JP5004888B2 - 撮像装置 - Google Patents
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また、例えば特許文献1に示されるように、合焦位置近傍ではフォーカシングレンズの駆動速度を通常より遅くなるように制御してオートフォーカスを行う方法があった。即ち、撮像装置では、映像出力が有効なフィールドと検波タイミングを正しく同期させないと正確な検波値が得られないが、スローシャッター動作時は、映像出力が有効なフィールドと検波タイミングを正しく同期させてオートフォーカスでフォーカスを合わせる場合でも、通常時より検波値が得られるタイミングが間引かれるため、合焦位置近傍ではフォーカシングレンズの駆動速度を通常より遅くする必要があるからである。
一方、上記のような合焦位置近傍でフォーカシングレンズの駆動速度を通常より遅くする方法では、オートフォーカスが完了するまでに時間を要してしまうといった課題があった。
図1は、この発明の実施の形態1による撮像装置を示す構成図である。
図において、撮像装置は、レンズ1、CCD(Charge Coupled Device:電荷結合素子)2、CDS(Correlated Double Sampling:相関二重サンプリング)回路3、アンプ4、A/D変換器5、映像信号処理部6、映像信号出力部7、メモリ回路8、検波回路9、制御部10、I/F部11、電子増倍制御回路12、タイミングジェネレータ13、CCD駆動回路14、レンズ駆動回路15を備えている。
図2は、通常モード時とスローシャッター時の動作比較を示すタイミングチャートである。図2中、(a)が通常モード時、(b)がスローシャッター時のタイミングチャートを示している。
通常モードの場合、光電変換されて蓄積された電荷の掃き出しは毎フィールド行われ、A/D変換器5から映像信号処理部6に出力される映像信号も毎フィールド連続して出力される。それに伴い検波回路9で抽出されるオートフォーカス指標値も毎フィールド更新される。外部からI/F部11を介してオートフォーカス開始のコマンドが入力されると、制御部10のオートフォーカス制御部101は、検波回路9から入力される指標値が最も大きくなるように、一般的に山登り方式と呼ばれるレンズ駆動方法などを使用してフォーカスが合焦するようにレンズ1を駆動する。
図3は、実施の形態1の撮像装置の動作を説明するタイミングチャートである。
図3に示すように、スローシャッターモードで動作中、I/F部11を介して外部からオートフォーカス開始のコマンドが入力されると、制御部10のモード制御部104は、電子増倍モードに切り換える。即ち、スローシャッターモード制御部102の制御から電子増倍モード制御部103の制御に切り換えを行う。これにより、電子増倍モード制御部103は、毎フィールド蓄積電荷の掃き出しが行われるようにタイミングジェネレータ13を制御し、撮像装置は電子増倍モードに遷移する。電子増倍型CCDはCCD内に設けられた電子増倍部に高電圧を加えて電子を転送することで高感度化を行うタイプのCCDで、増倍感度は数千倍の実力があり、フレームレートを通常モードから落とさずにスローシャッターよりも高感度化が可能である。従って、通常モードと同じ蓄積電荷掃き出しタイミングでスローシャッター時と同じ映像輝度(感度)に制御することが可能である。但し、同じ感度で比較した場合、電子増倍はスローシャッターに比べてS/Nが劣るといった特性がある。
蓄積電荷掃き出しタイミングが通常モードと同じになったので、オートフォーカス指標値の更新も毎フィールドとなり、オートフォーカス制御部101は、通常モード時と同等の精度・速度でフォーカスを合焦させることが可能となる。
電子増倍モード時の電子増倍倍率の制御は、電子増倍モード制御部103が映像信号処理部6から入力される輝度情報に基づいて行う制御方法が一般的である。時刻T1での電子増倍モードへの切り換え以降、蓄積電荷掃き出しタイミングが毎フィールドとなるので感度が低下し映像信号の輝度も低下する。輝度が低下したことを電子増倍モード制御部103が検知し、電子増倍倍率を増加させるが、通常ハンチングなどを防ぐため電子増倍倍率は時定数を持たせて変化させる。このため、図4の時刻T1〜T2の区間に示すようにスローシャッター時と同じ感度になるまでに時間を要する。従って、図4に示すような輝度変動が発生することになるが、輝度が変化している間は検波回路9の出力も安定しないため、オートフォーカスの動作の開始タイミングを図4に示すように輝度変動が安定してから(時刻T2以降)にするように構成しても良い。尚、電子増倍モード切り換え時点で輝度変動が発生しないようにした撮像装置は、実施の形態2で説明する。
尚、オートフォーカス動作中の電子増倍倍率の制御であるが、突発的な被写体の変動などに過敏に反応しないようにするために、オートフォーカス動作中は電子増倍倍率を固定するように構成しても良い。
実施の形態2は、シャッター時間と電子増倍倍率設定値の関係を予め定めたデータテーブルを設け、オートフォーカス制御時はこのデータテーブルを参照して電子増倍倍率の設定値を求めるようにしたものである。
図5において、実施の形態1と異なるのは制御部10aの構成のみであるため、他の部分には図1と同一符号を付してその説明を省略する。
実施の形態2の制御部10aは、オートフォーカス制御部101、スローシャッターモード制御部102、電子増倍モード制御部103a、モード制御部104、データテーブル105を備えている。データテーブル105は、シャッター時間と電子増倍倍率との関係を示すテーブルであり、その一例を図6に示す。電子増倍モード制御部103aは、モード制御部104からモード切り換えの指示を受けた場合、このデータテーブル105を参照して切り換え時のシャッター速度に対応した電子増倍倍率を電子増倍制御回路12に対して設定するよう構成されている。これ以外のオートフォーカス制御部101、スローシャッターモード制御部102、モード制御部104の構成は図1の構成と同様である。
スローシャッターモードで動作中に、I/F部11を介して外部からオートフォーカス開始のコマンドが入力されると、モード制御部104は、電子増倍モードへの切り換えを行うと共に、毎フィールド蓄積電荷の掃き出しが行われるようにタイミングジェネレータ13を制御する。電子増倍モードへの切り換え指示を受けた電子増倍モード制御部103aは、データテーブル105を参照し、切り換え時のシャッター時間に対応した電子増倍倍率設定値を得る。そして、この電子増倍倍率設定値で電子増倍制御回路12を制御する。このような動作により、スローシャッターモードから電子増倍モードに遷移する。
これにより、切り換え後、速やかに輝度レベルがスローシャッターモード時と同等になり、その結果、オートフォーカス制御を速やかに行うことができる。
実施の形態3は、シャッター時間とCCD温度と電子増倍倍率設定値との関係を予め定めたデータテーブルを設け、オートフォーカス制御時はこのデータテーブルを参照して電子増倍倍率の設定値を求めるようにしたものである。
図8において、図1に示した実施の形態1と異なるのは、温度検出回路16が付加された点と、制御部10bの構成が異なる点である。それ以外の構成については、対応する部分に同一符号を付してその説明を省略する。
図8において、温度検出回路16は、CCD2の温度を検出する回路であり、その検出値が制御部10bに入力されるよう構成されている。制御部10bは、オートフォーカス制御部101、スローシャッターモード制御部102、電子増倍モード制御部103b、モード制御部104、データテーブル106を備えている。データテーブル106は、シャッター時間とCCD温度と電子増倍倍率設定値との関係を示すテーブルであり、その一例を図9に示す。電子増倍モード制御部103bは、モード制御部104からモード切り換えの指示を受けた場合、このデータテーブル106を参照して切り換え時のシャッター速度とCCD温度に対応した電子増倍倍率を電子増倍制御回路12に対して設定するよう構成されている。これ以外のオートフォーカス制御部101、スローシャッターモード制御部102、モード制御部104の構成は図1の構成と同様である。
スローシャッターモードで動作中に、I/F部11を介して外部からオートフォーカス開始のコマンドが入力されると、モード制御部104は、電子増倍モードへの切り換えを行うと共に、毎フィールド蓄積電荷の掃き出しが行われるようにタイミングジェネレータ13を制御する。電子増倍モードへの切り換え指示を受けた電子増倍モード制御部103bは、データテーブル106を参照し、切り換え時のシャッター時間と、温度検出回路16で得られたCCD温度とに対応した電子増倍倍率設定値を得る。そして、この電子増倍倍率設定値で電子増倍制御回路12を制御する。このような動作により、スローシャッターモードから電子増倍モードに遷移する。
実施の形態4は、通常モードと電子増倍モードとに対応した第1の検波回路と第2の検波回路とを備えたものである。
電子増倍は先に説明したようにCCD内に設けられた電子増倍部の転送路に高電圧を印加することにより実現しているため、電子増倍をかけない通常照度環境下での撮影映像に比べてざらついた映像となる。従って、通常照度環境下で使用する検波回路の周波数特性と電子増倍モード時に使用する検波回路の周波数特性を異なるものとすることでオートフォーカスの性能を改善することが可能である。
図10において、実施の形態1と異なるのは、検波回路9に代わって第1の検波回路17と第2の検波回路18と選択回路19とが設けられ、制御部10cのモード制御部104aが、これらを選択するようにした点である。これ以外の構成は図1に示す実施の形態1と同様であるため、対応する部分に同一符号を付してその説明を省略する。
図11は、実施の形態4の動作を説明するフローチャートである。
I/F部11を介して外部からオートフォーカス開始のコマンドが入力されると、制御部10cのモード制御部104aは、輝度制御の状態を判別する(ステップST1)。通常照度環境下でスローシャッターモードでも電子増倍モードでもない場合は、ステップST2に移行し、第1の検波回路17の出力が有効になるような選択信号を選択回路19に出力する。電子増倍モードの場合はステップST3に移行し、第2の検波回路18の出力が有効になるような選択信号を選択回路19に出力する。スローシャッターモードの場合はステップST4に移行し、毎フィールド蓄積電荷の掃き出しが行われるようにタイミングジェネレータ13を制御すると共に、電子増倍モードに遷移し、更に、第2の検波回路18の出力が有効になるような選択信号を選択回路19に出力する。ここで電子増倍モード制御部103による電子増倍モードの制御は実施の形態1と同様であるためその説明は省略する。輝度制御の各モードに対応した上記設定が完了するとステップST5に移行し、実施の形態1で説明したような制御手法でオートフォーカス動作を実施し、フォーカスを合焦させる。
Claims (7)
- レンズを介して入射した光を電気信号に変換する撮像素子と、
前記撮像素子で得られた映像信号から抽出された合焦度合いを示す情報に基づいてレンズを駆動制御し合焦処理を行うオートフォーカス制御部と、
前記撮像素子の露光時間を通常モードの露光時間よりも長くして、撮像感度を増大させるスローシャッターモードの制御を行うスローシャッターモード制御部と、
前記撮像素子の電子増倍を行うことで、撮像感度を増大させる電子増倍モードの制御を行う電子増倍モード制御部と、
前記スローシャッターモードでの動作中に、前記オートフォーカス制御部で前記合焦処理を行う場合は、前記電子増倍モードの制御に切り換えるモード制御部とを備えた撮像装置。 - スローシャッターモードでの動作中に電子増倍モードに切り換えた場合、オートフォーカス制御部は、当該切り換えに伴う撮像素子で得られた画像の輝度変化が安定した後に合焦処理を行うことを特徴とする請求項1記載の撮像装置。
- オートフォーカス制御部による合焦処理を行う場合、電子増倍モードにおける電子増倍倍率設定値を固定することを特徴とする請求項1または請求項2記載の撮像装置。
- スローシャッターモードから電子増倍モードに切り換えて合焦処理を行った場合、当該合焦処理が終了したら、前記切り換え前のスローシャッターモードにおける露光時間に戻すことを特徴とする請求項1から請求項3のうちのいずれか1項記載の撮像装置。
- 電子増倍モード制御部は、スローシャッターモードから電子増倍モードへの切り換え時の撮像素子の露光時間に基づいて電子増倍倍率設定値を決定することを特徴とする請求項1記載の撮像装置。
- 撮像素子の温度を検出する温度検出回路を備え、電子増倍モード制御部は、スローシャッターモードから電子増倍モードへの切り換え時の撮像素子の露光時間と前記温度検出回路で検出された温度とに基づいて電子増倍倍率設定値を決定することを特徴とする請求項1記載の撮像装置。
- 通常モードで撮像素子で得られた映像信号を、所定の検波フィルタ設定値で検波して合焦度を示す情報を得る第1の検波回路と、
電子増倍モードで撮像素子で得られた映像信号を、前記第1の検波回路の検波フィルタ設定値とは異なる検波フィルタ設定値で検波して合焦度を示す情報を得る第2の検波回路と、
スローシャッターモードから電子増倍モードに切り換えた場合、前記第2の検波回路の出力を選択するモード制御部とを備えたことを特徴とする請求項1から請求項6のうちのいずれか1項記載の撮像装置。
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