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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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2013157790A (en) * | 2012-01-30 | 2013-08-15 | Canon Inc | Image pickup apparatus, control method therefor, and control program |
Citations (2)
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| JP2001330868A (en) * | 2000-05-22 | 2001-11-30 | Olympus Optical Co Ltd | Electronic camera apparatus |
| JP2006053250A (en) * | 2004-08-10 | 2006-02-23 | Fuji Photo Film Co Ltd | Image processing apparatus and imaging apparatus |
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2008
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