JP2006115173A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 一般に放電灯を撮影用の照明として使用した場合に、色再現性が悪く、撮影画像において被写体に忠実な色再現を得るのが非常に難しい。
【解決手段】 光量が周期的に変化する照明光下でのストロボ発光による撮影を、照明光量が最大となるタイミングに同期して行う。
【選択図】 図５

Description

本発明は撮像装置、特に低照度の被写体を鮮明に撮影できる撮像装置に関する。

従来の撮像装置は蛍光灯照明下で一定周期で連続的にストロボを毎回発光して撮影する場合にシャッター速度を上げフリッカーの影響を軽減し、ストロボを発光しない場合はシャッター速度を遅くし、感度の低下を補うように構成された撮像装置がある。（例えば、特許文献１参照。）
特開平６−２６１２４７号公報

しかしながら、上記従来技術の構成では蛍光灯などの放電管光源を交流電源で駆動した場合などのフリッカーを持つ（点滅を繰り返す）光源下においての閃光光源を発光させての撮影時に、その閃光光源のガイドナンバーが小さく、あるいは被写体までの距離が遠く、光量不足の場合に、閃光光源からの直接光の他に、前述の照明光源の影響を大きく受ける。すなわち撮像画像の明るさが、撮像時の照明光フリッカーのタイミングにより大きく変化し、暗くなる場合が発生する問題がある。

本発明の撮像装置は光量が周期的に変化する照明光下でのストロボ発光による撮影を、照明光量が最大となるタイミングに同期して行うことを特徴とする。

本発明の撮像装置によれば光量が周期的に変化する照明光下でのストロボ発光による撮影で、ストロボガイドナンバーが小さい、あるいは被写体までの距離が遠い、等の光量が十分でない場合において、明るく鮮明な画像を得ることができる。

以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態を説明する。

図５は実施例１の構成ブロック図であるが、この説明の前に、蛍光灯の動作について簡単に説明する。

図１は蛍光灯１０４の点灯の原理図であって、電源１０５をＯＮするとグローランプ１０１は点灯し両端のフィラメント１０３に電流が流れ、熱電子が放出されるとグローランプ内の接点は離れると共に、安定器１０２により高電圧が発生し、蛍光灯１０４の内部放電が始まり、発光が開始される。

このとき、蛍光灯の両端には交流電源１０６が接続されており、この交流の周期に応じて発光の強弱が繰り返され、フリッカーとなる。

なお安定器１０２は点灯時には高電圧を発生し、放電時には放電管の負性抵抗特性による過電流を抑えて放電を安定化させる為のチョークコイルである。

ここで図３の明るさ変化の波形２０５は明るさ２０１の時間経過２０４での変化を示しており、電源周波数の２倍の周期で増減を繰り返す。

次に、ストロボを使用して静止画撮影を行う場合を考えると、ストロボの光量が十分なときまたは、被写体までの距離が非常に近いときは、照明光の影響は無視できるが、やや離れた被写体、たとえば夜の街路灯照明下でやや離れた、動きのある被写体たとえば車、動物、子供等を撮像する場合を考えると、シャッター速度はストロボとシンクロできる限界まで速くするが、一方撮影画像の明るさはストロボ光量が不足して、照明光の影響を大きく受けるようになる。すなわち上述の図３で示される波形のピークのタイミングとストロボの発光が一致した場合は、撮影画像は明るくなり、逆に波形のボトムになった場合はストロボだけの、暗い画像となってしまう。

そこで本発明は、図３における発光タイミング２０６において確実に撮影を行うようにするものである。

一方、図２は蛍光灯を２本使用した、いわゆるフリッカーレス方式といわれる蛍光灯点灯方式の一例であって、並列に電源に接続された蛍光灯２本の内の片方に位相調整器１０７を挿入し、放電電圧の位相を９０度ずらすことで、これらの発光により図４のような明るさの変化２０８となり、光量の谷を埋めてフリッカーを減らすことができるが、完全に減らすことは出来ず、一方で２本の蛍光灯の物理的間隔により、照明される位置によって、各明るさの山に差が生じることもあり、この場合でも、発光タイミング２０９でのストロボ発光が、撮影画像にとって良好な結果が得られる。

図５に戻ると、これが実施例１の構成ブロック図であって、この実施例では一般的なディジタルカメラあるいは静止画撮影の出来るビデオカメラでのこの機能の動作を想定している。

被写体からの光３０１は、レンズ３０２、絞り（シャッター兼用）３０５を通り、撮像素子３０６に像を結び、撮像信号３０７に変換されて出力される。

その後信号処理３０９に入力されて、ガンマ処理、ホワイトバランス補正、などの信号処理を行い、撮影信号出力３１０となって出力され、テープ、ディスク、メモリーなどの記録装置に記録される。

マイクロプロセッサ３１４には測光センサー３１６が検出した照明光３１５を照明光情報３１７として入力し、シャッターボタン３１８が操作者により押されると絞り制御信号３０４により絞り制御回路３０３を通して絞り（シャッター兼用）３０５を、撮像信号読み出し制御信号３０８により撮像素子３０６を、発光制御信号３１３によりストロボ３１２を制御して被写体へ発光３１１し、撮影を行う。

図６はマイクロプロセッサ３１４のフリッカー照明下低照度ストロボ撮影時の動作フローの一例で電源がＯＮ（Ａ）されると照明光情報の読みとり（Ｂ）を行い、フリッカーを検出すると次回の照明ピークのタイミングを計算する（Ｄ）。

次にシャッター状態入力（Ｅ）でシャッターボタン押し下げによる撮影者からの撮像指示の状態を読み取り、（Ｆ）でシャッターＯＮでない場合は最初に戻り、ＯＮの場合はウェイト制御（Ｇ）に進む。このウェイトは、（Ｄ）の照明ピークのタイミング計算の時点で算出されたもので、次回の照明光のピークまでの時間調整を行う。

次の撮像素子の露光開始（Ｈ）は、絞り３０５を解放し、撮像素子の露光を開始し、ストロボ発光指示（Ｉ）によりストロボ３１２が被写体への発光３１１を行う。

そして撮像素子露光終了（Ｊ）で絞りを閉じ、露光を終了する。

このあと信号処理３０９へ撮像素子３０６から撮像信号３０７が転送され、画像として撮影信号出力３１０として、記録メディア等へ出力される。

図７は上述の撮影時の各信号の波形とタイミングの説明図であって、横方向は時間経過を示し、電源波形５０１は２サイクル分を表示している。

この１サイクルは１／６０秒または１／５０秒が一般的である。蛍光灯の発光強度５０２は電源波形に対応して増減し、検出した発光強度のピークのタイミング５０３は、測光センサー３１６で検出される。

そして、上記複数の発光強度のピークのタイミングから電源周波数の周期５０９が算出され、次回のピークのタイミング５０４は更にここから算出することが出来る。

操作者によって、シャッターボタンが押されると、シャッターボタンからの信号５０５がアクティブになりストロボの発光準備がなされる。そして次回のピークタイミングの直前の絞り解放タイミング５０６に絞りが解放され、撮像素子３０６への露光が開始され、直後のストロボ発光タイミング５０７にストロボが発光される。

以上の結果により被写体への照明光５０８は実際に撮像が行われる期間である絞り解放タイミング５０６においては蛍光灯の発光５０２とストロボの発光５１１の重畳したものとなり、ストロボ単独での発光時よりも明るい撮影画像を得ることが出来る。

図８は実施例２の構成ブロック図であって、被写体からの光３０１は、レンズ３０２、絞り（シャッター兼用）３０５を通り、撮像素子３０６に像を結び、撮像信号３０７となって出力される。

そしてゲイン制御回路６０２に入力され、レベルの制御が行われ、その出力信号６０３はホワイトバランス回路６０７に入力されてホワイトバランスの補正が行われ、その後信号処理３０９に入力されて、ガンマ処理などの信号処理を行い、撮影信号出力３１０となって出力され、テープ、ディスク、メモリーなどの記録装置に記録される。

なお、ホワイトバランスの動作は後述する。

一方でゲイン制御出力信号６０３はマイクロプロセッサ３１４に入力される。

マイクロプロセッサはこの信号を基に絞り制御信号３０４により絞り制御３０３を介し絞り（シャッター兼用）３０５を、また撮像素子制御信号３０８により撮像素子３０６の電子シャッタータイミングを、およびゲイン制御信号６０１を介しゲイン制御６０２を、各々制御する。そして操作者によるシャッターボタン３１８からの信号により発光制御信号３１３によりストロボ３１２を制御して被写体へ発光３１１し、撮影を行う。

ここで、電源アンテナ６０４は、交流電源を信号として検出するためのもので具体的には、誘導コイルなどで、それを電源センサー６０５に接続し、その出力として交流電源情報信号６０６をマイクロプロセッサ３１４へ入力する。

次に図９は実施例２におけるマイクロプロセッサ３１４の動作フローの一例で電源がＯＮ（Ａ）されると、電源センサー６０５からの交流電源情報６０６より電源情報の読みとり（Ｍ）を行い、次の照明ピークタイミング計算（Ｄ）で、交流電源電圧が０になる複数のボトムのタイミングにより周波数を得、さらにこの時点での次に来るべきピークすなわち、照明蛍光灯の発光のピークタイミングを算出する。

次のシャッター状態入力（Ｅ）でシャッターボタン３１８の状態を検出し、ここでシャッターがＯＮされていない時は最初に戻る。

シャッターが操作者によりＯＮにされたことが検出されると、ウエイト制御（Ｇ）に進む。ここでは、上述照明ピークタイミング計算（Ｄ）で算出した次の交流電源のピーク時の直前まで動作のウエイトをかける。

次のホワイトバランスシフト（Ｐ）ではホワイトバランス補正の適正化を行う。

図１１はその説明図であって色信号をカラーテレビ信号表示用ベクトルスコープなどの測定器で一般的な表現として横軸をＲ−Ｙ色差信号１１２２、縦軸をＢ−Ｙ色差信号１１２３の平面で表したもので、光の３原色Ｒ１１１６、Ｇ１１２０、Ｂ１１１８とその補色Ｃｙ１１２１、Ｍｇ１１１７、Ｙｅ１１１９およびＮＴＳＣカラーテレビ信号の場合の位相基準信号であるカラーバースト１１１１の位置を参考に表示している。

ホワイトバランスは、一般的に図のＩ軸１１１２上の色が黒体放射光に近いことから、この軸上の色を白と見なしてそれを中心１１１５すなわち各色差信号が０になるように制御するが、一般的な蛍光灯の発光成分は緑色が強く、通常のホワイトバランスがとれた状態に対し 緑（Ｇ）１１２０側にずれた位置１１１３になる為にこれを中心方向１１１４に動かすべく、あらかじめ各色差成分にプリセット値を重畳してシフトさせている。

またこれは単純なシフトではなくて、マイクロプロセッサによる自動ホワイトバランス制御により中心に収束させてもいい。

図９に戻ると次にゲイン値を予め定めた値に増加（Ｎ）させる。これは低照度時の光量不足による撮影画像の明るさ不足を補う為である。

次の撮像素子露光開始（Ｈ）において絞り（シャッター兼用）３０５が解放になり、照明がピークになったところでストロボ発光指示（Ｉ）でストロボが発光され、撮像素子露光終了（Ｊ）で絞り（シャッター兼用）３０５が閉じられ撮像が終了し、ゲイン値を元に戻して（Ｏ）このルーチンは終了する。

以上の動作で図８における撮像素子３０６から撮像信号３０７がゲイン制御６０２を経て信号処理３０９に転送され、画像として撮影信号出力３１０として、記録メディア等へ出力される。

図１０は上述の撮影動作時の各信号の波形とタイミングの説明図であって、横方向は時間経過を示し、電源波形５０１は２サイクル分を表示している。

この１サイクルは一般的に１／６０秒または１／５０秒である。

電源アンテナが検出した電源波形１００２はノイズを含むため、波形がゆがんでいるが、繰り返し周期は電源の周期であり、それは０になるクロスポイントと次のそれを検出することにより容易に検出が可能である。

また蛍光灯の発光強度５０２は電源波形と関連して増減しているが、このボトムのタイミングは電源アンテナが検出した電源波形と位相的には大きなずれは生じにくく、これを基準としてこの時点から次の来るべき照明光の発光強度のピークを算出することはこの図から容易である。検出値から算出する次回ピークのタイミング５０４は電源周波数の１／４周期後となる。

この間に操作者によって、シャッターボタンが押されると、シャッターボタンからの信号５０５がアクティブになりストロボの発光準備がなされる。そして次回のピークタイミングの直前の絞り解放タイミング５０６に絞りが解放され、撮像素子３０６への露光が開始され、直後のストロボ発光タイミング５０７にストロボが発光される。

以上の結果により被写体への照明光５０８は実際に撮像が行われる期間である絞り解放タイミング５０６においては蛍光灯の発光５０２とストロボの発光５１１の重畳したものとなり、もっとも明るくなるタイミングでの撮影画像を得ることが出来る。

蛍光灯の発光の説明図 フリッカーレス方式蛍光灯の一例の説明図 蛍光灯の明るさの変化と本発明のストロボ発光タイミングの説明図 フリッカーレス方式蛍光灯における明るさの変化と本発明のストロボ発光タイミングの説明図 本発明の実施例１の構成ブロック図 本発明の実施例１のマイクロプロセッサの動作フロー図 本発明の実施例１における各信号の波形とタイミングの説明図 本発明の実施例２の構成ブロック図 本発明の実施例２のマイクロプロセッサの動作フロー図 本発明の実施例２における各信号の波形とタイミングの説明図 ホワイトバランスシフトの説明図

符号の説明

１０１ グローランプ
１０２ 安定器
１０３ フィラメント
１０４ 蛍光灯本体
１０５ 点灯スイッチ
１０６ 交流電源
１０７ 位相調整器
２０１ 明るさ
２０２ 明るさのピークのタイミング
２０３ 明るさのボトムのタイミング
２０４ 時間経過
２０５ 明るさ変化の波形
２０６ ストロボ発光タイミング
２０７ シャッターシンクロ期間
２０８ フリッカーレス照明の場合の明るさの変化の波形
２０９ フリッカーレス照明時の発光タイミング
３０１ 被写体からの光
３０２ レンズ
３０３ 絞り制御回路
３０４ 絞り制御信号
３０５ 絞り（シャッター兼用）
３０６ 撮像素子
３０７ 撮像信号
３０８ 撮像信号読み出し制御信号
３０９ 信号処理回路
３１０ 出力撮像信号
３１１ 被写体への発光
３１２ ストロボ
３１３ 発光制御信号
３１４ マイクロプロセッサ
３１５ 照明光
３１６ 測光センサー
３１７ 照明光情報
３１８ シャッターボタン
５０１ 電源電圧波形
５０２ 蛍光灯の発光強度
５０３ 検出した発光強度ピークのタイミング
５０４ 算出した次回ピークのタイミング
５０５ シャッターボタンからの信号
５０６ 絞り解放タイミング
５０７ ストロボ発光タイミング
５０８ 被写体への照明光
５０９ 発光強度ピークからピークの時間間隔
５１０ 検出値から算出した次回ピークまでの時間
５１１ 撮影時の被写体への照明光
６０１ ゲイン制御信号
６０２ ゲイン制御回路
６０３ ゲイン制御出力信号
６０４ 電源アンテナ
６０５ 電源センサー
６０６ 交流電源情報信号
６０７ ホワイトバランス回路
６０８ ホワイトバランス制御信号
９０１ シャッター速度
９０２ 絞り値
９０３ ゲイン
９０４ 被写体の明るさ
９０５ ポイント１
９０６ ポイント２
９０７ ゲインアップ量
９０８ ゲインアップした時の値
１００１ 検出した発光強度のボトムのタイミング
１００２ 電源アンテナが検出した電源波形
１００３ 検出値から算出した次回ピークまでの時間
１００４ 発光強度ボトムからボトムの時間間隔
１１１１ ベクトルスコープ上の基準信号（カラーバースト）
１１１２ Ｉ軸
１１１３ 蛍光灯の色再現の位置
１１１４ シフト量
１１１５ ホワイトバランスがとれた位置（中心）
１１１６ Ｒ（赤）の位置
１１１７ Ｍｇ（マゼンダ）の位置
１１１８ Ｂ（青）の位置
１１１９ Ｙｅ（黄）の位置
１１２０ Ｇ（緑）の位置
１１２１ Ｃｙ（シアン）の位置
１１２２ Ｒ−Ｙ軸
１１２３ Ｂ−Ｙ軸

Claims (6)

1. 光量が周期的に変化する照明光下でのストロボ発光による撮影を、照明光量が最大となるタイミングに同期して行うことを特徴とする撮像装置。
2. 撮像素子とは別に接続したセンサーの情報により照明光量が最大になるタイミングを算出する、請求項１の撮像装置。
3. 交流電源の周期を検出して照明光量が最大になるタイミングを算出することを特徴とする請求項１の撮像装置。
4. 複数の放電灯を用い、それらの点灯位相を異ならせることでフリッカーを軽減する、フリッカーレス照明において照明光量が最大となるタイミングを算出する、請求項１の撮像装置。
5. シャッタースピードを高速にすることによって発生する撮像素子への入射光量の不足を回路ゲインの増加で補正する請求項１の撮像装置。
6. ホワイトバランス補正を放電灯の色再現性に対応してあらかじめ定めた量だけ撮影時にシフトさせる、あるいはあらかじめ定めた補正特性に切り替えて補正を行う請求項１の撮像装置。

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