JP2012004817A

JP2012004817A - タイミング信号出力装置及び撮像装置

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Publication number: JP2012004817A
Application number: JP2010137508A
Authority: JP
Inventors: Shiro Tsunai; 史郎綱井
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2010-06-16
Filing date: 2010-06-16
Publication date: 2012-01-05

Abstract

【課題】入射光のフリッカの周期に変動がある場合でも、そのフリッカの位相に同期したタイミング信号を出力するタイミング信号出力装置、及び撮像装置を提供する。
【解決手段】タイミング信号出力装置１００が、入射光を受光し、当該入射光の受光量に応じた光量信号を出力する受光部１１０と、光量信号を取得し、当該光量信号の位相に同期したタイミング信号を出力する位相同期部１３０を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、タイミング信号を出力するタイミング信号出力装置、及び撮像装置に関する。

光量が周期的に変化する光源の下で撮像する場合、撮像装置は、撮像した画像に適正露出を得るため、光量の周期に同期して露光する必要がある。そこで、特許文献１に係る撮像装置は、光量の周期に合ったタイマを備え、そのタイマに同期して露光することにより、撮像した画像に適正露出を得ることを試みていた（特許文献１参照）。

特開２００７−３６６８８号公報

しかしながら、特許文献１に係る撮像装置では、光量の周期的変化（以下、「フリッカ」という）の周期に変動がある場合でも、タイミング信号（タイマ）の周期は固定であった。このため、フリッカの周期に変動がある場合、露光する度に光量が異なってしまうので、特許文献１に係る撮像装置は、撮像した画像に適正露出を得ることができないという問題があった。

本発明は、前記の点に鑑みてなされたものであり、入射光のフリッカの周期に変動がある場合でも、そのフリッカの位相に同期したタイミング信号を出力するタイミング信号出力装置、及び撮像装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、入射光を受光し、当該入射光の受光量に応じた光量信号を出力する受光部と、前記光量信号を取得し、当該光量信号の位相に同期したタイミング信号を出力する位相同期部と、を備えることを特徴とするタイミング信号出力装置である。

本発明によれば、タイミング信号出力装置は、入射光のフリッカの周期に変動がある場合でも、そのフリッカの位相に同期したタイミング信号を出力することができる。

本発明の第１の実施形態における、タイミング信号出力装置と、位相調整部と、制御部と、撮像装置と、基準信号出力部との構成を示すブロック図である。本発明の第１の実施形態における、タイミング信号出力装置の構成の詳細と、位相調整部の構成の詳細と、制御部と、基準信号出力部とを示すブロック図である。本発明の第１の実施形態における、位相調整部の構成を示すブロック図である。本発明の第１の実施形態における、タイミング信号出力装置の各ブロックの入力波形又は出力波形の例である。本発明の第２の実施形態における、タイミング信号出力装置を備えた撮像装置と、光学系と、記録媒体との構成を示すブロック図である。

[第１の実施形態]
本発明の第１の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。図１には、タイミング信号出力装置と、位相調整部と、制御部と、撮像装置と、基準信号出力部との構成が、ブロック図で示されている。

基準信号出力部５００は、予め定められた周波数の基準信号を出力する。ここで、予め定められた周波数とは、光源のフリッカの固定周波数である。例えば、予め定められた周波数は、商用電源周波数に基づいて定められてもよい。例えば、光源が東日本地域にある場合、予め定められた周波数は、東日本地域における商用電源周波数である５０［Ｈｚ］であってもよい。なお、予め定められた周波数は、光源のフリッカ周波数と厳密に同じ周波数である必要はなく、所定幅のジッタを持っていてもよい。また、光源は、蛍光灯、励起型光源、閃光性光源であってもよい。

タイミング信号出力装置１００は、入射光を受光し、その受光量の変化に応じて、受光量の位相に同期したタイミング信号を出力する。タイミング信号出力装置１００は、受光部１１０と、信号切替部１２０と、位相同期部１３０とを備える。受光部１１０は、入射光を受光し、その受光量に応じた光量信号を、信号切替部１２０に出力する。受光部１１０は、フォトディテクタであり、例えば、フォトダイオードを備える。

信号切替部１２０は、受光部１１０が出力した光量信号と、基準信号出力部５００が出力した基準信号とを取得する。信号切替部１２０は、受光部１１０が出力した光量信号と、基準信号出力部５００が出力した基準信号とのいずれかを選択し、選択した信号を矩形波に整形する。また、信号切替部１２０は、整形した矩形波を位相同期部１３０に位相比較基準信号として出力する。ここで、信号切替部１２０は、光量信号の出力レベルが予め定められた閾値以上である場合に、光量信号を選択する。一方、光量信号の出力レベルが予め定められた閾値未満である場合には、基準信号を選択する。

位相同期部１３０は、位相比較基準信号を信号切替部１２０から取得し、取得した位相比較基準信号の位相に同期したタイミング信号（ＰＬＬ（ＰｈａｓｅＬｏｃｋｅｄＬｏｏｐ）信号）と、タイミング信号が分周された位相比較信号とを、位相調整部２００に出力する。

位相調整部２００は、位相比較信号に基づいてタイミング信号を遅延させ、遅延させたタイミング信号（以下、「シンクロ信号」という）を、制御部３００に出力する。なお、位相調整部２００は、タイミング信号出力装置１００に備えられてもよい。

制御部３００には、トリガ信号と、シンクロ信号とが入力される。トリガ信号は、例えば、レリーズボタンが操作されたことを示すレリーズ信号であってもよい。

制御部３００は、トリガ信号と、シンクロ信号とに基づいて、トリガ信号に対してタイミング（位相）が調整された信号（以下、「駆動信号」という）を出力する。ここで、制御部３００は、トリガ信号とシンクロ信号との論理演算（例えば、論理積）に基づいて、駆動信号のタイミング（位相）を調整してもよい。なお、制御部３００は、タイミング信号出力装置１００に備えられてもよい。

撮像装置４００には、制御部３００から駆動信号が入力される。撮像装置４００は、入力された駆動信号に同期して、光学像を撮像する。

図２には、タイミング信号出力装置の構成の詳細と、位相調整部の構成の詳細と、制御部と、基準信号出力部とが示されている。タイミング信号出力装置１００は、より詳細には、受光部１１０と、ＢＰＦ（ＢａｎｄＰａｓｓＦｉｌｔｅｒ）１４０と、信号切替部１２０と、信号検知部１５０と、位相同期部（ＰＬＬ）１３０とを備える。

受光部１１０は、入射光を受光し、その受光量に応じた光量信号を、ＢＰＦ１４０を介して信号切替部１２０と信号検知部１５０とに出力する。ここで、受光部１１０が出力する光量信号には、高周波ノイズ成分が含まれていてもよい。

ＢＰＦ１４０は、直流成分と高周波ノイズ成分とを除去した光量信号を、信号切替部１２０と信号検知部１５０とに出力する。

信号検知部１５０は、信号切替部１２０を制御する。信号検知部１５０は、ＢＰＦ１４０が出力した光量信号の振幅（電圧値）が、予め定められた閾値以上である場合、ＢＰＦ１４０が出力した光量信号を整形した矩形波を、信号切替部１２０から位相同期部１３０に出力させる。

一方、ＢＰＦ１４０が出力した光量信号の振幅が、予め定められた閾値未満である場合、信号検知部１５０は、基準信号出力部５００が出力した基準信号を整形した矩形波を、信号切替部１２０から位相同期部１３０に出力させる。以下、信号切替部１２０が位相同期部１３０に出力した矩形波を、「位相比較基準信号」という。

なお、信号検知部１５０は、タイミング信号出力装置１００に供給された電源が安定していない場合、基準信号を整形した矩形波を、位相比較基準信号とする。一方、タイミング信号出力装置１００に供給された電源が安定している場合、信号検知部１５０は、光量信号を整形した矩形波を、位相比較基準信号とする。

信号切替部１２０は、ＢＰＦ１４０が出力した光量信号と、基準信号出力部５００が出力した基準信号とを、信号検知部１５０からの制御に応じて選択し、選択した信号を矩形波に整形する。また、信号切替部１２０は、整形した矩形波を、位相比較基準信号として位相同期部１３０に出力する。

位相同期部１３０は、位相比較部１３１と、フィルタ１３２と、ＶＣＯ（ＶｏｌｔａｇｅＣｏｎｔｒｏｌｌｅｄＯｓｃｉｌｌａｔｏｒ）１３３と、分周器１３４とを備える。
位相比較部１３１には、位相比較基準信号が、信号切替部１２０から入力される。また、位相比較部１３１には、位相比較信号が、分周器１３４から入力される。ここで、位相比較信号とは、ＶＣＯ１３３が出力したタイミング信号が、予め定められた比で分周器１３４により分周された信号である。また、位相比較部１３１は、位相比較基準信号と位相比較信号との位相差に応じた電圧（以下、「位相差電圧」という）を、フィルタ１３２に出力する。

フィルタ１３２は、ローパスフィルタであり、位相差電圧から低周波数成分を取り出して、位相差電圧の低周波数成分をＶＣＯ１３３に出力する。
ＶＣＯ１３３は、位相差電圧の低周波数成分に応じて、分周器１３４と位相調整部２００とにタイミング信号を出力する。ここで、ＶＣＯ１３３は、位相差電圧の低周波数成分の電圧値が大きくなるに従い、タイミング信号の周波数を高くする。

分周器１３４には、タイミング信号がＶＣＯ１３３から入力される。分周器１３４は、予め定められた分周比でタイミング信号の周波数を下げ、周波数を下げたタイミング信号を、位相比較信号として、位相比較部１３１と位相調整部２００とに出力する。ここで、位相比較信号の周波数と、タイミング信号の周波数とには、「位相比較信号の周波数＝タイミング信号の周波数／分周比」という関係がある。例えば、位相比較基準信号及び位相比較信号の周波数が５０［Ｈｚ］であり、かつ分周比が値「１０２４」である場合、ＶＣＯ１３３が出力するタイミング信号の周波数は、５０［Ｈｚ］の「１０２４」倍である５１．２［ｋＨｚ］となる。

位相調整部２００は、位相同期部１３０のＶＣＯ１３３が出力したタイミング信号と、位相同期部１３０の分周器１３４が出力した位相比較信号とに基づいて、シンクロ信号を制御部３００に出力する。

位相調整部２００は、分周器２１０と、シフトレジスタ２２０とを備える。図３には、位相調整部の構成がブロック図で示されている。シフトレジスタ２２０は、Ｄ−ＦＦ（Ｄ−フリップフロップ）２２１〜２２５と、セレクタ２２６とを備える。なお、シフトレジスタ２２０が備えるＤ−ＦＦの個数は、図３に例示した５個に限らなくてよい。

分周器２１０には、位相同期部１３０のＶＣＯ１３３から、タイミング信号が入力される。分周器２１０は、予め定められた分周比でタイミング信号の周波数を下げ、周波数を下げたタイミング信号を、シフトクロックとして、Ｄ−ＦＦ２２１〜２２５に出力する。

Ｄ−ＦＦ２２１には、分周器２１０が出力したシフトクロックと、位相同期部１３０の分周期１３４が出力した位相比較信号とが入力される。Ｄ−ＦＦ２２１は、位相比較信号と同じ出力値を示す信号を、シフトクロックの立ち上がりエッジで、次段のＤ−ＦＦ２２２とセレクタ２２６とに出力する。

Ｄ−ＦＦ２２２には、分周器２１０が出力したシフトクロックと、Ｄ−ＦＦ２２１が出力した位相比較信号とが入力される。Ｄ−ＦＦ２２２は、位相比較信号と同じ出力値を示す信号を、シフトクロックの立ち上がりエッジで、次段のＤ−ＦＦ２２３とセレクタ２２６とに出力する。Ｄ−ＦＦ２２３〜２２５についても同様である。

セレクタ２２６は、Ｄ−ＦＦ２２１〜２２５のうち１つを選択し、選択したＤ−ＦＦが出力した信号を、シンクロ信号として制御部３００に出力する。ここで、セレクタ２２６は、例えば、ユーザからの操作入力による指示に基づいて、Ｄ−ＦＦ２２１〜２２５のうち１つを選択する。このようにして、セレクタ２２６は、シンクロ信号の位相を調整する。

図２に戻り、構成の説明を続ける。制御部３００には、トリガ信号と、位相調整部２００が出力したシンクロ信号とが入力される。制御部３００は、トリガ信号とシンクロ信号とに基づいて、トリガ信号に対してタイミング（位相）が調整された駆動信号を出力する。なお、制御部３００は、トリガ信号とシンクロ信号との論理演算（例えば、論理積）に基づいて、駆動信号のタイミングを調整してもよい。

次に、各ブロックの出力波形を説明する。
図４には、タイミング信号出力装置の各ブロックの入力波形又は出力波形の例が示されている。各段のグラフの横軸は、時間を示す。

最上段のグラフの縦軸は、受光部１１０（図２を参照）に入射した入射光の光量を示す。最上段のグラフには、光量の波形６００の例が示されている。ここで、光量の波形６００のフリッカの周期は、変動してもよい。
また、上から２段目のグラフには、受光部１１０（図２を参照）が出力した光量信号の波形６１０の例と、ＢＰＦ１４０により直流成分と高周波ノイズ成分とが除去された光量信号の波形６２０の例とが示されている。ここで、縦軸は電圧を示す。
また、上から３段目のグラフには、基準信号出力部５００（図２を参照）が出力した基準信号の波形６３０の例が示されている。ここで、縦軸は電圧を示す。
また、上から４段目のグラフには、信号切替部１２０（図２を参照）が出力した位相比較基準信号の波形６４０の例が示されている。ここで、縦軸は電圧を示す。
また、上から５段目のグラフには、分周器１３４（図２を参照）が出力した位相比較信号の波形６５０の例が示されている。ここで、縦軸は電圧を示す。
また、最下段のグラフには、位相比較部１３１（図２を参照）が出力した位相差電圧の波形６６０の例と、フィルタ１３２（図２を参照）が出力した位相差電圧の低周波数成分の波形６７０の例とが示されている。ここで、縦軸は電圧を示す。

構成の説明において上述したように、ＶＣＯ１３３（図２を参照）は、光量の波形６００に基づく低周波数成分の波形６７０に応じて、タイミング信号を出力する。すなわち、タイミング信号出力装置１００が出力するタイミング信号は、受光部１１０（図２を参照）に入射した入射光の光量の波形６００に応じた信号となっている。

以上のように、タイミング信号出力装置１００は、入射光を受光し、当該入射光の受光量に応じた光量信号を出力する受光部１１０と、前記光量信号を取得し、当該光量信号の位相に同期したタイミング信号を出力する位相同期部１３０と、を備える。これにより、タイミング信号出力装置は、入射光のフリッカの周期に変動がある場合でも、そのフリッカの位相に同期したタイミング信号を出力することができる。

また、タイミング信号出力装置１００は、入力されたトリガ信号と、タイミング信号と、に基づいて、トリガ信号に対してタイミングが調整されたシンクロ信号を出力する位相調整部２００をさらに備える。また、位相調整部２００は、トリガ信号と、タイミング信号と、の論理演算に基づいてタイミングが調整されたシンクロ信号を出力する。また、タイミング信号出力装置１００は、タイミング信号を遅延させたシンクロ信号を出力する位相調整部２００をさらに備える。これにより、タイミング信号出力装置は、トリガ信号とタイミング信号とに基づいて、タイミング信号を遅延させたシンクロ信号を出力することができる。

また、タイミング信号出力装置１００は、入力されたトリガ信号と、シンクロ信号と、に基づいて、トリガ信号に対してタイミングが調整された駆動信号を出力する制御部３００をさらに備える。また、制御部３００は、トリガ信号と、シンクロ信号と、の論理演算に基づいてタイミングが調整された駆動信号を出力する。これにより、タイミング信号出力装置は、トリガ信号とシンクロ信号との論理演算に基づいて、タイミングが調整された駆動信号を出力するができる。

また、タイミング信号出力装置１００は、予め定められた周波数の基準信号を出力する基準信号出力部５００と、前記光量信号又は前記基準信号のいずれかを位相同期部１３０に出力する信号切替部１２０と、前記光量信号の出力レベルを検出し、当該検出結果に基づいて、信号切替部１２０を制御する信号検知部１５０とをさらに備え、位相同期部１３０は、信号切替部１２０が出力した前記光量信号又は前記基準信号を取得し、当該取得した信号の位相に同期したタイミング信号を出力する。これにより、タイミング信号出力装置は、光量信号又は基準信号の位相に同期したタイミング信号を出力することができる。

また、信号検知部１５０は、信号切替部１２０を制御することにより、前記光量信号の出力レベルが予め定められた閾値以上である場合に、前記光量信号を位相同期部１３０に出力させ、前記光量信号の出力レベルが前記予め定められた閾値未満である場合には、前記基準信号を位相同期部１３０に出力させる。これにより、タイミング信号出力装置は、光量信号と基準信号とのうち、出力レベルが閾値以上である信号を位相同期部に出力させることができる。

[第２の実施形態]
本発明の第２の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。第２の実施形態では、タイミング信号出力装置が撮像装置に備えられる点が、第１の実施形態と異なる。以下、第１の実施形態との相違点のみ説明する。

図５には、タイミング信号出力装置を備えた撮像装置と、光学系と、記録媒体との構成が、ブロック図で示されている。撮像装置４００は、タイミング信号出力装置１００と、基準信号出力部５００と、位相調整部２００と、制御部３００と、ＣＰＵ４１０と、バッファメモリ４２０と、操作部４３０と、撮像素子４４０と、ＡＤＣ４５０と、画像処理部４６０と、メモリ４７０と、インタフェース部４８０とを備える。

光学系７００は、入射光を透過させ、撮像素子４４０の撮像面に光学像を結像させる。また、光学系７００は、入射光を透過させ、受光部１１０に入射光を受光させる。なお、光学系７００は、撮像装置４００に着脱可能であってもよい。

撮像素子４４０は、光学系７００を透過した入射光を受光して、光学系７００による光学像を撮像（露光）し、その受光量に応じた電気信号を出力する。
ＡＤＣ４５０は、受光量に応じた電気信号を撮像素子４４０から取得し、電気信号を画像データにアナログデジタル変換して、バッファメモリ４２０に記憶させる。
バッファメモリ４２０は、ＡＤＣ４５０が出力した画像データを一時的に記憶する記憶部であり、ＣＰＵ４１０の制御に応じて、画像処理部４６０に画像データを出力する。
操作部４３０は、レリーズボタンを備える。操作部４３０は、レリーズボタンが操作された場合、制御部３００にトリガ信号（レリーズ信号）を出力する。

制御部３００には、トリガ信号と、位相調整部２００が出力したシンクロ信号とが入力される。制御部３００は、トリガ信号とシンクロ信号とに基づいて、トリガ信号に対してタイミング（位相）が調整された駆動信号を、ＣＰＵ４１０に出力する。

ＣＰＵ４１０は、制御部３００から駆動信号が入力された場合、駆動信号が示すタイミングに応じて撮像するよう撮像素子４４０の露光タイミングを制御する。また、ＣＰＵ４１０は、バッファメモリ４２０に記憶された画像データを画像処理するよう画像処理部４６０を制御する。また、ＣＰＵ４１０は、撮像条件や画像処理条件等の各パラメータをメモリ４７０から取得し、各パラメータを画像処理部４６０に出力する。

メモリ４７０は、撮像条件や画像処理条件等の各パラメータを記憶する。また、メモリ４７０は、ＣＰＵ４１０の制御に応じて、撮像条件や画像処理条件等の各パラメータを出力する。

画像処理部４６０は、ＣＰＵ４１０の制御に応じて、バッファメモリ４２０に記憶されている画像データを画像処理し、インタフェース部４８０に出力する。なお、画像処理部４６０が出力する画像データは、静止画データ又は動画データのいずれであってもよい。また、画像処理部４６０は、撮像条件及び画像処理条件等の各パラメータを、ＣＰＵ４１０を介さずにメモリ４７０から取得し、取得したパラメータに基づいて、画像処理を実行してもよい。

インタフェース部４８０は、ＣＰＵ４１０の制御に応じて、画像処理部４６０から入力された画像データを、記録媒体８００に記憶させる。なお、インタフェース部４８０は、ＣＰＵ４１０の制御に応じて、記録媒体８００に記憶された画像データを取得してもよい。

記録媒体８００は、撮像装置４００から入力された画像データを記憶する。また、記録媒体８００は、記憶している画像データ等を撮像装置８００の制御に応じて出力する。なお、記録媒体８００は、撮像装置４００に着脱可能、又は撮像装置４００と一体であってもよい。

以上のように、撮像装置４００は、タイミング信号出力装置１００と、光学系７００を介して形成される光学像を、タイミング信号出力装置１００が出力するタイミング信号に応じて撮像開始を制御する制御部３００及びＣＰＵ４１０を備える。

これにより、撮像装置４００は、光学系７００を介して形成される光学像を、入射光のフリッカの位相に同期したタイミング信号に同期して撮像するので、入射光のフリッカの周期に変動がある場合でも、撮像した画像に適正露出を得ることができる。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

例えば、受光部１１０は、ＡＥ（ＡｕｔｏｍａｔｉｃＥｘｐｏｓｕｒｅ）センサであってもよい。

１００…タイミング信号出力装置、１１０…受光部、１２０…信号切替部、１３０…位相同期部、２００…位相調整部、３００…制御部、４００…撮像装置、１５０…信号検知部、５００…基準信号出力部

Claims

入射光を受光し、当該入射光の受光量に応じた光量信号を出力する受光部と、
前記光量信号を取得し、当該光量信号の位相に同期したタイミング信号を出力する位相同期部と、
を備えることを特徴とするタイミング信号出力装置。
請求項１に記載のタイミング信号出力装置において、
入力された第１の信号と、前記タイミング信号と、に基づいて、前記第１の信号に対してタイミングが調整された第２の信号を出力する第１の信号出力部をさらに備えることを特徴とするタイミング信号出力装置。
請求項２に記載のタイミング信号出力装置において、
前記第１の信号出力部は、前記第１の信号と、前記タイミング信号と、の論理演算に基づいてタイミングが調整された前記第２の信号を出力することを特徴とするタイミング信号出力装置。
請求項１に記載のタイミング信号出力装置において、
前記タイミング信号を遅延させた遅延タイミング信号を出力する位相調整部をさらに備えることを特徴とするタイミング信号出力装置。
請求項４に記載のタイミング信号出力装置において、
入力された第１の信号と、前記遅延タイミング信号と、に基づいて、前記第１の信号に対してタイミングが調整された第３の信号を出力する第２の信号出力部をさらに備えることを特徴とするタイミング信号出力装置。
請求項５に記載のタイミング信号出力装置において、
前記第２の信号出力部は、前記第１の信号と、前記遅延タイミング信号と、の論理演算に基づいてタイミングが調整された前記第３の信号を出力することを特徴とするタイミング信号出力装置。
請求項１から請求項６のいずれか１つに記載のタイミング信号出力装置において、
予め定められた周波数の基準信号を出力する基準信号出力部と、
前記光量信号又は前記基準信号のいずれかを前記位相同期部に出力する信号切替部と、
前記光量信号の出力レベルを検出し、当該検出結果に基づいて、前記信号切替部を制御する信号検知部と
をさらに備え、
前記位相同期部は、前記信号切替部が出力した前記光量信号又は前記基準信号を取得し、当該取得した信号の位相に同期したタイミング信号を出力することを特徴とするタイミング信号出力装置。
請求項７に記載のタイミング信号出力装置において、
前記信号検知部は、前記信号切替部を制御することにより、前記光量信号の出力レベルが予め定められた閾値以上である場合に、前記光量信号を前記位相同期部に出力させ、前記光量信号の出力レベルが前記予め定められた閾値未満である場合には、前記基準信号を前記位相同期部に出力させることを特徴とするタイミング信号出力装置。
請求項１から請求項８のいずれか１つに記載のタイミング信号出力装置と、
光学系を介して形成される光学像を、前記タイミング信号出力装置が出力するタイミング信号に応じて撮像する撮像部と、
を備えることを特徴とする撮像装置。