JP3630859B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮影した被写体像を撮像素子により電気信号に変換して処理する撮像装置、特に露出制御のために予備発光を行う撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、被写体からの撮像光の光電変換を行う撮像素子を有した撮像装置において、予備露光を行うものが知られている。これは、実際に撮影する本露光の前に、被写体の露出条件を測定するためにあらかじめ予備露光を行い、そのときに得られた測光データにより本発光の発光条件を求めて本露光を行う方法である。
【０００３】
この従来の方法は、予備発光の発光時間は距離情報により決定し、被写体が遠い場合は比較的長い時間、また被写体が近い場合は比較的短い時間発光する発光システムとなっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の撮像装置にあっては、予備発光の際に予備発光に同調して電子シャッターを切る概念がなく、例えば電子シャッターを必要以上開けたまま予備発光を行った場合は、比較的時間が短い予備発光が発光を終了しても電子シャッターを閉じなければ外光を測光し続けるので、測光結果に外光の分が積算されることになる。
【０００５】
このため、予備発光における正確な測光精度を求めることができないという問題点があった。更に、日中シンクロ撮影時など外光の影響が非常に大きい場合は、正確な予備発光の測光精度を得ることができないという問題点があった。
【０００６】
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたもので、適正な露出条件を確実に得て、正確な本露光を行うことができる撮像装置を提供することを目的としている。
【０００７】
また、撮影モードが変更した場合でも本露光を正確に行うことが可能な撮像装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る撮像装置は、被写体の光学像を電気信号に変換する撮像素子と、撮影時に被写体に光を照射するための第１の発光と第２の発光を行う発光手段と、前記撮像素子からの信号を処理して得られた測光情報により前記発光手段を制御する制御部とを備え、前記第１の発光における電子シャッターのシャッタースピードを該第１の発光の発光時間に応じて設定するように構成したものである。
【０００９】
また上記の撮像装置において、電子シャッターの日中シンクロ撮影時のシャッタースピードを暗中撮影時のシャッタースピードより高速側に設定するようにしたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係る撮像装置の構成を示すブロック図であり、スチルビデオカメラとして構成した例を示している。
【００１１】
同図において、１はレンズ２のプロテクト部品とメインスイッチを兼ねたバリアで、レンズ２はＡＦレンズを含み、被写体の光学像を絞り３を通してＣＣＤ等の固体撮像素子４に結像させる。また固体撮像素子４は、結像された被写体像を光電変換して電気的な画像信号として取り込むために設けられている。
【００１２】
５は固体撮像素子４から出力された画像信号に各種の補正、クランプ等の処理を施す撮像信号処理回路、６は撮像信号処理回路５より出力された画像信号のアナログーディジタル変換を行うＡ／Ｄ変換器、７はＡ／Ｄ変換器６より出力された画像データに各種の補正を行ったりデータ圧縮を行う信号処理部、８は上記固体撮像素子４、撮像信号処理回路５、Ａ／Ｄ変換器６及び信号処理部７に各種タイミング信号を出力するタイミング信号発生部である。
【００１３】
９は各種演算を行うとともに本スチルビデオカメラ全体を制御する制御・演算部、１０は画像データを一時的に記憶するためのメモリ部、１１は記録媒体１２に対して記録または読み出しを行うためのインターフェース（Ｉ／Ｆ）部で、記録媒体１２は画像データの記録または読み出しを行うための半導体メモリ等からなり、着脱可能となっている。
【００１４】
１３は外部コンピュータ等と通信するためのインターフェース部、１４は第１のストロークと第２のストロークを有するレリーズスイッチ（スイッチ手段）、１５はストロボ（フラッシュ）発光部（発光手段）、１６は補助光発光である。
【００１５】
上記ストロボ発光部１５は、撮影時に第１の発光（予備発光）と第２の発光（本発光）を行う。また制御・演算部９により、固体撮像素子４からの信号を処理した結果から測光情報を得る測光手段と、被写体との間の距離を求める測距手段が構成されている。
【００１６】
そして、制御・演算部９は上記測光情報によりストロボ発光部１５を制御し、また第１の発光における電子シャッターのシャッタースピードを該第１の発光の発光時間に応じて（同調して）設定し、該電子シャッターの日中シンクロ撮影時のシャッタースピードを暗中撮影時のシャッタースピードより高速側に設定するように構成されている。
【００１７】
次に、上記構成の撮像装置における一実施例の撮影時の動作について、図２のフローチャートに従って説明する。
【００１８】
本撮像装置は、バリア１がオープンされるとメイン電源がオン（ＯＮ）し、次にコントロール系の電源がオンし、ＡＦレンズのレンズ位置をリセット位置まで駆動し、レリーズスイッチ１４の第１のストロークに応じてオンする第１のスイッチがオンされるまで待機する。
【００１９】
そして、第１のスイッチがオンされると（ステップＳ１）、再びＡＦレンズのレンズ位置を所定の位置まで駆動し、撮像信号処理回路５やＡ／Ｄ変換器６など撮像系回路の電源をオンする。
【００２０】
また、制御・演算部９は絞り３を開放にし（ステップＳ２）、固体撮像素子４を経て撮像信号処理回路５から出力された信号をＡ／Ｄ変換器６でＡ／Ｄ変換した後、信号処理部７に入力する。そして、そのデータを基に露出の演算を制御・演算部９にて行う（ステップＳ３）。
【００２１】
上記の測光を行った結果により明るさを判断し（ステップＳ４）、その結果に応じて制御・演算部９は絞り３を制御する（ステップＳ６）。また、暗いと判断した場合はフラグをセットし、制御・演算部９の制御によって、ストロボ発光部１５の発光の際のエネルギーを貯えるコンデンサに充分に充電を行い（ステップＳ５）、暗くないと判断したときは充電は行わない。
【００２２】
次に、上記固体撮像素子４を経て撮像信号処理回路５から出力された信号を基に、高周波成分を取り出して被写体までの測距を制御・演算部９で行う（ステップＳ９）。その際、上記フラグがセットされているときや被写体のコントラストの差が小さいと判断したとき（ステップＳ７）は補助光発光部１５から補助光を発光する（ステップＳ８）。その後、レンズ２を駆動して合焦か否かを判断し（ステップＳ１０）、合焦していないと判断したときは、再びレンズ２を駆動して測距を行う。
【００２３】
レンズ２の合焦後、ステップＳ５によりフラグが立っている場合やストロボ強制発光用の外部操作部材が押されている場合は、ストロボ発光モードと判断する（ステップＳ１１）。そうでない場合は、レリーズスイッチ１４の第２のストロークに応じてオンする第２のスイッチがオンされるまで待機し（ステップＳ１２）、第２のスイッチがオンされたら本露光を行い（ステップＳ１３）、撮影を終了する。
ステップＳ１１でストロボ発光モードと判断した場合は、レリーズスイッチ１４の第２のストロークに応じてオンする第２のスイッチがオンされるまで待機する（ステップＳ１４）。第２のスイッチがオンされたらステップＳ９で得られた距離情報を基に絞りを制御する（ステップＳ１５）。そして、第１の発光のためのプリ露光を開始し（ステップＳ１６）、続いて第１の発光を行い（ステップＳ１７）、発光が終わると同時に電子シャッターを閉じる（ステップＳ１８）。
【００２４】
このとき、第１の発光時間は約２０［μｓｅｃ］であり、シャッタースピードは１水平期間ぐらいで約１／１００００ 〜１／１５０００ 秒である。この電子シャッターを切ることにより、１フィールドの期間露光し続けるよりもストロボが発光していない時間の外光による露光分を蓄積しないので、第１の測光精度の精度が向上する。
【００２５】
ステップＳ１５での絞り制御は、ステップＳ１７の第１の発光が常に一定の光量で発光した場合、被写体との距離や反射率により変化する反射光が固体撮像素子４へ適度な光量で入射するように制御する。この絞りの値は次の（１）式で表すことができる。
【００２６】
Ａｖ＝２＊Ｌｏｇ_２ （Ｄ／Ｌ）＋Ｙ ……（１）
Ａｖ ：絞り値
Ｌ ：距離情報
Ｄ，Ｙ：所定値
（１）式で示すＤ，Ｙは所定値であり、第１の発光の発光量が一定であれば変える必要はないが、被写体からの反射光が固体撮像素子４へより適切な光量で入射するように、モードによってこの値Ｄ，Ｙを変えて絞り制御量を切り替えても良い。
【００２７】
例えば、至近距離で撮影するマクロモード、反射率の高い紙などを撮影する書類モード、逆光時に強制的に発光する日昼モード、コントラストで表現する白黒モードなどを設けて、これらのモードによって切り替えても良い。また、各モードを組み合わせ、更に細かいモードを設定して切り替えるようにしても良い。
【００２８】
上記ステップＳ１７での第１の発光は、第２の発光のための充電エネルギーをなるべく減らさないために、また測光できるための必要十分な発光量で良い理由から、最大でも全発光時の４〜５段落ちくらいになる発光量が良い。この場合、第１の発光による充電用コンデンサの電圧降下はフル充電の約７〜１０［％］であり、第１の発光後の残充電電圧はほぼ一定の値となる特徴がある。
【００２９】
第１の発光後、固体撮像素子４を経て撮像信号処理回路５から出力された信号をＡ／Ｄ変換器６でＡ／Ｄ変換し、信号処理部７に入力したデータを基に被写体からの反射光の光量を制御・演算部９で演算して測光値を得る（ステップＳ１９）。この測光値は適正レベルからの差で表され、この値を次の（２）式に代入して本露光時に発光する第２の発光のガイドナンバーを算出する。
【００３０】
【数１】

【００３１】
ステップＳ１９で算出したガイドナンバー（Ｇ．Ｎｏ．）から、表１の使用するストロボの特性を表すガイドナンバー（ＩＳＯ１００・ｍ）と発光時間［μｓｅｃ］のテーブルを用いて、第２の発光の発光時間を制御・演算部９で算出する（ステップＳ２０）。
【００３２】
【表１】

【００３３】
そして本露光を開始し（ステップＳ２１）、制御・演算部９の制御によりストロボ発光部１５へストロボトリガパルスを送り、このパルスに同期してストロボ１５は第２の発光を開始し、ステップＳ１８で得られた発光時間が経過したら、その瞬間に発光を停止する（ステップＳ２２）。
【００３４】
本露光が終了すると（ステップＳ２３）、固体撮像素子４を経て撮像信号処理回路５で処理されて出力された画像信号をＡ／Ｄ変換器６でＡ／Ｄ変換し、信号処理部７で所定の信号処理を施した後、制御・演算部９によりメモリ部１０に書き込む。
【００３５】
その後、メモリ部１０に蓄積されたデータは、制御・演算部９の制御により記録媒体制御用インターフェース部１１を通して半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体１２に記録される。
【００３６】
次に、以上の構成から成る本実施例のストロボ発光のタイミングを、図３のタイミングチャートに従って説明する。
【００３７】
図３の（ａ），（ｂ）はレリーズスイッチ１４の第１，第２のストロークでオンする第１，第２のスイッチＳＷ１，ＳＷ２、（ｃ）はレンズ２の制御、（ｄ）は絞り３の制御、（ｅ）はストロボ充電、（ｆ）は補助光発光、（ｇ）はストロボトリガ、（ｈ）はストロボ発光、（ｉ）は電子シャッターの動作タイミングをそれぞれ示している。
【００３８】
上述のように、レリーズスイッチ１４の第１のスイッチ（ＳＷ１）がオンすると（ｔ１）、ＡＦレンズのレンズ位置を必要な位置まで駆動し（ｔ２）、撮像信号処理回路５やＡ／Ｄ変換器６など撮像信号処理系の電源をオンする。制御・演算部９は、絞り３を開放にし（ｔ３）、固体撮像素子４を経て撮像信号処理回路５から出力された信号をＡ／Ｄ変換器６でＡ／Ｄ変換したデータを基に、被写体からの反射光の光量の演算を制御・演算部９で行う。この測光の結果、暗いと判断した場合は制御・演算部９からストロボ発光部１５を構成する発光のためのコンデンサに充電を充分に行い（ｔ４）、絞りを制御する（ｔ５）。
【００３９】
次に、上記固体撮像素子４を経て撮像信号処理回路５から出力された信号を基に、被写体までの距離の演算を制御・演算部９で行う。そして、レンズ２を駆動して（ｔ６）、合焦か否かを判断し、合焦していないと判断したときは、再びレンズ２を駆動して測距を行う。この被写体までの測距を行う際に、まわりが暗いと判断したときや被写体のコントラストが一様なときには、制御・演算部９は補助光発光部１６へ発光を促す信号を送り、補助光発光部１６から補助光を照射させる（ｔ７）。
【００４０】
そして合焦後、レリーズスイッチ１４の第２のストロークに応じてオンする第２のスイッチ（ＳＷ２）がオンされるまで待機する。ストロボ発光モードがオンの場合、第２のスイッチがオンされると（ｔ８）、距離情報より求めた絞り値に絞り３を制御する（ｔ９）。続いてプリ露光を開始するとともに、制御・演算部９の制御によりストロボトリガパルスが送られ、このパルスの立ち上りに同期してストロボ発光部１５は第１の発光を行う（ｔ１０）。
【００４１】
上記第１の発光が終わると電子シャッターを切り、プリ露光を終了する。この第１の発光により固体撮像素子４を経て撮像信号処理回路５から出力された信号をＡ／Ｄ変換器６でＡ／Ｄ変換して信号処理部７に入力したたデータを基に、被写体からの反射光の光量の演算を制御・演算部９で行う。この測光の結果から第２の発光の発光時間を決定する。
【００４２】
続いて、本露光を開始するとともに、制御・演算部９の制御によりストロボトリガパルスが送られ、このパルスの立ち上りに同期してストロボ発光部１５は第２の発光を開始する（ｔ１１）。所定の時間が経過したら、瞬時に発光を停止する（ｔ１２）。そして第２の発光が終わると電子シャッターを切り、本露光を終了する。
【００４３】
図４は本発明の他の実施例の撮影時の動作を示すフローチャートである。なお、本実施例の構成は図１のブロック図と同様であるので説明は省略する。
【００４４】
撮影時のストロボの発光動作について、図４のフローチャートに従って説明する。なお、図４中図２のフローチャートと同等の動作を行うステップについては同一番号を付している。
【００４５】
前述の実施例と同様、本実施例の撮像装置は、バリア１がオープンされるとメイン電源がオンし、次にコントロール系の電源がオンし、ＡＦレンズのレンズ位置をリセット位置まで駆動し、レリーズスイッチ１４の第１のストロークに応じてオンする第１のスイッチがオンされるまで待機する。
【００４６】
そして、第１のスイッチがオンされると（ステップＳ１）、再びＡＦレンズのレンズ位置を所定の位置まで駆動し、撮像信号処理回路５やＡ／Ｄ変換器６など撮像系回路の電源をオンする。
【００４７】
また、制御・演算部９は絞り３を開放にし（ステップＳ２）、固体撮像素子４を経て撮像信号処理回路５から出力された信号をＡ／Ｄ変換器６でＡ／Ｄ変換した後、信号処理部７に入力する。そして、そのデータを基に露出の演算を制御・演算部９にて行う（ステップＳ３）。
【００４８】
上記の測光を行った結果により明るさを判断し（ステップＳ４）、その結果に応じて制御・演算部９は絞り３を制御する（ステップＳ６）。また、暗いと判断した場合はフラグをセットし、制御・演算部９の制御によって、ストロボ発光部１５の発光の際のエネルギーを貯えるコンデンサに充分に充電を行い（ステップＳ５）、暗くないと判断したときは充電は行わない。
【００４９】
次に、上記固体撮像素子４を経て撮像信号処理回路５から出力された信号を基に、高周波成分を取り出して被写体までの測距を制御・演算部９で行う（ステップＳ９）。その際、上記フラグがセットされているときや被写体のコントラストの差が小さいと判断したとき（ステップＳ７）は補助光発光部１５から補助光を発光する（ステップＳ８）。その後、レンズ２を駆動して合焦か否かを判断し（ステップＳ１０）、合焦していないと判断したときは、再びレンズ２を駆動して測距を行う。
【００５０】
レンズ２の合焦後、ステップＳ５によりフラグが立っている場合やストロボ強制発光用の外部操作部材が押されている場合は、ストロボ発光モードと判断する（ステップＳ１１）。そうでない場合は、レリーズスイッチ１４の第２のストロークに応じてオンする第２のスイッチがオンされるまで待機し（ステップＳ１２）、第２のスイッチがオンされたら本露光を行い（ステップＳ１３）、撮影を終了する。
【００５１】
ステップＳ１１でストロボ発光モードと判断した場合は、現在のモードを確認し（ステップＳ３１）、第１の発光の発光時間を変更して（ステップＳ３２）、モードに適合した電子シャッタースピードに切り替える（ステップＳ３３）。この電子シャッタースピードの切り替えは、特に外光の影響が無視できないときに有効である。
【００５２】
例えば、外光の影響を無視できるような暗中時の場合は、第１の発光の際１フィールドの期間露光し続けても影響はないが、逆光時のような日中シンクロ撮影の場合、暗中時と同様に１フィールド露光し続けると、非常に強い外光のために外光を多く取り込んでしまう。このような場合には、第１の発光の測光において本来求まるべき値と差がでて、本露光時の適正な発光時間を算出できない場合もありうる。
【００５３】
そこで、日中シンクロ時には暗中時に比べて電子シャッターのシャッタースピードを高速側の同調スピードに制御する。これにより、発光を終了した後の外光の影響をキャンセルすることができる。したがって、高速側に電子シャッタースピードを切り替えることは非常に有効となる。
【００５４】
ステップＳ１１でストロボ発光モードと判断した場合は、レリーズスイッチ１４の第２のストロークに応じてオンする第２のスイッチがオンされるまで待機する（ステップＳ１４）。第２のスイッチがオンされたらステップＳ９で得られた距離情報を基に絞りを制御する（ステップＳ１５）。そして、第１の発光のためのプリ露光を開始し（ステップＳ１６）、続いて第１の発光を行い（ステップＳ１７）、発光が終わると同時に電子シャッターを閉じる（ステップＳ１８）。
【００５５】
このとき、第１の発光時間は約１５〜３５［μｓｅｃ］であり、シャッタースピードは１水平期間ぐらいで約１／１００００ 〜１／１５０００ 秒である。この第１の発光時間は、被写体からの反射光が固体撮像素子４へより適切な光量で入射するために、モードにより切り替えると有効である。
【００５６】
例えば、至近距離で撮影するマクロモード、反射率の高い紙などを撮影する書類モード、逆光時に強制的に発光する日昼モード、コントラストで表現する白黒モードなどを設けて、これらのモードによって切り替えても良い。また、各モードを組み合わせ、更に細かいモードを設定して切り替えるようにしても良い。
【００５７】
ステップＳ１５での絞り制御は、ステップＳ１７の第１の発光が常に一定の光量で発光した場合、被写体との距離や反射率により変化する反射光が、固体撮像素子４へ適度な光量で入射するように制御する。この絞りの値は前述の（１）式で表すことができる。
【００５８】
（１）式で示す所定値Ｄ，Ｙは第１の発光の発光量が一定であれば変える必要はないが、被写体からの反射光が固体撮像素子４へより適切な光量で入射するように、モードによってＤ，Ｙの値を変えて絞り制御量を切り替えても良い。
【００５９】
例えば、第１の発光時間の変更で説明したような、至近距離で撮影するマクロモード、反射率の高い紙などを撮影する書類モード、逆光時に強制的に発光する日昼モード、コントラストで表現する白黒モードなどを設けて切り替えても良い。無論、各モードを組み合わせて更に細かいモードを設定して切り替えても良い。
【００６０】
上記ステップＳ１７での第１の発光は、第２の発光のための充電エネルギーをなるべく減らさないために、また測光できるための必要十分な発光量で良い理由から、最大でも全発光時の４〜５段落ちくらいになる発光量が良い。この場合、第１の発光による充電用コンデンサの電圧降下はフル充電の約７〜１０［％］であり、第１の発光後の残充電電圧はほぼ一定の値となる特徴がある。
【００６１】
第１の発光後、固体撮像素子４を経て撮像信号処理回路５から出力された信号をＡ／Ｄ変換器６でＡ／Ｄ変換し信号処理部７に入力したデータを基に被写体からの反射光の光量を制御・演算部９で演算して測光値を得る（ステップＳ１９）。この測光値は適正レベルからの差で表され、この値を前述の（２）式に代入して本露光時に発光する第２の発光のガイドナンバーを算出する。
【００６２】
ステップＳ１９で算出したガイドナンバーから、表１のストロボの特性を表すガイドナンバーと発光時間のテーブルを用いて、第２の発光の発光時間を制御・演算部９で算出する（ステップＳ２０）。そして本露光を開始し（ステップＳ２１）、制御・演算部９の制御によりストロボ発光部１５へストロボトリガパルスを送り、このパルスに同期してストロボ１５は第２の発光を開始し、ステップＳ１８で得られた発光時間が経過したら、その瞬間に発光を停止する（ステップＳ２２）。
【００６３】
本露光が終了すると（ステップＳ２３）、固体撮像素子４を経て撮像信号処理回路５で処理されて出力された画像信号をＡ／Ｄ変換器６でＡ／Ｄ変換し、信号処理部７を経て制御・演算部９によりメモリ部１０に書き込む。その後、メモリ部１０に蓄積されたデータは、制御・演算部９の制御により記録媒体制御用インターフェース部１１を通して半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体１２に記録される。
【００６４】
なお、本実施例のストロボ発光のタイミングは図３と同様であるので説明は省略する。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、第１の発光に際し該第１の発光の発光時間に応じて電子シャッターを切るので、適正露出を確実に得ることができ、その結果から本露光を正確に行うことができるという効果がある。
【００６６】
また、撮影モードを変更した場合でも、予備露光の測光精度が高まり、本露光を正確に行うことが可能になるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る撮像装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明の一実施例の撮影時の動作を示すフローチャート
【図３】本発明の実施例の撮影動作時のタイムチャート
【図４】本発明の他の実施例の撮影時の動作を示すフローチャート
【符号の説明】
２ レンズ
３ 絞り
４ 固体撮像素子
５ 撮像信号処理回路
７ 信号処理部
８ タイミング信号発生部
９ 制御・演算部（測光手段）
１０ メモリ部
１４ レリーズイッチ（スイッチ手段）
１５ ストロボ発光部（発光手段）

Claims (2)

1. 被写体の光学像を電気信号に変換する撮像素子と、撮影時に被写体に光を照射するための第１の発光と第２の発光を行う発光手段と、前記撮像素子からの信号を処理して得られた測光情報により前記発光手段を制御する制御部とを備え、前記第１の発光における電子シャッターのシャッタースピードを該第１の発光の発光時間に応じて設定することを特徴とする撮像装置。
2. 電子シャッターの日中シンクロ撮影時のシャッタースピードを暗中撮影時のシャッタースピードより高速側に設定することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。

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