JP2009177669A - Imaging device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は電子スチルカメラ(デジタルカメラ)などの撮像装置に関し、特に固体撮像素子を用いた撮像装置の露出制御と被写界深度の改善に関するものである。 The present invention relates to an imaging apparatus such as an electronic still camera (digital camera), and more particularly to exposure control and improvement in depth of field of an imaging apparatus using a solid-state imaging device.
デジタルカメラには、本撮影の前に、画像を取り込み、この取り込まれた画像の輝度レベルに対応した出力信号のレベルが目標値に一致するように露出条件が定められる。露出条件は、一般に、絞り、シャッター速度(電荷蓄積時間)、利得を調整することで変更される。 Before the actual photographing, the digital camera captures an image, and exposure conditions are determined so that the level of the output signal corresponding to the luminance level of the captured image matches the target value. The exposure conditions are generally changed by adjusting the aperture, shutter speed (charge accumulation time), and gain.
また、従来の撮像装置として、絞り及び電荷蓄積時間を共通の撮像制御手段で制御するものが知られている(例えば、特許文献1)。 Further, as a conventional imaging apparatus, an apparatus that controls a diaphragm and a charge accumulation time with a common imaging control unit is known (for example, Patent Document 1).
しかしながら、近年発展してきた、SOC(System on Chip)型のCMOSセンサでは、一つの集積回路チップ内に、センサのほか、利得、電荷蓄積時間による露出制御を行うための手段が実装されており、絞り制御の外部インターフェースが設けられていないため、利得、電荷蓄積時間の制御と、絞りの制御を同時に(合わせて)行うことができない。 However, in the SOC (System on Chip) type CMOS sensor that has been developed in recent years, in addition to the sensor, means for performing exposure control by gain and charge accumulation time are mounted in one integrated circuit chip. Since an external interface for aperture control is not provided, gain and charge accumulation time control and aperture control cannot be performed simultaneously (in combination).
また、絞り制御を行うときは、新たに外付けで機能を追加する必要があり、CMOSセンサ内の露出制御と、絞り制御を協調して行うことが難しかった。 Further, when performing aperture control, it is necessary to newly add a function externally, and it is difficult to perform exposure control in the CMOS sensor and aperture control in a coordinated manner.
さらに、低照度時に高感度を実現するために、F値の小さい、明るいレンズを用いると、被写界深度が浅くなり、高画素センサの高解像度の性能を活用することができず、近距離に被写体を配置して撮影を行う場合、合焦範囲が狭く画像がぼけやすい問題がある。 In addition, if a bright lens with a small F value is used to achieve high sensitivity at low illuminance, the depth of field becomes shallow, and the high resolution performance of the high pixel sensor cannot be utilized, and short distance When shooting with a subject placed on the screen, there is a problem that the focus range is narrow and the image is easily blurred.
本発明は上述した課題を解決するためになされたもので、電荷蓄積時間(シャッター速度)の調整と利得の調整を用いた露出制御に、絞りの調整を追加した露出制御の性能を確保することを目的としている。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and ensures the performance of exposure control in which aperture adjustment is added to exposure control using adjustment of charge accumulation time (shutter speed) and gain. It is an object.
また、絞り制御を用いることで、被写体が明るい場合に被写界深度を深くして、画像ボケの少ない撮像装置を提供することを目的としている。 It is another object of the present invention to provide an imaging device with less image blur by using aperture control to increase the depth of field when the subject is bright.
本発明の撮像装置は、
被写体からの光量を制御する絞り手段と、
前記絞り手段にて光量制御された光信号を光電変換する機能を有する撮像素子と、
前記撮像素子の出力を増幅する利得可変の増幅手段と、
前記撮像素子の出力に比例した信号をあらかじめ決められた測光枠ごとに積算し、露光量を求める露光量検出手段と、
前記露光量検出手段で検出された露光量を用いて、前記増幅手段の利得を制御する露出制御手段と、
前記露光量と、前記利得をもとに、前記絞り手段の絞り量を制御する絞り制御手段と
を有することを特徴とする。
The imaging apparatus of the present invention
A diaphragm means for controlling the amount of light from the subject,
An image pickup device having a function of photoelectrically converting an optical signal whose light amount is controlled by the aperture means;
A gain variable amplifying means for amplifying the output of the image sensor;
An exposure amount detection means for integrating a signal proportional to the output of the image sensor for each predetermined photometry frame and obtaining an exposure amount;
Exposure control means for controlling the gain of the amplification means using the exposure amount detected by the exposure amount detection means;
A diaphragm control means for controlling a diaphragm amount of the diaphragm means based on the exposure amount and the gain.
本発明によれば、利得の調整と露光時間の調整を用いた露出制御手段を備えた撮像装置に、絞りの調整を追加したことで、それによる弊害を発生させること無く、露出性能を向上させることができる。 According to the present invention, the adjustment of the aperture is added to the image pickup apparatus including the exposure control unit using the adjustment of the gain and the adjustment of the exposure time, so that the exposure performance is improved without causing the adverse effect thereof. be able to.
また、絞りを制御することで、被写体が暗い場合には、F値を小さくして、感度を向上させることができ、一方、被写体が明るい場合には、F値を大きくして、被写界深度を深くすることができ、被写界深度を深くすることができ、画像ボケを少なくすることができる。 In addition, by controlling the aperture, when the subject is dark, the F value can be reduced to improve the sensitivity. On the other hand, when the subject is bright, the F value can be increased to increase the field of view. The depth can be increased, the depth of field can be increased, and the image blur can be reduced.
実施の形態1.
図1は、実施の形態1の撮像装置を示すブロック図である。図示の撮像装置は、絞り1と、レンズ2と、撮像手段9と、絞り制御手段8とを備えている。
撮像手段9は、例えば、一つの集積回路チップで構成され、撮像素子3と、増幅手段4と、A/D変換手段5と、露出制御手段6と、露光量検出手段7とを備えている。
FIG. 1 is a block diagram illustrating the imaging apparatus according to the first embodiment. The illustrated imaging apparatus includes an
The imaging means 9 is composed of, for example, one integrated circuit chip, and includes an
絞り1は、絞り制御手段8の絞り制御信号に応じて、その絞り値Fを制御する。絞り値Fは大きいほど、絞りの開放度合いが小さくなる。絞り値Fを制御することで、レンズ2を通して撮像素子3に結像させる被写体からの光量を調整し、これにより像の明るさの制御を行うことができる。
The
また、絞り値Fを制御することで、被写界深度も制御することができる。絞り値Fを最小にする(最大開放状態にする)と、像が明るくなるが被写界深度が最も浅くなり、絞り値Fを最大にする(開放度合いを最小にする)と、被写界深度が最も深くなる一方、像が最も暗くなる。 Also, by controlling the aperture value F, the depth of field can also be controlled. When the aperture value F is minimized (maximum open state), the image becomes brighter but the depth of field is the shallowest. When the aperture value F is maximized (open degree is minimized), the field is reduced. While the depth is deepest, the image is darkest.
レンズ2は、被写体からの光を撮像素子3へ結像するものであり、フォーカスを調整するための焦点調整機能を備えている。また、ズーム機能を備えたものを用いることもできる。
The
撮像素子3は例えばCCDセンサまたはCMOSセンサなど、エリア型の固体撮像素子で構成される。レンズ2を通して集光した光を、画素を構成するフォトダイオードで光電変換し、電圧値の形の撮像出力を取り出す。また、撮像素子3は、露出制御手段6による指示に応じて、フォトダイオード内の電荷蓄積時間を制御する。この電荷蓄積時間を、「露光時間」と言うこともあり、「電子シャッター速度」で表すこともある。シャッター速度は電荷蓄積時間或いは露光時間の逆数に比例し、電荷蓄積時間或いは露光時間の増大は、シャッター速度の低下と同じことを意味する。
The
増幅手段4は、撮像素子3からのアナログの撮像信号を増幅するもので、その利得(増幅率)が可変である。露出制御手段6からの利得制御信号で、増幅手段4内の利得を調整する。
The amplifying
A/D変換手段5は、増幅手段4からのアナログの撮像信号をデジタル変換する。A/D変換手段5からのデジタル撮像信号YLは、撮像手段9から出力信号として取り出される。
The A / D conversion means 5 digitally converts the analog imaging signal from the amplification means 4. The digital imaging signal YL from the A /
A/D変換手段5のデジタル撮像信号YLはまた、露光量検出手段7に送られ、画像の輝度レベルに対応した信号レベルが測定される。
この信号レベルとしては、画面全体のすべての画素の信号の値の平均値を求めも良く、所定の測定枠ごとの信号レベル(例えば測定枠毎の平均値)を求め、当該測定枠毎の信号レベルの加重平均を求めても良く、予め選択された測定枠のみの信号レベルを用いても良い。また、各測定枠毎に信号値のヒストグラムを作成し、信号値の分布に基づいて選択乃至抽出された測定枠の信号レベルに基づいて、画面全体の信号レベルを求めることとして良い。以下では、測定枠毎の信号レベルを求める場合について説明する。このような信号レベルは、露光量乃至露出量に対応するものであるので、上記のような信号レベルの検出を、「露光量の検出」或いは「露出量の検出」とも言う。
The digital image pickup signal YL of the A / D conversion means 5 is also sent to the exposure amount detection means 7, and a signal level corresponding to the luminance level of the image is measured.
As this signal level, the average value of the signal values of all the pixels on the entire screen may be obtained, the signal level for each predetermined measurement frame (for example, the average value for each measurement frame) is obtained, and the signal for each measurement frame is obtained. A weighted average of levels may be obtained, or a signal level of only a preselected measurement frame may be used. Further, a histogram of signal values may be created for each measurement frame, and the signal level of the entire screen may be obtained based on the signal level of the measurement frame selected or extracted based on the distribution of signal values. Below, the case where the signal level for every measurement frame is calculated | required is demonstrated. Since such a signal level corresponds to the exposure amount or the exposure amount, detection of the signal level as described above is also referred to as “exposure amount detection” or “exposure amount detection”.
測定枠毎の露光量を求めて、これに基づいて画面全体の露光量を求める場合には、露光量検出手段7は、A/D変換手段5から出力されるデジタル撮像信号YL(各画素についての輝度に対応した値を有する)を、測定枠毎に積算し、積算値を当該積算の対象となった画素の数で割ることで、当該測定枠における露光量を求める。 When obtaining the exposure amount for each measurement frame and obtaining the exposure amount for the entire screen based on the exposure amount, the exposure amount detection means 7 outputs the digital imaging signal YL (for each pixel) output from the A / D conversion means 5. Is obtained for each measurement frame, and the integrated value is divided by the number of pixels subject to the integration to obtain the exposure amount in the measurement frame.
測光枠は、例えば、システムの自動露出制御を行うために設計段階で予め決められるもので、撮像素子3の撮像面が水平方向640画素、垂直方向480の大きさを持つ場合に、水平方向20画素、垂直方向20画素からなる矩形の領域が各枠と定められる。この場合、撮像素子3の撮像面が水平方向32個、垂直方向24個の枠に分けられる。
The photometric frame is determined in advance at the design stage, for example, to perform automatic exposure control of the system. When the imaging surface of the
露光量検出手段7は、このようにして求めた各フレームにおける露光量を出力しても良く、各フレームの露光量の、過去の所定数フレームに亘る平均(単純移動平均又は加重移動平均)を露光量として出力しても良い。
露出制御手段6は、露光量検出手段7で求めた露光量EXが、所定の目標値TG、例えば平均輝度レベルAPL(Average Picture Level)に収束するように利得G、シャッター速度SS、絞りFを制御する。
The exposure amount detection means 7 may output the exposure amount in each frame obtained in this way, and calculates the average (simple moving average or weighted moving average) of the exposure amount of each frame over a predetermined number of frames in the past. You may output as exposure amount.
The
図2を参照して、一般的な露出制御方法(従来の方法)を示す。横軸は、被写体の明るさL、縦軸は利得G(実線)と、シャッター速度SS(鎖線)と、絞りF(破線)を示す。 With reference to FIG. 2, a general exposure control method (conventional method) is shown. The horizontal axis indicates the brightness L of the subject, and the vertical axis indicates the gain G (solid line), the shutter speed SS (chain line), and the aperture F (dashed line).
明るさLが後述の第2の所定値(明るさの範囲の最大値に近い値)La2以下では、絞りFは最小値Fmin(最大開放状態)に維持される。
明るさLが(通常撮像が行われる範囲の)最小値La0であるときは、シャッター速度SSを最小値(許容される範囲内の最小値、例えば、フレームレートと同一の速度)SSminにし、利得Gを最大値Gmaxとする。言い換えると、絞りFを最小値、シャッター速度SSを最小値SSminとし、利得Gを最大値Gmaxとしたとき、露光量EXが目標値TGに一致する明るさLが最小値La0である。
When the brightness L is equal to or less than a second predetermined value (a value close to the maximum value in the brightness range) La2, which will be described later, the diaphragm F is maintained at the minimum value Fmin (maximum open state).
When the brightness L is the minimum value La0 (of the range in which normal imaging is performed), the shutter speed SS is set to the minimum value (minimum value within the allowable range, for example, the same speed as the frame rate) SSmin, and the gain Let G be the maximum value Gmax. In other words, when the aperture F is the minimum value, the shutter speed SS is the minimum value SSmin, and the gain G is the maximum value Gmax, the brightness L at which the exposure amount EX matches the target value TG is the minimum value La0.
明るさLが最小値La0より大きく第1の所定値(通常撮像が行われる範囲の中央部分に位置するレベル)La1以下の範囲では、シャッター速度SSを最大値SSminに固定し、利得Gを明るさLとともに次第に下げることで、露光量EXを調整する。
明るさLが第1の所定値La1においては、利得Gは最小値Gminとなる。言い換えれば、絞りFを最小値Fminにし、シャッター速度SSを最小値SSminにし、利得Gを最小値Gminとしたときに、露光量EXが目標値TGに一致する明るさLが第1の所定値La1である。
In a range where the brightness L is greater than the minimum value La0 and is equal to or less than the first predetermined value (level located at the center of the range where normal imaging is performed) La1, the shutter speed SS is fixed to the maximum value SSmin and the gain G is bright. The exposure amount EX is adjusted by gradually decreasing the length L.
When the brightness L is the first predetermined value La1, the gain G is the minimum value Gmin. In other words, when the aperture F is set to the minimum value Fmin, the shutter speed SS is set to the minimum value SSmin, and the gain G is set to the minimum value Gmin, the brightness L at which the exposure amount EX matches the target value TG is the first predetermined value. La1.
なお、利得Gの最小値Gminは、撮像素子3の飽和信号レベルから定まるものである。即ち、強い照明下で、画素ごとの出力値がバラつく、飽和むらを防ぐために、撮像素子3の入射光量に対するアナログの撮像信号の出力値が、ニー領域になる手前の線形領域になるように設定される。
Note that the minimum value Gmin of the gain G is determined from the saturation signal level of the
明るさLが第1の所定値La1より大きく、第2の所定値(通常撮像が行われる範囲の最大値に近い値)La2以下の領域では、利得Gを最小値Gminに固定し、シャッター速度SSを明るさLとともに次第に高くするにより露光量EXを調整する。
明るさLが第2の所定値La2であるときは、シャッター速度SSは最大値SSmaxとなる。言い換えれば、絞りFを最小値Fminにし、利得Gを最小値Gminにし、シャッター速度SSを最大値SSmaxにしたときに、露光量EXが目標値TGに一致する明るさLが第2の所定値La2である。
In an area where the brightness L is greater than the first predetermined value La1 and is equal to or less than the second predetermined value (a value close to the maximum value of the range in which normal imaging is performed) La2, the gain G is fixed to the minimum value Gmin, and the shutter speed The exposure amount EX is adjusted by gradually increasing the SS with the brightness L.
When the brightness L is the second predetermined value La2, the shutter speed SS is the maximum value SSmax. In other words, when the aperture F is set to the minimum value Fmin, the gain G is set to the minimum value Gmin, and the shutter speed SS is set to the maximum value SSmax, the brightness L at which the exposure amount EX matches the target value TG is the second predetermined value. La2.
明るさLが第2の所定値La2より大きい領域では、利得Gを最小値Gminに固定し、シャッター速度SSを最大値SSmaxに固定し、絞りFを明るさLとともに大きくする(開放値を下げる)ことで、露光量EXを調整する。 In a region where the brightness L is greater than the second predetermined value La2, the gain G is fixed to the minimum value Gmin, the shutter speed SS is fixed to the maximum value SSmax, and the aperture F is increased with the brightness L (lowering the open value). ) To adjust the exposure amount EX.
上記の方法では、第2の所定値La2以下の領域では、絞りFが最小値Fmin(開放状態)を維持しているため、被写界深度の浅い状態での撮像となり、望ましくない場合がある。本発明は、この問題を解決することを目的とする。 In the above method, in the region below the second predetermined value La2, the diaphragm F maintains the minimum value Fmin (open state), so that imaging is performed with a shallow depth of field, which may be undesirable. . The present invention aims to solve this problem.
絞り制御手段8は、露出制御手段6から、利得Gの設定値を表す情報と、シャッター速度SSの設定値を表す情報を受け、露光量検出手段7から露光量EXを受ける。
The
以下、図3を参照して、本実施の形態による露出制御を説明する。図3において、図2と同一の符号は同一又は対応する値を示す。図3において、横軸は、被写体の明るさL、縦軸は利得G(実線)と、シャッター速度SS(鎖線)と、絞りF(破線)を示す。 Hereinafter, exposure control according to this embodiment will be described with reference to FIG. 3, the same reference numerals as those in FIG. 2 indicate the same or corresponding values. In FIG. 3, the horizontal axis indicates the brightness L of the subject, and the vertical axis indicates the gain G (solid line), the shutter speed SS (chain line), and the aperture F (dashed line).
明るさLが(通常撮像が行われる範囲の)最小値La0以下の範囲では、絞りFを最小値Fmin(最大開放状態)にし、シャッター速度SSを最小値(許容される範囲内の最小値、例えば、フレームレートと同一の速度)SSminにし、利得Gを最大値Gmaxとする。言い換えると、絞りFを最小値、シャッター速度SSを最小値SSminとし、利得Gを最大値Gmaxとしたとき、露光量EXが目標値TGに一致する明るさLが最小値La0である。 In a range where the brightness L is less than or equal to the minimum value La0 (in the range where normal imaging is performed), the aperture F is set to the minimum value Fmin (maximum open state), and the shutter speed SS is set to the minimum value (minimum value within the allowable range, For example, SSmin and the gain G are set to the maximum value Gmax. In other words, when the aperture F is the minimum value, the shutter speed SS is the minimum value SSmin, and the gain G is the maximum value Gmax, the brightness L at which the exposure amount EX matches the target value TG is the minimum value La0.
明るさLが最小値La0より大きく第1の所定値(通常撮像が行われる範囲の中央部分に位置するレベル)La1以下の範囲では、シャッター速度SSを最小値SSminに固定し、明るさLが大きくなるにつれて、利得Gを次第に下げるとともに、絞りFを緩やかに大きくすることで、露光量EXを調整する。 In a range where the brightness L is greater than the minimum value La0 and equal to or less than a first predetermined value (level located at the center of the range where normal imaging is performed) La1, the shutter speed SS is fixed to the minimum value SSmin, and the brightness L is The exposure amount EX is adjusted by gradually decreasing the gain G and gradually increasing the aperture F as the size increases.
明るさLが第1の所定値La1においては、利得Gは最小値Gminとなり、絞りFは最小値Fminより若干大きい値Fm1となる。言い換えれば、シャッター速度SSを最小値SSminにし、利得Gを最小値Gminとし、絞りFを値Fm1としたときに、露光量EXが目標値TGに一致する明るさLが第1の所定値La1である。図3における第1の所定値La1は、図2における第1の所定値La1よりいくらか大きい。 When the brightness L is the first predetermined value La1, the gain G is the minimum value Gmin, and the diaphragm F is a value Fm1 that is slightly larger than the minimum value Fmin. In other words, when the shutter speed SS is the minimum value SSmin, the gain G is the minimum value Gmin, and the aperture F is the value Fm1, the brightness L at which the exposure amount EX matches the target value TG is the first predetermined value La1. It is. The first predetermined value La1 in FIG. 3 is somewhat larger than the first predetermined value La1 in FIG.
明るさLが第1の所定値La1より大きく、第2の所定値(通常撮像が行われる範囲の最大値に近い値)La2以下の領域では、シャッター速度SSを最小値SSminに固定し、利得Gを最小値Gminに固定し、明るさLとともに、絞りFを次第に大きくすることで、露光量EXを調整する。 In a region where the brightness L is greater than the first predetermined value La1 and is equal to or less than the second predetermined value (a value close to the maximum value of the range in which normal imaging is performed) La2, the shutter speed SS is fixed to the minimum value SSmin, and the gain The exposure amount EX is adjusted by fixing G to the minimum value Gmin and gradually increasing the aperture F together with the brightness L.
明るさLが第2の所定値La2であるときは、絞りFは最大値Fmax(完全に閉じた状態ではなく、絞り制御で調整可能な範囲内の最小開放状態)となる。言い換えれば、シャッター速度SSを最小値SSminにし、利得Gを最小値Gminにし、絞りFを最大値Fmaxにしたときに、露光量EXが目標値TGに一致する明るさLが第2の所定値La2である。図3の第2の所定値La2は、図2の第2の所定値La2と同じとは限らない。 When the brightness L is the second predetermined value La2, the diaphragm F has a maximum value Fmax (not a completely closed state but a minimum open state within a range adjustable by the diaphragm control). In other words, when the shutter speed SS is set to the minimum value SSmin, the gain G is set to the minimum value Gmin, and the aperture F is set to the maximum value Fmax, the brightness L at which the exposure amount EX matches the target value TG is a second predetermined value. La2. The second predetermined value La2 in FIG. 3 is not necessarily the same as the second predetermined value La2 in FIG.
明るさLが第2の所定値La2より大きく第3の所定値La3(通常撮像が行われる範囲の最大値に、第2の所定値La2よりも近い値)以下の範囲では、利得Gを最小値Gminに固定し、絞りFを最大値Fmaxに固定し、明るさLとともにシャッター速度SSを高くする。 In a range where the brightness L is greater than the second predetermined value La2 and is equal to or smaller than the third predetermined value La3 (a value closer to the second predetermined value La2 than the maximum value in the normal imaging range), the gain G is minimized. The value is fixed to Gmin, the aperture F is fixed to the maximum value Fmax, and the shutter speed SS is increased together with the brightness L.
明るさLが第3の所定値La3であるときは、利得Gが最小値Gmin、絞りFが最大値Fmax、シャッター速度SSが最大値SSmaxである。言い換えれば、利得Gを最小値Gminにし、絞りFを最大値Fmaxにし、シャッター速度SSを最大値SSmaxにしたときに、露光量EXが目標値TGに一致する明るさLが第3の所定値La3である。 When the brightness L is the third predetermined value La3, the gain G is the minimum value Gmin, the aperture F is the maximum value Fmax, and the shutter speed SS is the maximum value SSmax. In other words, when the gain G is set to the minimum value Gmin, the aperture F is set to the maximum value Fmax, and the shutter speed SS is set to the maximum value SSmax, the brightness L at which the exposure amount EX matches the target value TG is the third predetermined value. La3.
明るさLが第3の所定値La3より大きい領域では、利得Gを最大値Gminに固定し、絞りFを最大値Fmaxに固定し、シャッター速度SSを最大値SSmaxに固定する。 In a region where the brightness L is greater than the third predetermined value La3, the gain G is fixed to the maximum value Gmin, the diaphragm F is fixed to the maximum value Fmax, and the shutter speed SS is fixed to the maximum value SSmax.
明るさLに応じて、利得G、シャッター速度SS、絞りFを、図3に示すように調整するための制御は、具体的には、第1の露光量EXと、目標値TGとの比較結果に応じて、利得G、シャッター速度SS、絞りFを所定値またはその整数倍ずつ(ステップ状に)変化させることにより行われる。この変更は、1フレーム毎に行われる。変化のための1ステップの幅は予め定められている。 Specifically, the control for adjusting the gain G, the shutter speed SS, and the aperture F as shown in FIG. 3 according to the brightness L is performed by comparing the first exposure amount EX with the target value TG. Depending on the result, the gain G, the shutter speed SS, and the aperture F are changed by a predetermined value or an integral multiple thereof (in steps). This change is performed for each frame. The width of one step for change is predetermined.
この場合、明るさLのどの範囲にあるかに応じて、1ステップの変化の幅を変えるようにしても良く、また、露光量EXと目標値TGとの差の大きさに応じて、変化の幅を変えるようにしても良い。 In this case, the range of change in one step may be changed according to the range of the brightness L, and the change may be made according to the difference between the exposure amount EX and the target value TG. You may make it change the width | variety.
以下、露光量EXと目標値TGとの差に応じて、利得G、シャッター速度SS、絞りFを調整することにより行われる露出制御の手順を、図4のフローチャートを参照して説明する。 Hereinafter, the procedure of exposure control performed by adjusting the gain G, the shutter speed SS, and the aperture F according to the difference between the exposure amount EX and the target value TG will be described with reference to the flowchart of FIG.
図4のうちのステップS1、S2の処理は、1フレーム期間に1回、新たな露光量を算出し、次のフレーム期間で、処理S3、S4、S6、S8、S10、S13、S14、S16、S18、S20が行われ、さらに次のフレーム期間で、ステップS7、S9、S11、S17、S19、又はS21が行われる。 In steps S1 and S2 in FIG. 4, a new exposure amount is calculated once in one frame period, and in steps S3, S4, S6, S8, S10, S13, S14, and S16 in the next frame period. , S18, S20, and steps S7, S9, S11, S17, S19, or S21 are performed in the next frame period.
ステップS1では、露光量検出手段7で露光量EXを検出し、この場合、過去数フレーム分の平均(単純平均又は加重平均)と取ることで、露光量EXとして出力することとしても良い。 In step S1, the exposure amount EX is detected by the exposure amount detection means 7. In this case, the exposure amount EX may be output by taking the average (simple average or weighted average) of the past several frames.
ステップS2では、露光量EX、利得G、シャッター速度SS、絞りFから、明るさLを、例えば下記の式(1)で求める。
L=K×EX×SS×(1/G)×F2 …(1)
ここで、Kは定数である。
In step S2, the brightness L is obtained from the exposure amount EX, the gain G, the shutter speed SS, and the aperture F, for example, by the following equation (1).
L = K × EX × SS × (1 / G) × F 2 (1)
Here, K is a constant.
ステップS3以降は、露出制御手段6の露光量EXと目標値TGとの比較及び比較結果に基づく、制御値の変更の処理を示している。
ステップS3は、露光量EXが目標値TGに比べて大きいかどうかを判定し、ステップS13は、露光量EXが目標値TGに比べて小さいかどうかを判定する。
Step S3 and subsequent steps show a comparison between the exposure amount EX of the exposure control means 6 and the target value TG and a control value change process based on the comparison result.
Step S3 determines whether the exposure amount EX is larger than the target value TG, and step S13 determines whether the exposure amount EX is smaller than the target value TG.
ステップS3で、露光量EXが目標値TGに比べて大きいと判定されたとき(S3でYES)は、以下に詳しく述べるように、ステップS4乃至S11の処理を行う。ステップS4乃至S11では、露光量EXを小さくするように制御を行う。つまり、利得Gの減少、シャッター速度SSの増加、又は絞り値Fの増加のいずれかあるいはこれらの組み合わせを行う。 When it is determined in step S3 that the exposure amount EX is larger than the target value TG (YES in S3), the processes in steps S4 to S11 are performed as described in detail below. In steps S4 to S11, control is performed to reduce the exposure amount EX. That is, any one of a decrease in gain G, an increase in shutter speed SS, an increase in aperture value F, or a combination thereof is performed.
ステップS13で、露光量EXが目標値TGに比べて小さいと判定されたとき(S13でYES)は、以下に詳しく述べるように、ステップS14乃至S21の処理を行う。ステップS14乃至S21では、露光量EXを大きくするように制御を行う。つまり、利得Gの増加、シャッター速度SSの減少、又は絞り値Fの減少のいずれかあるいはこれらの組み合わせを行う。 When it is determined in step S13 that the exposure amount EX is smaller than the target value TG (YES in S13), the processes in steps S14 to S21 are performed as described in detail below. In steps S14 to S21, control is performed to increase the exposure amount EX. That is, one of the increase of the gain G, the decrease of the shutter speed SS, the decrease of the aperture value F, or a combination thereof is performed.
露光量EXが目標値TGに等しい場合(ステップS3でNO、かつステップ13でNO)、現在の制御値を維持する。即ち、制御値の変更を行わず、ステップS1に戻る。 When the exposure amount EX is equal to the target value TG (NO in step S3 and NO in step 13), the current control value is maintained. That is, the control value is not changed and the process returns to step S1.
ステップS4、S6、S8、S10、S14、S16、S18、S20では、ステップS2で求めた明るさLがどの範囲にあるかの判定を行う。
L≦La0であれば、ステップS4、S14でYESとなる。
La0<L≦La1であれば、ステップS6、16でYESとなる。
La1<L≦La2であれば、ステップS8、S18でYESとなる。
La2<L≦La3であれば、ステップS10、S20でYESとなる。
In steps S4, S6, S8, S10, S14, S16, S18, and S20, it is determined in which range the brightness L obtained in step S2 is.
If L ≦ La0, YES is obtained in steps S4 and S14.
If La0 <L ≦ La1, YES is obtained in steps S6 and S16.
If La1 <L ≦ La2, YES is obtained in steps S8 and S18.
If La2 <L ≦ La3, YES is obtained in steps S10 and S20.
ステップS4、ステップS14でYESの場合、即ち、露光量EXが目標値TGより大きく、明るさLが最小値La0以下の場合には、利得Gが最大値Gmax、シャッター速度SSが最小値SSmin、絞りFは最小値Fmin(開放状態)となっており、その状態が維持される。即ち、露出制御値を変更することなく、ステップS1に戻る。 If YES in steps S4 and S14, that is, if the exposure amount EX is greater than the target value TG and the brightness L is less than or equal to the minimum value La0, the gain G is the maximum value Gmax, the shutter speed SS is the minimum value SSmin, The diaphragm F has a minimum value Fmin (open state), and this state is maintained. That is, the process returns to step S1 without changing the exposure control value.
ステップS7、S17の処理は、La0<L≦La1のときに行われる。
この明るさの領域では、シャッター速度SSは固定され、利得Gと絞りFが明るさLに応じて変更される。
ステップS7の処理は、露光量EXが目標値TGより大きい場合に行なわれる。この場合、絞りFを現在の値から、所定幅ΔF1だけ増加させる(より閉じた状態にする)。同時に、利得Gを現在の値から、所定幅ΔG1だけ小さくする。
Steps S7 and S17 are performed when La0 <L ≦ La1.
In this brightness region, the shutter speed SS is fixed, and the gain G and the aperture F are changed according to the brightness L.
The process of step S7 is performed when the exposure amount EX is larger than the target value TG. In this case, the aperture F is increased from the current value by a predetermined width ΔF1 (more closed). At the same time, the gain G is reduced from the current value by a predetermined width ΔG1.
この場合、利得Gに対する帰還率をより大きくする。
すなわち、絞りF、露光時間Sを固定として、露光量EXを所定の変化幅(1単位量)EXuだけ変化させるための利得Gの変化をGu、利得G、露光時間Sを固定として、露光量EXを上記の1単位量EXuだけ変化させるための絞りFの変化をFuとしたとき、
ΔG1/Gu>ΔF1/Fuとなるように、ΔG1、ΔF1を定める。
これにより、利得制御の応答速度を速くすることができる。即ち、実効的に、利得制御の時定数を、絞り制御の時定数よりも短くすることができる。
In this case, the feedback rate with respect to the gain G is further increased.
That is, with the aperture F and the exposure time S fixed, the change in gain G for changing the exposure amount EX by a predetermined change width (one unit amount) EXu is fixed, and the exposure amount S is fixed with Gu, gain G, and exposure time S fixed. When the change of the diaphragm F for changing EX by the above-mentioned 1 unit amount EXu is Fu,
ΔG1 and ΔF1 are determined so that ΔG1 / Gu> ΔF1 / Fu.
Thereby, the response speed of gain control can be increased. In other words, the time constant for gain control can be effectively made shorter than the time constant for aperture control.
ステップS17の処理は、露光量EXが目標値TGより小さい場合に行なわれる。この場合、絞りFを現在の値から、所定幅ΔF1だけ小さくする(より開いた状態にする)。同時に、利得Gを現在の値から、所定幅ΔG1だけ大きくする。 The process of step S17 is performed when the exposure amount EX is smaller than the target value TG. In this case, the aperture F is reduced from the current value by a predetermined width ΔF1 (more open). At the same time, the gain G is increased from the current value by a predetermined width ΔG1.
ステップS9、ステップS19の処理は、La1<L≦La2のときに行われる。
この明るさの領域では、シャッター速度SSは最小値SSminに固定され、利得Gも最小値Gminに固定され、絞りFが明るさLに応じて変更される。
Steps S9 and S19 are performed when La1 <L ≦ La2.
In this brightness region, the shutter speed SS is fixed to the minimum value SSmin, the gain G is also fixed to the minimum value Gmin, and the aperture F is changed according to the brightness L.
ステップS9の処理は、露光量EXが目標値TGより大きい場合に行なわれる。この場合、絞りFを現在の値から、所定幅ΔF2だけ増加させる(より閉じた状態にする)。所定幅ΔF2は所定幅ΔF1よりも大きな値に定められる。 The process of step S9 is performed when the exposure amount EX is larger than the target value TG. In this case, the diaphragm F is increased from the current value by a predetermined width ΔF2 (more closed). The predetermined width ΔF2 is set to a value larger than the predetermined width ΔF1.
この場合にも、利得Gに対する帰還率をより大きくする。
すなわち、絞りF、露光時間Sを固定として、露光量EXを所定の変化幅(1単位量)EXuだけ変化させるための利得Gの変化をGu、利得G、露光時間Sを固定として、露光量EXを上記の1単位量EXuだけ変化させるための絞りFの変化をFuとしたとき、
ΔG2/Gu>ΔF2/Fuとなるように、ΔG2、ΔF2を定める。
これにより、利得制御の応答速度を速くすることができる。即ち、実効的に、利得制御の時定数を、絞り制御の時定数よりも短くすることができる。
Also in this case, the feedback rate for the gain G is increased.
That is, with the aperture F and the exposure time S fixed, the change in gain G for changing the exposure amount EX by a predetermined change width (one unit amount) EXu is fixed, and the exposure amount S is fixed with Gu, gain G, and exposure time S fixed. When the change of the diaphragm F for changing EX by the above-mentioned 1 unit amount EXu is Fu,
ΔG2 and ΔF2 are determined so that ΔG2 / Gu> ΔF2 / Fu.
Thereby, the response speed of gain control can be increased. In other words, the time constant for gain control can be effectively made shorter than the time constant for aperture control.
ステップS19の処理は、露光量EXが目標値TGより小さい場合に行なわれる。この場合、絞りFを現在の値から、所定幅ΔF2だけ減少させる(より開いた状態にする)。 The process of step S19 is performed when the exposure amount EX is smaller than the target value TG. In this case, the diaphragm F is decreased from the current value by a predetermined width ΔF2 (more open).
この明るさの領域では、利得Gが最小値Gminであり、ノイズが少ない画像が得られる。
この明るさの領域では、被写体のコントラスト(明暗の差)が大きく(画像がくっきりとしており)、レンズの性能によっては、画像のボケが顕著に目立つことがあるが、絞りを大きくする(開放度合いを小さくする)ことにより、被写界深度を深くすることができ、画像のボケをなくすことが出来る。また、絞りFの制御による露出制御が行われ、利得Gが固定されているのでS/Nが一定に保たれ、ノイズの少ない画像が得られる。
In this brightness region, the gain G is the minimum value Gmin, and an image with less noise is obtained.
In this area of brightness, the contrast of the subject (difference between light and dark) is large (the image is sharp), and depending on the performance of the lens, blurring of the image may be noticeable, but the aperture is increased (the degree of opening) Can be made deeper and the blur of the image can be eliminated. Further, exposure control is performed by controlling the aperture F, and the gain G is fixed, so that the S / N is kept constant, and an image with less noise is obtained.
ステップS11、S21の処理は、La2<L≦La3のときに行われる。
この明るさの領域では、利得Gは最小値Gminに固定され、絞りFは最大値Fmaxに固定され、シャッター速度SSが明るさLに応じて変更される。
ステップS11の処理は、露光量EXが目標値TGより大きい場合に行なわれる。この場合、シャッター速度SSを所定幅ΔSS3だけ大きくする。
ステップS21の処理は、露光量EXが目標値TGより小さい場合に行なわれる。この場合、シャッター速度SSを所定幅ΔSS3だけ小さくする)。
Steps S11 and S21 are performed when La2 <L ≦ La3.
In this brightness region, the gain G is fixed to the minimum value Gmin, the diaphragm F is fixed to the maximum value Fmax, and the shutter speed SS is changed according to the brightness L.
The process of step S11 is performed when the exposure amount EX is larger than the target value TG. In this case, the shutter speed SS is increased by a predetermined width ΔSS3.
The process of step S21 is performed when the exposure amount EX is smaller than the target value TG. In this case, the shutter speed SS is reduced by a predetermined width ΔSS3).
ステップS10、S20でNOの場合、即ち、La3<Lの場合には、利得Gは最小値Gminに固定され、シャッター速度SSも最大値SSmaxに固定され、絞りFも最大値に固定されたままである。即ち、露出制御値を変更することなく、ステップS1に戻る。
以上の説明した処理により、実施の形態1の露出を制御できる撮像装置が実現できる。
If NO in steps S10 and S20, that is, if La3 <L, the gain G is fixed to the minimum value Gmin, the shutter speed SS is also fixed to the maximum value SSmax, and the aperture F is also fixed to the maximum value. is there. That is, the process returns to step S1 without changing the exposure control value.
With the processing described above, the imaging apparatus capable of controlling the exposure according to the first embodiment can be realized.
上記のうち、ステップS1の処理は、露光量検出手段7で行われ、ステップS2の処理は、露出制御手段6で行われる。
ステップS3、S4、S6、S8、S10、S13、S14、S16、S18、S20の処理は、露出制御手段6及び絞り制御手段8の双方で平行して行われる。
ステップS7、S9、S11、S17、S19、S21の処理のうち、シャッター速度SSと利得Gの制御は、露出制御手段6で行われ、絞りFの制御は絞り制御手段8で行われる。
露光量検出手段7で検出された露光量EXを表すデータ、露出制御手段6で生成された、シャッター速度SS、利得Gを表すデータは、並びに明るさLを表すデータは、例えば撮像手段9の、シリアルデータを入出力するための既存の端子を介して絞り制御手段8に伝えられ、絞り制御手段8では、これらの情報を元に絞りFを制御する。
Among the above, the process of step S1 is performed by the exposure amount detection means 7, and the process of step S2 is performed by the exposure control means 6.
Steps S3, S4, S6, S8, S10, S13, S14, S16, S18, and S20 are performed in parallel by both the exposure control means 6 and the aperture control means 8.
Of the processes in steps S7, S9, S11, S17, S19, and S21, the shutter speed SS and the gain G are controlled by the exposure control means 6, and the aperture F is controlled by the aperture control means 8.
The data representing the exposure amount EX detected by the exposure amount detection means 7, the data representing the shutter speed SS and the gain G generated by the exposure control means 6, and the data representing the brightness L are, for example, those of the imaging means 9. The aperture control means 8 is transmitted to the aperture control means 8 through an existing terminal for inputting / outputting serial data, and the aperture control means 8 controls the aperture F based on these pieces of information.
露光制御手段6と、絞り制御手段8に露光量検出手段7からの露光量EXを用いることで、シャッター速度の制御及び利得の制御に非同期の絞り制御を実施でき、露出を制御できる。
また、絞り制御を併用することで、被写界深度を深くすることで、画像のボケの少ない撮像装置を実現することができる。
さらに、既存のFPGA(フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ)やCPUなど、必要最小限の部品追加を行うことで、絞り制御を実現することができ、低コストでシステムを構成することができる。
By using the exposure amount EX from the exposure
Further, by using the aperture control together, an imaging device with less blurring of the image can be realized by increasing the depth of field.
Furthermore, aperture control can be realized by adding the minimum necessary components such as an existing FPGA (Field Programmable Gate Array) and CPU, and a system can be configured at low cost.
上記の実施の形態では、露出制御手段6及び絞り制御手段8で、露光量検出手段7から供給された露光量EXを用いて制御を行うこととしているが、露出制御手段6と絞り制御手段8に、露光量EXとして異なる情報を供給するようにしても良い。例えば第1の情報(第1の露光量)EXaを、露出制御手段6に供給し、第2の情報(第2の露光量)EXbを絞り制御手段8に供給する。 In the above embodiment, the exposure control means 6 and the aperture control means 8 perform control using the exposure amount EX supplied from the exposure amount detection means 7, but the exposure control means 6 and the aperture control means 8 are used. Alternatively, different information may be supplied as the exposure amount EX. For example, first information (first exposure amount) EXa is supplied to the exposure control means 6, and second information (second exposure amount) EXb is supplied to the aperture control means 8.
この場合、第1の露光量EXaと、第2の露光量EXbとで、これらを算出するための検出時間を異ならせても良い。例えば、第1の露光量を表す情報EXaを得るための検出時間に比べて、第2の露光量EXbを得るための検出時間を長く設定する。例えば、第1の露光量EXaとしては、1フレーム毎の値を用い、第2の露光量EXbとしては、複数のフレームに亘る平均値を用いることとしても良い。代わりに、第1の露光量EXaとして、pフレームに亘る平均値を用い、第2の露光量EXbとしてqフレーム(q>p)フレームに亘る平均値を用いることとしても良い。露出制御手段6は、第1の露光量EXaが目標値TGに一致するように利得G及びシャッター速度SSを制御し、絞り制御手段8は、第2の露光量EXbが目標値TG(露出制御手段6で用いるのと同じ目標値TG)に一致するように絞りを制御する。
In this case, the detection time for calculating these may be different for the first exposure amount EXa and the second exposure amount EXb. For example, the detection time for obtaining the second exposure amount EXb is set longer than the detection time for obtaining the information EXa representing the first exposure amount. For example, a value for each frame may be used as the first exposure amount EXa, and an average value over a plurality of frames may be used as the second exposure amount EXb. Instead, an average value over p frames may be used as the first exposure amount EXa, and an average value over q frames (q> p) frames may be used as the second exposure amount EXb. The
これにより、絞り制御の応答速度を遅くすることができ、実効的に、絞り制御の時定数を、利得や露光時間の制御の時定数よりも長くすることができ、絞りFでゆっくりと露出をあわせ、利得G及びシャッター速度SSで絞りFより早く(短い遅れ時間で)露出をあわせるようにすることができる。 As a result, the response speed of the aperture control can be slowed down, and the time constant of the aperture control can be effectively made longer than the time constant of the gain and exposure time control. In addition, the exposure can be adjusted earlier than the stop F (with a short delay time) by the gain G and the shutter speed SS.
なお、上記の例では、制御値の変化幅ΔF1、ΔG1、ΔF2、ΔSS3などを一定としたが、求められた明るさLに対応する制御値(目標値)と、現在の制御値(現在値)との差に比例した値としても良い。また、制御値の変化幅の、現在の制御値に対する比が一定となるようにしても良い。 In the above example, the change widths ΔF1, ΔG1, ΔF2, and ΔSS3 of the control value are constant, but the control value (target value) corresponding to the obtained brightness L and the current control value (current value). It is good also as a value proportional to the difference with). Further, the ratio of the change width of the control value to the current control value may be constant.
実施の形態2.
上記の実施の形態では、L>La2のときの処理、即ちステップS11、S21において、シャッター速度SSを変更しているが、シャッター速度SSを固定したままとし、利得G、絞りFの変更のみで、露出を制御する構成としても良い。この場合の特性を図5に示す。明るさLa2以上では、絞りFを変更することで、露出を制御している点と、シャッター速度SSを変更しない点が異なる。
なおまた、絞りFが完全に閉じる仕様においても、露出制御を実現することができる。
In the above embodiment, the shutter speed SS is changed in the process when L> La2, that is, in steps S11 and S21. However, the shutter speed SS is kept fixed, and only the gain G and aperture F are changed. The exposure may be controlled. The characteristics in this case are shown in FIG. At brightness La2 or higher, the difference is that the exposure is controlled by changing the aperture F and the shutter speed SS is not changed.
In addition, exposure control can be realized even in a specification in which the aperture F is completely closed.
実施の形態3.
図6は、実施の形態3の露出制御の特性を示す図である。実施の形態1の明るさの閾値La0に対応する閾値Lb0と、閾値La1に対応する閾値Lb1の間に閾値Lb4及びLb41を設け、明るさの閾値Lb1と閾値La2の間に閾値Lb15を設け、シャッター速度SSは、Lb4以下の範囲では、第1の値SSa(例えば最小値SSminに等しい)に固定され、Lb4でステップ状に増加され、Lb4からLb41までの範囲では、第2の値SSb(第1の値SSaより大きい)に固定され、Lb1でステップ状に増加され、Lb1からLa2までの範囲では、第3の値SSc(第2の値SSbより大きい)に固定され、La2からLa3までの範囲では、明るさLとともに大きくされ、La3より大きい範囲では第4の値SSd(例えば最大値SSmaxに等しい)に固定される。
FIG. 6 is a diagram illustrating the characteristics of exposure control according to the third embodiment. The threshold values Lb4 and Lb41 are provided between the threshold value Lb0 corresponding to the brightness threshold value La0 and the threshold value Lb1 corresponding to the threshold value La1 in the first embodiment, and the threshold value Lb15 is provided between the brightness threshold value Lb1 and the threshold value La2. The shutter speed SS is fixed to a first value SSa (for example, equal to the minimum value SSmin) in a range equal to or less than Lb4, and is increased stepwise by Lb4. In a range from Lb4 to Lb41, a second value SSb ( Fixed to a first value SSa), increased stepwise at Lb1, and fixed to a third value SSc (greater than a second value SSb) in a range from Lb1 to La2, from La2 to La3 In the range, the brightness is increased with the brightness L, and is fixed to a fourth value SSd (for example, equal to the maximum value SSmax) in the range larger than La3.
一方、絞りFは、Lb0以下では、第1の値Fa(例えば最小値Fminに等しい)であり、Lb0からLb04までの範囲では、明るさLに対して第1の傾斜角(勾配)で、第1の値Faから第2の値Fbまで増加し、Lb04からLb4までの範囲では、明るさLに対して第2の傾斜角(勾配)(第1の傾斜角より大きい)で、第2の値Fbから第3の値Fcまで増加し、Lb4からLb41までの範囲では、明るさLに対して第3の傾斜角(勾配)(第1の傾斜角と略等しい)で第3の値Fcから第4の値Fdまで増加し、Lb41からLb1までの範囲では、明るさLに対して第4の傾斜角(勾配)(第2の傾斜角に略等しい)で第4の値Fdから第5の値Feまで増加し、Lb1からLb15までの範囲では、明るさLに対して第5の傾斜角(勾配)(第1の傾斜角と略等しい)で第5の値Feから第6の値Ffまで増加し、Lb15からLa2までの範囲では、明るさLに対して第6の傾斜角(勾配)(第1の傾斜角より大きく、第2の傾斜角より小さい)で第6の値Ffから第7の値Fg(例えば最大値Fmaxに等しい)まで増加し、La2より大きい範囲では、第7の値Fgに固定される。 On the other hand, the diaphragm F has a first value Fa (for example, equal to the minimum value Fmin) below Lb0, and has a first inclination angle (gradient) with respect to the brightness L in the range from Lb0 to Lb04. It increases from the first value Fa to the second value Fb, and in the range from Lb04 to Lb4, the second inclination angle (gradient) with respect to the brightness L (greater than the first inclination angle) and the second From the value Fb to the third value Fc, and in the range from Lb4 to Lb41, the third value with respect to the brightness L at a third inclination angle (gradient) (substantially equal to the first inclination angle). From Fc to the fourth value Fd, in a range from Lb41 to Lb1, the fourth inclination angle (gradient) with respect to the brightness L (approximately equal to the second inclination angle) from the fourth value Fd. It increases to the fifth value Fe, and in the range from Lb1 to Lb15, the brightness L Is increased from the fifth value Fe to the sixth value Ff at a tilt angle (gradient) of (same as the first tilt angle), and in the range from Lb15 to La2, the sixth tilt with respect to the brightness L An angle (gradient) (greater than the first tilt angle and smaller than the second tilt angle) increases from the sixth value Ff to the seventh value Fg (eg, equal to the maximum value Fmax), and in a range greater than La2 The seventh value Fg is fixed.
一方利得Gは、Lb0までの範囲では、第1の値Ga(例えば最大値Gmaxに等しい)に維持され、Lb0からLb04までの範囲では、Lの増加とともに、第1の値Gaから第2の値Gbまで次第に小さくされ、Lb04からLb4までは第2の値Gbに維持され、Lb4でステップ状に第2の値Gbから第3の値Gcまで大きくされ、Lb4からLb41までは、Lの増加とともに第3の値Gcから第4の値Gdまで次第に小さくされ、Lb41からLb1までは第4の値Gdに維持され、Lb1でステップ状に第4の値Gdから第5の値Geまで大きくされ、Lb1からLb15までは、Lの増加とともに第5の値Geから第6の値Gfまで次第に小さくされ、Lb15以上では、第6の値Gfに保たれる。
第2,第4、第6の値Gb、Gd、Gfは例えば、最小値Gminに等しい。
On the other hand, the gain G is maintained at the first value Ga (for example, equal to the maximum value Gmax) in the range up to Lb0, and in the range from Lb0 to Lb04, the gain G increases from the first value Ga to the second value as L increases. The value is gradually decreased to the value Gb, maintained from the second value Gb to Lb04 to Lb4, and increased from the second value Gb to the third value Gc in a stepwise manner at Lb4, and the increase of L from Lb4 to Lb41. The third value Gc is gradually decreased from the third value Gc to the fourth value Gd, the fourth value Gd is maintained from Lb41 to Lb1, and is increased stepwise from the fourth value Gd to the fifth value Ge at Lb1. , Lb1 to Lb15 are gradually decreased from the fifth value Ge to the sixth value Gf as L increases, and are maintained at the sixth value Gf above Lb15.
The second, fourth, and sixth values Gb, Gd, and Gf are, for example, equal to the minimum value Gmin.
以上のように、実施の形態3は、明るさLb4、La1、Lb5でシャッター速度を段階的に変更する点を除いては、実施の形態1と同じ動作を行い、同一の効果を有する。 As described above, the third embodiment performs the same operation as the first embodiment except that the shutter speed is changed stepwise in accordance with the brightness Lb4, La1, and Lb5, and has the same effect.
シャッター速度を段階的に変化するように制御できることで、絞りの制御を緩やかに変化させることができる。また、シャッター速度の制御を段階的に行うことで、被写界深度を徐々に深くすることができるため、被写界深度の急激な変化を防ぐことができる。 Since the shutter speed can be controlled to change stepwise, the aperture control can be changed gradually. In addition, by controlling the shutter speed stepwise, the depth of field can be gradually increased, so that a sudden change in the depth of field can be prevented.
実施の形態4.
図7は、実施の形態4の露出制御のブロック図を示すものである。絞り制御に用いる積算手段が、撮像手段9から得るのではなく、A/D変換手段の出力をFPGA(フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ)などの外部に設けたICで、測光枠ごとに積算を行い露光量EXbを求める、付加的な露光量検出手段(第2の露光量検出手段)10を設けている点が異なる。図7においては、露光量検出手段7から出力される露光量は区別のため、符号EXaで表されている。
FIG. 7 shows a block diagram of exposure control according to the fourth embodiment. The integration means used for aperture control is not obtained from the imaging means 9, but is integrated for each photometric frame with an IC in which the output of the A / D conversion means is provided externally such as an FPGA (field programmable gate array). The difference is that an additional exposure amount detection means (second exposure amount detection means) 10 for obtaining the exposure amount EXb is provided. In FIG. 7, the exposure amount output from the exposure amount detection means 7 is represented by the symbol EXa for distinction.
外部に設けることで、撮像手段9内の露光量検出手段7から出力される露光量の情報EXaを、絞り制御手段8で用いることができない場合においても、絞り、利得、シャッター速度の制御するシステムを構築することができる。 A system that controls the aperture, gain, and shutter speed even when the exposure amount information EXa output from the exposure amount detection means 7 in the imaging means 9 cannot be used by the aperture control means 8 by being provided outside. Can be built.
実施の形態1について記載した変形例の説明は、実施の形態2、実施の形態3、実施の形態4にも当てはまる。 The description of the modified example described for the first embodiment also applies to the second embodiment, the third embodiment, and the fourth embodiment.
1 絞り、 2 レンズ、 3 撮像手段、 4 増幅手段、 5 A/D変換手段、 6 露出制御手段、 7 露光量検出手段、 8 絞り制御手段、 9 撮像手段、 10 第二の露光量検出手段。
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記絞り手段にて光量制御された光信号を光電変換する機能を有する撮像素子と、
前記撮像素子の出力を増幅する利得可変の増幅手段と、
前記撮像素子の出力に比例した信号をあらかじめ決められた測光枠ごとに積算し、露光量を求める露光量検出手段と、
前記露光量検出手段で検出された露光量を用いて、前記増幅手段の利得を制御する露出制御手段と、
前記露光量と、前記利得をもとに、前記絞り手段の絞り量を制御する絞り制御手段と
を有することを特徴とする撮像装置。 Aperture means for controlling the amount of light from the subject by changing the aperture amount;
An image pickup device having a function of photoelectrically converting an optical signal whose light amount is controlled by the aperture means;
A gain variable amplifying means for amplifying the output of the image sensor;
An exposure amount detection means for integrating a signal proportional to the output of the image sensor for each predetermined photometry frame and obtaining an exposure amount;
Exposure control means for controlling the gain of the amplification means using the exposure amount detected by the exposure amount detection means;
An imaging apparatus comprising: the exposure amount; and an aperture control unit that controls an aperture amount of the aperture unit based on the gain.
前記露出制御手段は、前記露光量検出手段で検出された露光量を用いて、前記撮像素子の露光時間をも制御し、
前記絞り制御手段は、前記露光量と、前記露光時間と、前記利得をもとに、前記絞り手段の絞り量を制御する
ことを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 The image sensor further has an electronic shutter function for controlling the exposure time of the photoelectrically converted signal,
The exposure control means also controls the exposure time of the image sensor using the exposure amount detected by the exposure amount detection means,
The imaging apparatus according to claim 1, wherein the aperture control unit controls the aperture amount of the aperture unit based on the exposure amount, the exposure time, and the gain.
前記増幅手段による利得の制御におけるフィードバック時定数よりも長く設定したことを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。 A feedback time constant in aperture control by the aperture control means,
The imaging apparatus according to claim 1, wherein the imaging apparatus is set to be longer than a feedback time constant in gain control by the amplification means.
前記増幅手段による利得の制御におけるフィードバック時定数及び前記撮像素子による露光時間の制御におけるフィードバック時定数よりも長く設定したことを特徴とする請求項2に記載の撮像装置。 A feedback time constant in aperture control by the aperture control means,
The imaging apparatus according to claim 2, wherein the imaging apparatus is set to be longer than a feedback time constant in gain control by the amplifying unit and a feedback time constant in exposure time control by the imaging element.
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