JPH03106275A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明は、自動露光制御機能を備えた固体撮像装置に関
する。

（口）従来の技術 従来、ＣＯＤ固体撮像素子を用いた撮像装置に於いては
、ＣＣＤの駆動原理を活用して電子的に露光制御を行う
ことが提案されている。例えば、特開昭６３−２４７６
４号公報に於いては、ＣＣＤの垂直走査期間毎の光電変
換期間の途中でそれまで撮像部に蓄積した光電荷を転送
排出し、残余の光電変換期間に光電変換して得た光電荷
を蓄積することで蓄積期間の伸縮制御を行っている．即
ち、光電荷の排出タイミングをＣＯＤの露光量に対応し
て変更することで、光電荷の蓄積期間が被写体の照度に
対応して伸縮制御される．このような露光制御手段では
、ＣＣＤの正確な露光量の検知が望まれ、種々の露光量
検知方法（測光方法）が考えられている．例えば、本願
出願人に依る特願昭６３−３５６６３号では、ＣＣＤか
ら得られる映像信号を１画面単位で積分し、その積分値
を上限値及び下限値の２値と夫々比較して露光量が適正
範囲内にあるか否かを判定している． 第６図は、自動露光制御機能を備えた固体撮像？置のブ
ロック図であり、第７図はその動作タイミング図である
。

ＣＯＤ（１）は受光した映像を一定期間単位で光電変換
し、画面単位で連続する映像信号Ｘ　，ｔ）を出力する
もので、後述するクロック発生回路（７）に依ってパル
ス駆動される．ＣＯＤ（１）から得られる映像信号Ｘ　
，ｔ，は、信号処理回路（２）でサンプルホールド、ガ
ンマ補正等の処理が施されてビデオ信号Ｙ　，ｔ）とし
て外部機器に出力される．また、映像信号Ｘ　（ｔ）は
積分回路（３）で１画面単位で積分され、積分値Ｉ　ｃ
ｔ：ｌが比較回路（４）に入力される．積分値Ｉ　（ｔ
，は、第８図に示す如く時間ｔの経過に従って増大し、
水平走査期間の１周期（ＩＶ）毎のタイミングｔ１で比
較回路（４）に取り込まれると共に積分回路＜３）がリ
セットされて基準レベルとなる．比較回路（４〉では、
適正露光範囲の上限値ＶＨ及び下限値ＶＬ（　ＶＬ＜　
Ｖｌ１）とタイミングｔ■での積分値Ｉ（ｔｌ）とが比
較され、その判定データＥＤがデコーダ（５〉に入力さ
れる．積分値Ｉ（ｔｌ）が第８図の破線Ａの如＜ＶＩ４
より高い場合、デコーダ（５〉は露光抑圧信号ＣＬＯＳ
Ｅをタイミング制御回路（６〉に供給し、逆に破線Ｂの
如くｖＬより低い場合、デコーダ（５）は露光促進信号
ＯＰＥＮをタイミング制御回路（６）に供給する．そし
て、積分値Ｉ（ｔｌ）がｖＬからＶｗの間にあると、デ
コーダ（５〉は何れの信号も発生せず、タイミング制御
回路ク６）の各タイミングは変化しない。タイミング制
御回路（６〉は、ＣＣＤ（１）の光電荷の読出タイミン
グを決定する読出タイミング信号ＦＴと光電荷の排出タ
イミングを決定する排出タイミング信号ＢＴとを発生す
るもので、読出タイミング信号ＦＴは、垂直走査信号Ｖ
Ｄのプランキング期間毎にタイミングパルス（イ）を有
していると共に、排出タイミング信号ＢＴは、垂直走査
期間の所定のタイミングにタイミングパルス（口）を有
している．このタイミングパルス（口）は、デコーダ（
５〉からの露光抑圧信号ＣＬＯＳＥで発生タイミングが
水平走査信号ＨＤの１周期（ＩＨ）毎に遅らせられ、露
光促進信号ＯＰＥＮでＩＨ毎に早められ、ＣＣＤ（１）
の光電荷の排出タイミングが可変設定される．即ち、ク
ロック発生回路（７）の発生する読出クロックφ，及び
排出クロックφ．は、読出タイミング信号ＦＴのタイミ
ングバルスくイ）及び排出タイミング信号ＢＴのタイミ
ンクハルス（ロ）４．１応してクロックパルス（ハ），
（二）を有しており、排出クロックφ，のクロックバル
ス（二〉から読出クロックφ，のクロックパルス（ハ）
までの期間Ｌで光電荷が蓄積される。従って、ＣＣ　Ｄ
　（１）の露光量が少なくなって積分値１（ｔｌ）がＶ
，より小さくなると、排出クロックφ９のクロックパル
ス（二）の発生するタイミングが早くなり、光電荷の蓄
積期間Ｌが長くなる．逆にＣ　Ｏ　Ｄ　（１）の露光量
が多くなって積分値Ｉ（ｔｌ）がｖ８より大きくなると
、クロックパルス（二）の発生タイミングが遅くなり蓄
積期間Ｌが短くなる． （ハ〉発明が解決しようとする課題 上述の如き固体撮像装置に於いては、被写体の照度に応
じてＣＯＤの光電荷の蓄積期間が伸縮制御され、ＣＯＤ
の露光状態が適正に保たれるが、光源を背にした被写体
を撮像するような場合露光量が適正範囲にあるにも拘わ
らず被写体自体は暗く写るような場合がある。これは、
被写体の照度が背景の照度に比して極端に低い場合、背
景部分を示す高レベルの映像信号が抑圧されることにな
るため、被写体部分を示す映像信号が適正レベルにあっ
たとしても抑圧されることになるからである， このような映像信号の不必要な抑圧を防止するため、一
般のビデオカメラ等に於いては、画面の中央部分の映像
信号を選択的に取り出し、画面中央部の露光量を測定す
るように構成されている。

即ち、通常のビデオカメラでは、操作者が被写体を画面
の中央部に写すように操作するために被写体は画面の中
央部に位置する場合が極めて多く、その中央部分の露光
量を検知すれば良いことになる。

ところが、監視カメラやドアホン等の様に位置の固定さ
れたカメラでは被写体が必ずしも画面の中央部分に位置
するとは限らず、中央部分の映像信号から露光量を検知
することで被写体の露光量を検知できるとは限らなかっ
た． そこで本発明は、被写体の位置に拘わらず的確な露光量
を検知すると共に、被写体を示す映像信号を常に適正レ
ベルに保つように露光制御を行うことを目的とする． ＜二）課題を解決するための手段 本発明は上述の課題を解決するためのもので、受光した
画像を所定期間毎に光電変換して画面単位で連続す映像
信号を得る固体撮像素子、受光画面を複数の領域に分割
して各領域に対応する上記映像信号を夫々積分する積分
回路、この積分回路の１画面毎の積分値を適正露光範囲
の上限値及び下限値と比較して上記各分割領域の露光量
を過剰、適正、不足の３値で夫々評価する比較回路、こ
の比較回路の評価値を受けて適正露光領域の数を得ると
共に各評価値の総和を得る演算回路、上記適正露光領域
の数及び上記評価値の総和に応じて露光抑圧信号又は露
光促進信号を発生する露光制御回路、上記固体撮像素子
の所定期間毎の実効光電変換期間を上記露光抑圧信号で
短縮すると共に上記露光促進信号で伸長する駆動回路と
、を備えたことを特徴とする。

（＊）作用 本発明に依れば、分割された複数の領域の夫々の状態か
ら露光量の判定が行われるため、被写体が画面上のどこ
に位置したとしても、被写体の状況に応じて的確な判定
が行われる。

（へ〉実施例 本発明の一実施例を図面に従って説明する。

第１図は本発明固体撮像装置のブロック図であり、４つ
の領域からの映像信号から露光状態の判定を行う場合を
示している。この図に於いて、ＣＣＤ（１）、信号処理
回路（２）、タイミング制御回路（６）及びクロック発
生回路（７）は第６図と同一であり、説明は省略する． Ｃ　Ｃ　Ｄ　（１）から得られる映像信号Ｘ（ｔ）Ｉま
、分割信号ＤＳ．−ＤＳ．の各タイミングで所定の期間
積分回路（３１〉〜（３４）に取り込まれ、その積分値
ｈ（１）〜Ｉ　４（ｔ）が比較回路（４１〉〜（４４〉
に夫々与えられる。これら積分回路は、第２図に示す如
く、アナログスイッチ＜３０１）、抵抗＜３０２）、コ
ンデンサ（３０３）及びリセットトランジスタ（３０４
）からなるもので、分割信号ＤＳに依ってアナログスイ
ッチ（３０１）が才ンしている期間のみに映像信号Ｘ　
（ｔ）を取り込んでコンデンサ（３０３）に蓄積し、こ
のコンデンサ（３０３）の電位がトランジスタ（３０５
）及び抵抗（３０６）からなるソースフオロワ回路を介
して比較回路に出力される．そして、垂直走査信号ＶＤ
に同期したリセット信号ＲＳに依って垂直走査期間毎に
コンデンサ（３０３）がリセットされて接地電位に引下
げられる。

比較回路（４１〉〜（４４〉は、積分回路（３１〉〜（
３４）からの積分値１ｆ（ｔ）〜Ｉ　４（ｔ）を適正露
光範囲の上限値Ｖイ及び下限値Ｖ，と比較し、その比較
結果を演算回路（８）に与える。これら比較回路仕、積
分値Ｉ　＋（１−）〜Ｉ　ａ（ｔ）をＶＭ及びｖＬト夫
々比較する２つの差動アンプ（４０１　）（４０２）と
その比較出力をリセット信号ＲＳの各タイミングで出力
するプリツブプロップ（４０３＞（４０４）からなり、
２ビットの信号Ｌ，〜Ｌ４を出力して積分値Ｌ（’Ｉ−
）〜Ｉ　４（ｔ）の判定結果を、露光不足’０，０，、
適正露光「０１」、過剰露光’１，１．の３値何れかで
表わす．これら２ビットの信号Ｌ，〜Ｌ４は、演算回路
（８〉に入力され、’ｏ，ｏ，に対しては「０」、’０
，１，に対しては「１」、’１，１，に対しては「２」
が評価値として与えられる．演算回路（８）は、４つの
評価値を加算して総合評価データＥＤを得ると共に、適
正露光を示す評価値１″１」の数を適正数データＱＤと
して出力する．従って、評価データＥＤと適正数データ
ＱＤとに依ってＣ　Ｏ　Ｄ　（１）の露光状態が表わさ
れることになる． 即ち、信号Ｌ，〜Ｌ４に対する４つの評価値の組合せは
全部で３’（８１）通り考えられるが、各信号Ｌ，〜Ｌ
４を入れ替えたものが同等とすれば、例えばｒ０１２０
Ｊと’２１００，とが同等とすれば第３図に示す１５通
りとなる。この図は、評価値の総和（評価データＥＤ）
が１だけ変化する場合に於いての’ｏｏｏｏ，からｒ２
２２２Ｊまでの流れを示しており、評価データＥＤと適
正数データＱＤとで全てが表わされる．例えばＥＤが５
のときＱＤが１であれば’０１２２Ｊを示し、同じ＜Ｅ
Ｄが５でもＱＤが３であれば’１１１２」を示すことに
なる． このような４つの評価値の組合せ番士、デコーダ（５０
）に記憶され、評価データＥＤと適正数データＱＤとで
何れか１つが指定される．そこで、第３図に破線で示す
如く、露光量を促進するデータ（ＯＰＥＮ）、固定する
データ（ＨＯＬＤ）、抑圧するデータ（ＣＬＯＳＥ）と
してデコーダ（５０）に与えておくことに依り、指定さ
れた評価値の組合せがＯＰＥＮにあれば露光促進信号Ｏ
ＰＥＮ，ＣＬＯＳＥにあればデコーダ（５０）が露光抑
圧信号ＣＬＯＳＥを出力し、｝１０ＬＤにあれば何れの
信号も出力しない。このようなＯＰＥＮＳＨＯＬＤ，Ｃ
ＬＯＳＥの区分けは、基本的には評価データＥＤの小さ
い場合にＯＰＥＮ，大きい場合にはＣＬＯＳＥで、適正
数データＱＤが大きければＨＯＬＤとし、細部は必要に
応じて設定すれば良い． そして、デコーダ（５０〉の出力する露光促進信号ＯＰ
ＥＮ或いは露光抑圧信号ＣＬＯＳＥは、タイミング制御
回路（６）に与えられ、第６図と同様にＣＯＤ（１）の
光電荷の蓄積期間が伸縮制御されることになる。

上述のような手段に依れば、評価データＥＤのみで露光
量を判定していた従来の手段とは異なり、例えばＥＤが
３であってもＱＤが３であれば適正露光と判定されるが
、ＱＤが１であれば露光不足と判定されるような場合が
生ずる。

第４図は、ドアホンに本発明固体撮像装置を採用した場
合の画面の分割方法の一例を示すもので、第５図は第４
図のように画面を分割したときの各分割信号ＤＳ．〜Ｄ
Ｓ．のタイミング図である． 画面は、垂直方向に３分割され、そのうちの中央部が水
平方向に４つに均等分割されて合計６つの領域０ト■に
分割される。このうち領域■及び■に対応する映像信号
を積分して積分値１ｔ（ｔ）を得ると共に同じく領域■
及び■、領域■及び■、領域■及び■の映像信号から夫
々積分値工１（ＪｙＩ　ａｃｔ）．　Ｉ　４（ｔ）を得
る．以上のように領域■を除く領域■〜■及び■から積
分値Ｉ，（ｔ）〜Ｉ．（ｔ）を得て第１図に示すように
自動露光制御を行う。

ドアホンの場合、画面の上部には、常に空が写ることに
なるために明暗の差が大きい空の写る領域■は露光量の
判定に用いられない． このような画面の分割は、実際には各積分回路（３１）
〜（３４）への映像信号Ｘ　（ｔ）の取り込みのタイミ
ングの設定で行われるものであり、第５図の如き４種類
の分割信号ＤＳ！〜ＤＳ．に依って分割される。即ち、
領域■を走査する期間工で辻、分割信号ＤＳ．〜ＤＳ．
が水平走査期間中「０」となり、各積分回路（３１〉〜
（３４〉には映像信号Ｘ（ｔ）が取り込まれず、続く■
〜■を走査する期間Ｉでは、水平走査期間の％毎に分割
信号ＤＳ．−ＤＳ．が順次「１，となり、映像信号Ｘ　
（ｔ）が水平走査期間のκ毎に各積分回路（３１〉〜（
３４〉に取り込まれる。そして、領域■を走査する期間
■では、分割信号ＤＳ．−ＤＳ．が水平走査期間中に「
１」となり、映像信号Ｘ　（ｔ）が水平走査期間毎に各
積分回路（３１〉〜（３４〉に取り込まれる．従って、
各積分回路（３１）〜（３４〉には、領域■〜■に対応
する映像信号Ｘ　，ｔ）が夫々蓄積され、さらに領域■
に対応する映像信号Ｘ　（ｔ）が各積分回路（３１）〜
〈３４）に蓄積される． 以上のように、４つの積分値を得るために４つの積分回
路（３１）〜（３４）を設けることの他に、積分回路を
１つとし、この積分回路を４つのフィールドに亘って４
種類の領域の映像信号を順次取り込むようにタイミング
（分割信号）を設定し、演算回路（８）をバラレルな入
力からシリアルな入力に変更すれば、第１図と同様の動
作が可能となる．この場合、露光量の判定に４フィール
ドを要するため応答速度は遅くなるが、回路規模を大幅
に縮小することができるため、安価で小型の固体撮像装
置への採用に極めて有効となる． 尚、以上の実施例に於いては、４種類の領域から４つの
積分値を得て露光量の判定を行う場合を例示したが、３
種類の領域或いは５種類以上の領域から夫々積分値を得
て露光量の判定をすることも同様に行うことができる． （ト〉発明の効果 本発明に依れば、被写体が必ならずしも画面中央部に位
置しない監視カメラやドアホン等に於いても、的確な露
光量の判定が行われ、常に被写体に応じた自動露光制御
を実現でき、再生画面の画質の向上が望める．

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第５図は本発明に係り、第１図はブロック図
、第２図は積分回路と比較回路との回路図、第３図は評
価値の組合せを示す図、第４図は画面分割の一例を示す
図、第５図は第４図の分割を行うタイミング図である．
第６図は従来の固体撮像装置のプＩｆｆック図、第７図
はその動作タイミング図、第８図は積分値の経時変化を
示す図である。 （１〉・・・ＣＯＤ，　　（２）・・・信号処理回路、
　（３）　（３１〉〜《３４〉・・・積分回路、　（４
）（４１）〜〈４４〉・・・比較回路、　　（５）（５
０）・・・デコーダ、　（６〉・・・タイミング制御回
路、 回路． （７）・・・クロック発生回路、 （８）・・・演算

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）受光した画像を所定期間毎に光電変換して画面単
   位で連続する映像信号を得る固体撮像素子、 受光画面を複数の領域に分割して各領域に対応する上記
   映像信号を夫々積分する積分回路、 この積分回路の１画面毎の積分値を適正露光範囲の上限
   値及び下限値と比較して上記各分割領域の露光量を過剰
   、適正、不足の３値で夫々評価する比較回路、 この比較回路の評価値を受けて適正露光領域の数を得る
   と共に各評価値の総和を得る演算回路、上記適正露光領
   域の数及び上記評価値の総和に応じて露光抑圧信号又は
   露光促進信号を発生する露光制御回路、 上記固体撮像素子の所定期間毎の実効光電変換期間を上
   記露光抑圧信号で短縮すると共に上記露光促進信号で伸
   長する駆動回路、 を備えたことを特徴とする固体撮像装置。
2. （２）適数個の上記積分回路に１垂直走査期間内の映像
   信号を異なるタイミングで順次取り込み、分割された複
   数の領域に対応する映像信号を各積分回路に夫々蓄積し
   て複数の積分値を同一の垂直走査期間に得ることを特徴
   とする請求項第１項記載の固体撮像装置。
3. （３）各垂直走査期間毎に夫々異なるタイミングで映像
   信号を一つの上記積分回路に取り込み、分割された複数
   の領域に対応する映像信号を複数の垂直走査期間に亘っ
   て上記積分回路に順次蓄積して複数の積分値を垂直走査
   期間毎に連続して得ることを特徴とする請求項第１項記
   載の固体撮像装置。