボルトを超える場合は、特に図示していない。
【００４５】
図６は、現シャッタ速度が１／６０秒で適正な光量を受光しているときに、３フィールド目Ｆ３で光量が１２８倍に増加した場合のシャッタ速度制御の様子を示している。３フィールド目Ｆ３で光量が１２８倍に増加すると、４フィールド目でその光量を検出し、２フィールド（１フレーム）単位でシャッタ速度の設定を行うことから、６フィールド目Ｆ６で最速のシャッタ速度１／８０００秒に設定される。この場合、シャッタ速度の増大と光量の増加とがほぼ一致するため、７フィールド目Ｆ７で直ちに適正な光量が検出され、現在のシャッタ速度１／８０００が保持され、７フィールド目Ｆ７以降は、この適正なシャッタ速度によって適正な光量が受光される。なお、４〜６フィールド目Ｆ４〜Ｆ６における映像信号出力は、受光量が１２８倍に増加したため、クリップレベルに達している。
【００４６】
そして、更に、６フィールド目Ｆ６で最速のシャッタ速度に変更されると共に、ＡＧＣ回路１５のゲインは８倍に変更される。従って、７フィールド目Ｆ７では映像信号がＡＧＣ回路１５によりやや過剰に増幅されるが、同時に適正な光量が検出されることで、制御回路１４は、更にＡＧＣ回路１５のゲインを標準的なレベルに変更する。その後、ＡＧＣ回路１５は、自らの自動ゲイン制御機能によりその出力が適正なレベル、例えば０．７ボルトに維持されるようにゲインを制御する。
【００４７】
図７は、現シャッタ速度が１／６０秒で適正な光量を受光しているときに、３フィールド目Ｆ３で光量が６４倍に増加した場合のシャッタ速度制御の様子を示している。３フィールド目Ｆ３で光量が６４倍に増加すると、図６の場合と同様に、４フィールド目でその光量を検出し、２フィールド単位でシャッタ速度の設定を行うことから、６フィールド目Ｆ６で最速のシャッタ速度１／８０００秒に設定される。その後７フィールド目Ｆ７で最速のシャッタ速度１／８０００秒による光量が検出され、この検出光量が適正な光量の１／２であることから、１段遅いシャッタ速度である１／４０００秒に設定され、８フィールド目Ｆ８以降においてこの適正なシャッタ速度が保持され、９フィールド目Ｆ９以降において適正な受光量となる。
【００４８】
更に、６フィールド目Ｆ６で最速のシャッタ速度に変更されると共に、ＡＧＣ回路１５のゲインは８倍に変更される。従って、７フィールド目Ｆ７では映像信号がＡＧＣ回路１５によりシャッタ速度の変更に見合った分増幅され、表示画面の乱れは最小限に抑えられる。即ち、図７に示される通り７，８フィールド目での映像信号出力を増幅して、画面が暗くなるのが防止される。そして、８フィールド目Ｆ８でシャッタ速度が１／４０００に遅く変更された後に、制御回路１４は、更にＡＧＣ回路１５のゲインを標準的なレベルに変更する。その後、ＡＧＣ回路１５は、自らの機能でその出力が適正なレベル、例えば０．７ボルトに維持されるようにゲインを制御する。
【００４９】
図８は、現シャッタ遠度が１／６０秒で適正な光量を受光しているときに、３フィールド目Ｆ３で光量が８倍に増加した場合のシャッタ速度制御の様子を示している。３フィールド目Ｆ３で光量が８倍に増加すると、図６の場合と同様に、４フィールド目でその光量を検出し、２フィールド単位でシャッタ速度の設定を行うことから、６フィールド目Ｆ６で最速のシャッタ速度１／８０００秒に設定される。その後７フィールド目Ｆ７で最速のシャッタ速度１／８０００秒による光量が検出され、８フィールド目Ｆ８で４段遅い適正なシャッタ速度である１／５００秒のシャッタ速度に一挙に設定される。この８フィールド目Ｆ８以降においてこの適正なシャッタ速度が保持され、９フィールド目Ｆ９以降において適正な受光量となる。
【００５０】
この場合も、更に、６フィールド目Ｆ６で最速のシャッタ速度に変更されると共に、ＡＧＣ回路１５のゲインは８倍に変更される。従って、７フィールド目Ｆ７では映像信号がＡＧＣ回路１５によりシャッタ速度の変更に見合った分増幅され、表示画面の乱れは最小限に抑えられる。即ち、図８に示される通り７，８フィールド目での映像信号出力を増幅して、画面が暗くなるのが防止される。そして、８フィールド目Ｆ８でシャッタ速度が１／４０００に遅く変更された時に、制御回路１４は、更にＡＧＣ回路１５のゲインを標準的なレベルに変更する。これにより、画面が明るくなりすぎるのが防止される。その後は、ＡＧＣ回路１５は、自らの機能によってその出力が適正なレベル、例えば０．７ボルトに維持されるようにゲインを制御する。
【００５１】
図９は、現シャッタ速度が１／８０００秒で適正な光量を受光しているとき、３フィールド目で光量が１／８に減少した場合のシャッタ速度制御の様子を示している。３フィールド目Ｆ３で光量が１／８に減少すると、４フィールド目Ｆ４でその光量を検出し、２フィールド単位でシャッタ速度の設定を行うことから、６フィールド目Ｆ６でその検出光量に応じて、３段遅いシャッタ速度である１／５００秒に設定され、その後保持され、７フィールド目Ｆ７以降において適正な受光量となる。
【００５２】
この場合は、６フィールド目Ｆ６でのシャッタ速度が１／５００秒への変更は、すでに検出した光量に応じて決定されているので、ＡＧＣ回路１５のゲインの変更設定は行われない。即ち、上記の如く一旦最速のシャッタ速度に変更されて強制的に８倍にゲインが増加された時は、次のフィールドで検出された光量により最適シャッタ速度への変更と共にＡＧＣ回路のゲインの標準的レベルへの修正が行われるのである。
【００５３】
以上の通り、本実施の形態例では、光量が急激に増加しても少なくとも２フレーム後には適正な電子シャッタ速度に変更することができる。また、光量が急激に減少した時は次のフレームで適正な電子シャッタ速度に変更することができる。そして、強制的に最速の電子シャッタ速度に変更する時は、同時にＡＧＣ回路のゲインも所定値だけ増加させることにより、映像信号の振幅の変化を最小限に抑え、表示画面が暗くなりすぎる現象を抑えることができる。更に、最速の電子シャッタ速度から適正なより遅い電子シャッタ速度に変更される時も、それに応じてＡＧＣ回路のゲインも変更設定されるので、それに伴い表示画面が明るくなりすぎる現象が抑えられる。
【００５４】
このため、光量の増大／減少の大きさにかかわらず、常に一定のフィールド時間内に適正なシャッタ速度に設定され、従来の適正シャッタ速度への変更に要する最悪の場合の長い時間をなくすことができる。更に、その適正シャッタ速度への変更過程において、表示装置への映像信号の振幅の変動を最小に抑え表示画面の乱れをできるだけ少なくすることができる。
【００５５】
［第２の実施の形態例］
次に、図１０及び図１１を参照して、本発明の第２の実施形態について説明する。図１０は、この例における制御回路１４による電子シャッタ速度の制御内容を示す図であり、図３と同様な形式で示している。図１０において、制御回路１４は、予め現シャッタ速度を低速側と高速側とに区分し、現シャッタ速度が低速側のシャッタ速度である場合には、図３に示す電子シャッタ速度制御と同様に光量が増加した場合に、一度最速のシャッタ速度に変更設定した後に適正なシャッタ速度に再設定するようにして、２フレーム以内に適正シャッタ速度への変更制御を行う。これに対し、現シャッタ速度が高速側のシャッタ速度である場合には、光量の増減に対応してそれぞれ１段ずつ順次シャッタ速度を変更することによって適正なシャッタ速度に設定する。
【００５６】
この低速側と高速側とのシャッタ速度の区分は、例えば図４に示される通り、シャッタ速度が１／６０〜１／５００秒を低速側とし、残りの１／１０００〜１／８０００秒を高速側のシャッタ速度として区分することが考えられる。
【００５７】
即ち、高速側のシャッタ速度１／１０００〜１／８０００は、たとえシャッタ速度１／１０００から１／８０００まで１段づつシャッタ速度を高速側にずらしてもせいぜい３フレームを要するのみである。それに対して、低速側から１／８０００秒まで変更する場合は、１段づつシャッタ速度をずらして変更すると適正シャッタ速度になるまで最悪で非常に長いフレーム数を要することになる。従って、高速側のシャッタ速度の時は従来通り１段づつの変更を行い、低速側のシャッタ速度の時は、上記した一旦最速シャッタ速度に変更してからその後適正シャッタ速度に再設定する制御をとる。その結果、確率的には適正シャッタ速度に変更されるまでのフレーム数の期待値が最短になる。
【００５８】
更に、高速側のシャッタ速度制御に従来の１段ずつシャッタ速度を変更する制御を用いた理由は、高速である場合には、光量が比較的多く受光されているため、経験的に大きな光量変化が生じないからである。これに対し、低速側のシャッタ速度制御に本発明のシャッタ速度制御を用いた理由は、低速である場合には、光量が少なく、経験的に大きな光量変化、特に急激な光量増加が生ずる場合が多いからである。
【００５９】
更に、上記の制御にすることにより、光量の増加変化量が非常に大きい場合にのみ最速のシャッタ速度に設定してから適正なシャッタ速度に迅速に再設定し、光量の増加変化量が比較的少ない場合には、段階的にシャッタ速度を変更することにより、シャッタ速度の変更に伴う受光量の急激な変化の確率を抑えることができる。しかも、本実施の形態例では、最速シャッタ速度に設定してから適正なシャッタ速度に再設定される時は、それに伴ってＡＧＣ回路のゲインも設定しているので、表示画面の乱れを抑えることができる。
【００６０】
図１１のフローチャートを参照して、上記別の実施の形態例による適正な電子シャッタ速度の設定制御処理手順について説明する。図１１において、図５と同様に、まず撮像素子が受光した光量は、ＣＤＳ回路２、増幅器８、クランプ回路９、ピークホールド回路１０及び増幅器１１を介して出力される電圧として検出される（ステップ１０１）。その後、比較回路１２は、入力された電圧と各比較器１２−１〜１２−８の比較基準電圧と比較し、電圧変換回路１３を介して制御回路１４に比較結果を供給する。
【００６１】
その後、制御回路１４は、まず現シャッタ速度が低速側のシャッタ遠度に設定されているか否かを判断し（ステップ１０２）、低速側のシャッタ速度に設定されている場合には、ステップ１０３に移行し、図５に示す処理と同様な処理を行う。図１１には、図５と同じステップ番号を付しているので、その制御の説明は省略する。
【００６２】
一方、現シャッタ速度が高速側のシャッタ速度に設定されている場合には、ステップ１１１に移行し、制御回路１４は、比較結果に基づいて、検出光量を示す電圧が適正な光量範囲を示す電圧範囲であるか否かを判断する。ステップ１１１において、検出光量を示す電圧が適正な光量範囲を示す電圧範囲である場合には、現シャッタ速度を保持するように撮像素子駆動回路７を制御する（ステップ１１２）。ステップ１１１において、検出光量を示す最大電圧が適正な光量範囲を示す電圧範囲より大きい場合は、現シャッタ速度よりも１段速いシャッタ速度に変更設定する（ステップ１１３）。一方、ステップ１１１において、検出光量を示す最大電圧が適正な光量の範囲を示す電圧範囲より小さい場合は、現シャッタ速度よりも１段遅いシャッタ速度に変更設定する（ステップ１１４）。
【００６３】
尚、その後、ステップ１０２の判断は、ステップ１０７又は１１４を経てシャッタ速度が最適値に設定されるまでは省略される。
【００６４】
現在のシャッタ速度が高速側のシャッタ速度群に設定されている時は、上記の通り１段づつのシャッタ速度を変更し、受光光量が最適範囲になるまでそのシャッタ速度の変更が繰り返される。従って、かかる１段づつのシャッタ速度の変更中は、ＡＧＣ回路のゲインを自動的に制御する機能は停止される。そして、最終的に受光光量が最適範囲内になったことが検出されてから後に、ＡＧＣ回路のゲインを自動制御する機能が再開される。かかる動作により、不適正な受光光量の映像信号に対してゲインが自動制御されて画面が不安定になることが防止される。
【００６５】
なお、上述した各実施の形態例では、光量が飽和レベルを超えて増加した場合に最速のシャッタ速度に設定するようにしているが、これは一度最速のシャッタ速度に設定して受光量を抑えることにより、光量が飽和レベルを超えることを防止し、光量に対応するシャッタ速度の制御が容易になるからである。但し、必ずしも最速でなくても、所定の高速のシャッタ速度でもよい。あるいは所定の複数段階だけシャッタ速度を速めてより高速のシャッタ速度に一旦設定するようにしてもよい。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明によれば、受光光量が適正光量範囲を超えた場合は、一旦高速シャッタ速度に切り替え、その高速シャッタ速度での受光光量に応じて適正なシャッタ速度を検出し、次のフレームで適正なシャッタ速度に切り替えることができるので、受光光量が大きく変化した時も２フレームで適正シャッタ速度に変更することができる。更に、シャッタ速度に切り替える時に、同時に撮像素子からの映像信号を可変増幅するＡＧＣ回路のゲインを、シャッタ速度の変更の程度に応じて変更することにより、シャッタ速度を大きく切り替えたことにより、表示画面の明暗が乱れる現象を抑えることができる。
【００６７】
更に、本発明によれば、上記のシャッタ速度の切り替え時に一時的に高速のシャッタ速度に切り替える時に、同時にＡＧＣ回路のゲインを元のシャッタ速度から高速のシャッタ速度への変更の程度に応じて変更することにより、高速のシャッタ速度に一時的に切り替えたことに伴い表示画面が暗くなる現象を抑えることができる。
【００６８】
更に、本発明によれば、上記のＡＧＣ回路のゲインの変更を、一定値以下に設定することにより、過剰にゲインを大きくしてノイズレベルを増幅して表示画面が乱れることを抑えることができる。
【００６９】
更に、本発明によれば、高速のシャッタ速度から適正なシャッタ速度に変更された時は、ＡＧＣ回路のゲインを標準的に値に変更するので、表示画面が明るくなりすぎる現象を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電子シャッタ動作を説明するためのタイミング図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態例に係わる電子シャッタ制御装置を傭えた撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図３】図１の比較回路の比較結果と電子シャッタ速度制御内容との対応関係を示す図である。
【図４】電子シャッタ速度の変更とゲインの変更の関係を示す図である。
【図５】適正な電子シャッタ速度の設定制御処理手順を示すフローチャートである。
【図６】光量が１２８倍増加した場合の電子シャッタ速度制御による具体的な電子シャッタ速度と映像信号出力との遷移関係を示すタイミング図である。
【図７】光量が６４倍増加した場合の電子シャッタ速度制御による具体的な電子シャッタ速度と映像信号出力との遷移関係を示すタイミング図である。
【図８】光量が８倍増加した場合の電子シャッタ速度制御による具体的な電子シャッタ速度と映像信号出力との遷移関係を示すタイミング図である。
【図９】光量が１／８に減少した場合の電子シャッタ速度制御による具体的な電子シャッタ速度と映像信号出力との遷移関係を示すタイミング図である。
【図１０】本発明の第２の実施形態における比較回路の比較結果と電子シャッタ速度制御内容との対応関係を示す説明図である。
【図１１】本発明の第２の実施形態における適正な電子シャッタ速度の設定制御処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１      撮像素子
７      撮像素子駆動回路
１２    比較回路
１２−１〜１２−８  比較器
１４    制御回路
１５    ＡＧＣ回路
【図１】
0004158220.tif 000002
【図２】
0004158220.tif 000003
【図３】
0004158220.tif 000004
【図４】
0004158220.tif 000005
【図５】
0004158220.tif 000006
【図６】
0004158220.tif 000007
【図７】
0004158220.tif 000008
【図８】
0004158220.tif 000009
【図９】
0004158220.tif 000010
【図１０】
0004158220.tif 000011
【図１１】
0004158220.tif 000012