JP2007329527A

JP2007329527A - 撮像装置

Info

Publication number: JP2007329527A
Application number: JP2006156886A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Nakaoka; 宏中岡
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2006-06-06
Filing date: 2006-06-06
Publication date: 2007-12-20

Abstract

【課題】設定された露光時間内で得られる複数回の画像データを合成して１枚の撮影画像データを生成する際に、オーオフォーカスデータ検出の周期を早くすることができる撮像装置を提供する。
【解決手段】設定された露光時間内に得られる複数回の画像データをもとに１枚の撮影画像データを合成する合成手段１０３，１１０，１０５，１０４と、前記複数回の画像データのうちの予め定められた２以上の画像データからオートフォーカスデータを検出するオートフォーカスデータ検出手段１１０，１０６とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ビデオカメラなどの撮像装置に関するものである。

従来のビデオカメラとして、動画撮影でのスローシャッタモードや、夜景などの暗い静止画撮影を行う際、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサなどに代表される固体撮像素子への電荷蓄積時間を多くすることで、充分な感度が得られるようにした撮像装置がある。また、固体撮像素子から得られる毎回の１フレーム毎の画像信号を順次累積加算して、実効的に長時間露光に匹敵する画像信号を得るようにした画像記録装置も提案（特許文献１）されている。
特開平５−２３６４２２号公報

しかしながら、従来の上記撮像装置では、電荷蓄積時間が多くなってしまうと、オートフォーカス（ＡＦ）を設定していた場合、それらの制御が行われる周期も電荷蓄積時間に従って遅くなってしまい、ＡＦの応答性が悪くなるという問題がある。

ここで、上記撮像装置におけるタイミングチャートを図８に示し、その説明を行う。タイミング８０１，８０２で示された区間ｔ１は同期信号の周期であり、例えばＮＴＳＣ標準信号だと１／６０秒周期で繰り返し出力される。８１１は撮像素子において電荷が蓄積される様子を示したものであり、蓄積された電荷は読み出しタイミング８２１で撮像素子から読み出される。スローシャッタなどの長時間露光を行う場合、電荷の蓄積は垂直同期をまたがって行われるため、読み出しタイミングは垂直同期をまたがった周期Ｔ１のタイミングで行われる。読み出された電気信号は記録手段８３１へ記録され、その後ＡＦ評価値抽出タイミング８４１でＡＦの評価値の抽出が行われる。このとき、出力タイミング８５１のタイミングで出力８６１が行われると同時に、次の電荷蓄積が垂直同期のタイミング８０３で行われる。しかし、ＡＦ評価値を抽出してからその値を反映するためにタイミング８７１でレンズなどの光学系の制御を開始するが、制御の完了までに処理時間がかかってしまい、タイミング８０３での電荷蓄積開始に間に合わなくなってしまう。よって、実際にＡＦ評価値が電荷蓄積開始に反映されるのは８０４のタイミングになってしまい、ＡＦ評価値抽出から電荷蓄積開始に反映させるまでの応答性が悪いという問題がある。

また、特許文献１の画像記録装置では、ＡＦ制御系が含まれていない構成となっており、合成された画像はピントがずれたものになってしまう問題がある。

（発明の目的）
本発明の目的は、設定された露光時間内で得られる複数回の画像データを合成して１枚の撮影画像データを生成する際に、オートフォーカスデータ検出の周期を早くすることができる撮像装置を提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、本発明は、設定された露光時間内に得られる複数回の画像データをもとに１枚の撮影画像データを合成する合成手段と、前記複数回の画像データのうちの予め定められた２以上の画像データからオートフォーカスデータを検出するオートフォーカスデータ検出手段とを有する撮像装置とするものである。

同じく上記目的を達成するために、本発明は、設定された露光時間内に得られる複数回の画像データをもとに１枚の撮影画像データを合成する合成手段と、前記露光時間内で画像データを得る回数を数える計数手段と、前記計数手段の計数値により前記複数回の画像データのうちの２以上の画像データを選択する選択手段と、前記選択手段により選択された画像データからオートフォーカスデータを検出するオートフォーカスデータ検出手段とを有する撮像装置とするものである。

本発明によれば、設定された露光時間内で得られる複数回の画像データを合成して１枚の撮影画像データを生成する際に、オートフォーカスデータ検出の周期を早くすることができる撮像装置を提供できるものである。

本発明を実施するための最良の形態は、以下の実施例１および実施例２に示す通りである。

図１は本発明の実施例１に係る撮像装置の一例であるビデオカメラの回路構成を示すブロック図である。１０１は光学系の一部を構成する単一のレンズ（ないしはレンズ群）であり、ビデオカメラに着脱可能なものである。レンズ１０１を通過した光は撮像素子１０２において電気信号に変換される。撮像素子１０２はＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサなどに代表されるイメージセンサであり、タイミングジェネレータ１１１から入力される駆動制御信号に基づいて、被写体を所定の時間だけ露光して電気信号へ変換する。タイミングジェネレータ１１１はタイミング制御回路１０８および画像累積カウンタ１０９からなる制御部１１０によって制御される。詳しくは、タイミングジェネレータ１１１はタイミング制御回路１０８から出力される制御信号にしたがって制御され、撮像素子１０２を駆動する駆動制御信号を出力する。画像累積カウンタ１０９はタイミング制御回路１０８から出力される制御信号によって制御され、タイミングジェネレータ１１１によって駆動される撮像素子１０２での電気信号の読み出し回数をカウントする。

１０３は撮像素子１０２で変換された電気信号を逐次累算処理を行う画像合成回路であり、合成された電気信号をセレクタ１０５を経由して記録手段であるフレームメモリ１０４に記録する。セレクタ１０５は画像累積カウンタ１０９がカウントした所定の読み出し回数にしたがって画像合成回路１０３の出力先を、カメラ信号処理回路１０７へ切り換える。カメラ信号処理回路１０７は撮像素子１０２で変換された電気信号から画像データに変換する処理回路である。１０６は撮像素子１０２で変換された電気信号からＡＦ評価値を検出するＡＦ評価値検出回路であり、タイミング制御回路１０８から出力されるタイミングでＡＦ評価値の検出を行う。そして、得られたＡＦ評価値に基づいてレンズ１０１の制御量を決定し、この制御量をレンズ制御回路１１２に出力する。レンズ制御回路１１２はＡＦ評価値検出回路１０６にて決定された制御量に基づいてレンズ１０１を光軸方向に駆動することで、被写体とのピントを修正する。

次に、上記ビデオカメラの主要部分のタイミングチャートを、図２を用いて順に説明していく。

タイミング２０１，２０２で示された区間ｔ１は同期信号の周期であり、例えばＮＴＳＣ標準信号だと１／６０秒周期で繰り返し出力される。２１１，２１２，２１３，２１４は撮像素子１０２において電荷が蓄積される様子を示したものである。蓄積された電荷はタイミングジェネレータ１１１からの駆動制御信号によって同期信号に同期した読み出しタイミング２２１，２２２，２２３，２２４で撮像素子１０２から読み出される。特にこの例では、同期信号の周期ｔ１で読み出される電気信号を４回累算処理することで、設定された露光時間Ｔ１で１枚の動画用の撮影画像データを生成するものとして説明していく。

読み出しタイミング２２１で読み出された電気信号は、画像合成回路１０３へ入力される。ここで、ＡＦ評価値検出回路１０６はタイミング制御回路１０８から出力される評価値抽出タイミング２４１に従い、撮像素子１０２で変換された電気信号からＡＦ評価値を抽出する。そして、レンズ制御タイミング２７１でＡＦ評価値を基にレンズ１０１の制御量をレンズ制御回路１１２に出力する。レンズ制御回路１１２は入力される制御量を基にタイミング２７１，２７２に示された時間、すなわち同期信号の周期ｔ１内に収まる時間でレンズ１０１の制御を行い、被写体とのピントを調整する。

一方、撮像素子１０２で電気信号に変換され、画像合成回路１０３に入力された電気信号は、合成する際の１回目の画像データであるために累算処理は行わず、フレームメモリ１０４に記録される。読み出しタイミング２２２で読み出された電気信号は、評価値抽出タイミング２４２に従い、ＡＦ評価値検出回路１０６において撮像素子１０２で変換された電気信号からＡＦ評価値として抽出され、レンズ１０１の制御に用いられる。また、画像合成回路１０３に入力された電気信号は、フレームメモリ１０４に記録されている画像データと累算処理により合成され、再びフレームメモリ１０４に記録される。以下同様にして、ＡＦ評価値検出回路１０６にて読み出しタイミング２２３で読み出された電気信号からＡＦ評価値が抽出され、レンズ制御が開始される。その後、画像合成回路１０３にて、フレームメモリ１０４に記録されている画像データと累算処理され、再びフレームメモリ１０４に記録される。

次に、読み出しタイミング２２４で読み出された電気信号からＡＦ評価値が抽出され、レンズ制御が開始された後、画像合成回路１０３において、フレームメモリ１０４に記録されている画像データと累算処理される。ここで、撮像素子１０２からの読み出し回数をカウントする画像累積カウンタ１０９は４回目のカウント２３１を示している。したがって、セレクタ１０５へ４回目の読み出しであることを合成出力タイミング２５１にて出力する。セレクタ１０５は合成出力タイミング２５１により画像合成回路１０３の出力先をカメラ信号処理回路１０７へ切り換える。これにより、累算処理された合成出力２６１がフレームメモリ１０４に記録されることなく、カメラ信号処理回路１０７に出力される。

次に、上記撮像素子１０２からの画像データの読み出しからカメラ信号処理回路１０７への出力までの一連の動作を、図３のフローチャートを用いて説明する。なお、このフローチャートは、図２のタイミングチャートと同様に、撮像素子１０２から読み出される画像データを４回累算処理することで１枚の動画用の撮影画像データを生成するものとして説明していく。

ステップ＃３０１より動作を開始し、まずステップ＃３０２では、画像累積カウンタ１０９の画像データの読み出し回数Ｎを０に設定する。そして、ステップ＃３０３にて、画像データ読み出し回数Ｎを１つ増やす。次のステップ＃３０４では、撮像素子１０２からの画像データの読み出しを行う。続くステップ＃３０５では、フレームメモリ１０４に記録されている画像データからＡＦ評価値を取得する。

ステップ＃３０６では、得られたＡＦ評価値からレンズ制御量を決定し、レンズ制御回路１１２を介してレンズ１０１の制御を開始する。そして、次のステップ＃３０７にて、フレームメモリ１０４に記録されている画像データと撮像素子１０２から読み出した画像データの累積処理をする。次のステップ＃３０８では、読み出し回数Ｎが４であるかどうか判定する。ここで、読み出し回数Ｎが４である場合は、累算処理された合成出力の出力タイミングであると判定して直ちにステップ＃３１０へ進む。一方、読み出し回数Ｎが４でない場合は、合成出力の出力タイミングでないと判定し、ステップ＃３０９へ進む。ステップ＃３０９へ進むと、累算処理された画像データをフレームメモリ１０４へ記録する。その後はステップ＃３０３に戻り、以下同様の処理を繰り返す。

上記ステップ＃３０８にて読み出し回数Ｎが４であるかどうか判定すると、上記したようにステップ＃３１０に進み、累算処理された画像データをカメラ信号処理回路１０７へ出力する。そして、次のステップ＃３１１にて、撮影が終了したかどうかを判定する。ここで撮影が終了であると判定した場合はステップ＃３１２へ進み、一連の処理を終了する。一方、撮影が終了していないと判定した場合はステップ＃３０２へ戻る。

上記実施例１におけるビデオカメラは、１枚の動画用の撮影画像を生成するための設定した読み出し回数をカウントしながら、ＡＦ評価値の取得タイミングと画像合成出力の出力タイミングを調整している。これにより、従来はＡＦ評価値抽出から電荷蓄積開始に反映させるまでの応答性が遅かったのに対し、ＡＦ評価値の反映を早い周期で行える。したがって、ＡＦの制御を短い周期で動作させることが可能となる。

これを実現するために、上記実施例１における撮像装置は、設定された露光時間内で得られる、連続する複数回の画像データをもとに１枚の撮影画像データを合成する、画像合成回路１０３、セレクタ１０５、制御部１１０およびフレームメモリ１０４からなる合成手段を有する。さらには、上記連続する複数回の画像データそれぞれからＡＦ評価値を検出する、制御部１１０およびＡＦ評価値検出回路１０６からなるＡＦ評価値検出手段を有する。さらには、上記ＡＦ評価値検出手段で得られたＡＦ評価値を基に光学系（レンズ１０１）の駆動制御を行う駆動制御手段（レンズ制御回路１１２）を有する。従って、ＡＦ制御が行われる周期を早くすることが可能となる。

図４は本発明の実施例２に係るビデオカメラの回路構成を示すブロック図である。図１に示した実施例１のビデオカメラでは、タイミング制御回路１０８が決められたタイミングでＡＦ評価値検出回路１０６へタイミングを送っていた。これに対し、図４に示す本発明の実施例２のビデオカメラでは、画像累積カウンタ１０９が信号線４０１を経由して検出セレクタ４０２に評価値抽出タイミングを送ることで、任意に設定した読み出し回数のタイミングで切り換えるようにしている。その他の回路構成は図１と同様であり、その説明は省略する。

次に、上記ビデオカメラの主要部分のタイミングチャートを、図５を用いて順に説明していく。

タイミング５０１，５０２で示された区間ｔ２は同期信号の周期であり、例えばＮＴＳＣ標準信号だと１／６０秒周期で繰り返し出力される。５１１，５１２，５１３は撮像素子１０２において電荷が蓄積される様子を示したものである。蓄積された電荷はタイミングジェネレータ１１１から入力される駆動制御信号によって同期信号に同期した読み出しタイミング５２１，５２２，５２３などによって撮像素子１０２から読み出される。特にこの例では、同期信号の周期ｔ２で読み出される電気信号を１０回累算処理することで、設定された露光時間Ｔ２で１枚の動画用の撮影画像データを生成するものとして説明していく。

例えば、１０回の読み出しの中で１回目と６回目のタイミングでＡＦ評価値を抽出するとする。読み出しタイミング５２１で読み出された電気信号は画像合成回路１０３へ入力される。撮像素子１０２からの読み出し回数をカウントする画像累積カウンタ１０９での読み出し回数１回目をカウント５３１として示している。１回目の画像データが撮像素子１０２から読み出された時点で１回目の読み出しであることを評価値抽出タイミング５４１にて検出セレクタ４０２へ伝える。ＡＦ評価値検出回路１０６は撮像素子１０２で変換された電気信号からＡＦ評価値を抽出し、レンズ制御タイミング５７１でＡＦ評価値を基にレンズ１０１の制御量をレンズ制御回路１１２へ出力する。レンズ制御回路１１２は制御量を基にタイミング５７１、５７２に示された時間、すなわち同期信号の周期ｔ２内で収まる時間でレンズ１０１の制御を行い、被写体とのピントを調整する。

一方、撮像素子１０２で電気信号に変換され、画像合成回路１０３に入力された電気信号は、合成する際の１回目の画像データであるために累算処理は行わず、フレームメモリ１０４に記録される。

以下、実施例１と同様に、読み出しタイミングに従い、撮像素子１０２から電気信号を読み出して、画像合成回路１０３でフレームメモリ１０４に記録されている画像データと累算処理がフレームメモリ１０４に記録されていく。

読み出しタイミング５１２のときの、撮像素子１０２からの読み出し回数をカウントする画像累積カウンタ１０９での読み出し回数６回目をカウント５３２で示している。６枚目の画像データが撮像素子１０２から読み出された時点で６回目の読み出しであることを評価値抽出タイミング５４２として検出セレクタ４０２へ伝える。ＡＦ評価値検出回路１０６は撮像素子１０２で変換された電気信号からＡＦ評価値を抽出し、レンズ制御タイミング５７３でＡＦ評価値を基にレンズ１０１の制御量をレンズ制御回路１１２へ出力する。レンズ制御回路１１２は制御量を基にタイミング５７３，５７４に示された時間、すなわち同期信号の周期ｔ２内に収まる時間でレンズ１０１の制御を行い、被写体とのピントを調整する。

読み出しタイミング５１３のときの、撮像素子１０２からの読み出し回数をカウントする画像累積カウンタ１０９の読み出し回数１０回目をカウント５３３で示している。画像累積カウンタ１０９がセレクタ１０５へ１０回目の読み出しであることを合成出力タイミング５５１にて出力する。セレクタ１０５は合成出力タイミング５５１により画像合成回路１０３の出力先をカメラ信号処理回路１０７へ切り換える。これにより、累算処理した合成出力５６１がフレームメモリ１０４に記録されることなく、カメラ信号処理回路１０７に出力される。

次に、上記撮像素子１０２からの画像データの読み出しからカメラ信号処理回路１０７への出力までの一連の動作を、図６のフローチャートを用いて説明する。なお、このフローチャートは、図５のタイミングチャートと同様に、撮像素子１０２から読み出される画像データを１０回累算処理することで１枚の動画用の撮影画像を生成するものとして説明していく。また、１０回の読み出しの中で１回目と６回目のタイミングでＡＦ評価値を抽出するようにユーザーが外部から設定したとする。

ステップ＃６０１より動作を開始し、まずステップ＃６０２では、画像累積カウンタ１０９の画像データの読み出し回数Ｎを０に設定する。次のステップ＃６０３では、画像データ読み出し回数Ｎを１つ増やす。そして、次のステップ＃６０４にて、撮像素子１０２から画像データの読み出しを行う。続くステップ＃６０５では、読み出し回数Ｎが１または６であるかどうか判定する。ここで、読み出し回数Ｎが１または６である場合は、ＡＦ評価値の取得タイミングであると判定してステップ＃６０６へ進む。一方、読み出し回数Ｎが１または６でない場合は、ＡＦ評価値取得のタイミングではないと判定して直ちにステップ＃６０８へ進む。

ステップ＃６０６へ進むと、フレームメモリ１０４に記録されている画像データからＡＦ評価値を取得する。そして、次のステップ＃６０７にて、得られたＡＦ評価値からレンズ制御量を決定し、レンズ制御回路１１２を介してレンズ１０１の制御を開始する。そして、ステップ＃６０８へ進む。

ステップ＃６０８では、フレームメモリ１０４に記録されている画像データと撮像素子１０２から読み出した画像データの累積処理をする。続くステップ＃６０９では、読み出し回数Ｎが１０であるかどうか判定する。ここで、読み出し回数Ｎが１０である場合は、累算処理された合成出力の出力タイミングであると判定してステップ＃６１１へ進む。一方、読み出し回数Ｎが１０でない場合は、合成出力の出力タイミングでないと判定してステップ＃６１０へ進む。ステップ＃６１０へ進むと、累算処理された画像データをフレームメモリ１０４へ記録する。その後はステップ＃６０３に戻り、以下同様の処理を繰り返す。

上記ステップ＃６０９にて読み出し回数Ｎが１０であることを判定するとステップ＃６１１へ進み、ここでは累算処理された画像データをカメラ信号処理回路１０７へ出力する。そして、次のステップ＃６１２にて、撮影が終了したかどうかを判定する。ここで撮影が終了であると判定した場合はテップ６１３へ進み、一連の処理を終了する。一方、撮影が終了していないと判定した場合は、ステップ＃６０２へ戻る。

以上のように、本発明の実施例２におけるビデオカメラにおいては、１枚の動画用の撮影画像を生成するために設定した読み出し回数をカウントしながら、ＡＦ評価値の取得タイミングと合成出力の出力タイミングを調整するようにしている。これにより、従来はＡＦ評価値抽出から電荷蓄積開始に反映させるまでの応答性が遅かったのに対し、ＡＦ評価値の反映を早い周期で行え、かつ、長時間露光時において断続的に任意のタイミングでＡＦの制御を動作させることが可能となる。

図７は、長時間露光時に等間隔で３回ＡＦ評価値を抽出した場合の画像である。被写体が遠くからビデオカメラの方向に近づいてきたとき、１回目のＡＦ評価値抽出によってピントの合った画像７０１が得られる。その次の画像からは被写体が近づいてくるため、ピントがずれた状態になってしまい、被写体ははっきりと撮影されなくなる。一定時間が経過した後、２回目のＡＦ評価値によって再びピントのあった画像７０２が得られる。同様にして一定時間経過した後、３回目のＡＦ評価値抽出によって画像７０３が得られ、近づいてくる被写体の動きがわかるように１枚の画像を生成することが可能となる。また、ユーザーはＡＦ評価値抽出の回数を任意に設定できることにより、従来の方法では実現できなかった、動きに臨場感のある撮影画像を得ることができる。

上記実施例２では、画像累積カウンタ１０９に設定するＡＦ評価値の抽出タイミングを、ユーザーが設定可能な構成を想定している。しかしこれに限らず、ビデオカメラ内のマイコンが自動的に設定する構成でも同様の効果が得られる。

上記実施例２の撮像装置は、連続する複数回の画像データをもとに１枚の撮影画像データを合成する、画像合成回路１０３、セレクタ１０５、制御部１１０およびフレームメモリ０４からなる合成手段を有する。さらには、蓄積画像を読み出した回数を数える読み出し回数計数手段（画像蓄積カウンタ１０９）を有する。さらには、上記連続する複数回の画像データから２つの画像データを選択する選択手段（ユーザーもしくはマイコンが選択する）を有する。さらには、選択された画像データからＡＦ評価値を検出するＡＦ評価値検出手段（タイミング制御回路１０８、ＡＦ評価値検出回路１０６）を有する。さらには、上記ＡＦ評価値検出手段で得られたＡＦ評価値を基に光学系（レンズ１０１）の駆動制御を行う駆動制御手段（レンズ制御回路１１２）を有する。従って、ＡＦ制御が行われる周期を早くすることが可能となる。

また、ＡＦ評価値検出のタイミングをコントロールすることにより、たとえば意図的にピントのずれた画像を撮影できるようになる。

本発明の実施例１に係るビデオカメラの回路構成を示すブロック図である。本発明の実施例１に係るビデオカメラの動作タイミングチャートである。本発明の実施例１に係るビデオカメラの動作を示すフローチャートである。本発明の実施例２に係るビデオカメラの回路構成を示すブロック図である。本発明の実施例２に係るビデオカメラの動作タイミングチャートである。本発明の実施例２に係るビデオカメラの動作を示すフローチャートである。本発明の実施例１および２に係るビデオカメラの効果を示す模式図である。従来のビデオカメラの動作タイミングチャートである。

符号の説明

１０１レンズ
１０２撮像素子
１０３画像合成回路
１０４フレームメモリ
１０５セレクタ
１０６ＡＦ評価値検出回路
１０７カメラ信号処理回路
１０８タイミング制御回路
１０９画像累積カウンタ
１１０制御部
１１１タイミングジェネレータ
１１２レンズ制御回路
４０２セレクタ

Claims

設定された露光時間内に得られる複数回の画像データをもとに１枚の撮影画像データを合成する合成手段と、
前記複数回の画像データのうちの予め定められた２以上の画像データからオートフォーカスデータを検出するオートフォーカスデータ検出手段とを有することを特徴とする撮像装置。
設定された露光時間内に得られる複数回の画像データをもとに１枚の撮影画像データを合成する合成手段と、
前記露光時間内で画像データを得る回数を数える計数手段と、
前記計数手段の計数値により前記複数回の画像データのうちの２以上の画像データを選択する選択手段と、
前記選択手段により選択された画像データからオートフォーカスデータを検出するオートフォーカスデータ検出手段とを有することを特徴とする撮像装置。
前記オートフォーカスデータ検出手段で検出された値を基にフォーカス光学系の駆動制御を行う駆動制御手段を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
前記合成手段で得られた撮影画像データから記録用画像を生成する画像生成手段を有することを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
前記選択手段による選択対象は、ユーザーが任意に設定するものであることを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
前記複数回の画像データは連続した回数の画像データであることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の撮像装置。