WO2005125185A1 - 撮像装置 - Google Patents

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light emission
flash
preliminary light
image sensor
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Takuya Chiba
Kazato Tanaka
Naoki Hayashi
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Sony Corp
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    • G03B2215/05—Combinations of cameras with electronic flash units

Definitions

  • the present invention relates to an imaging device that performs photography by emitting a flash.
  • CMOS image sensors have advantages such as random access of pixel signals, high-speed readout, high sensitivity, and low power consumption.
  • the input light amount in a certain area of the CMOS image sensor becomes a CMOS image.
  • the dynamic range of the sensor may be exceeded, and the image signal in that portion does not reach the original signal level, so that it has been difficult to accurately determine the amount of main light emission.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to perform an exposure operation and a read operation at different timings, such as an XY address type image sensor represented by a CMOS image sensor. Even if the image sensor consists of multiple possible pixels Another object of the present invention is to provide an image pickup apparatus capable of determining the amount of main light emission based on preliminary light emission of a flash with high accuracy.
  • an imaging apparatus includes a flash for irradiating a subject with light, an imaging element including a plurality of pixels capable of performing an exposure operation and a reading operation at different timings, A detection circuit for detecting the brightness of image information captured by the imaging device; and a control circuit for controlling operations of the flash, the imaging device and the detection circuit, wherein the control circuit performs main emission of the flash.
  • the flash Prior to the operation, the flash is caused to perform a preliminary light emission, an image at the time of the preliminary light emission is captured by the image sensor, and the brightness of the captured image information at the time of the preliminary light emission is detected by the detection circuit.
  • An image pickup device that calculates the amount of main light emission of the flash based on the brightness of image information obtained at the time of the preliminary light emission, wherein the control circuit comprises: In operation of the light, at the same time to start the exposure operation of all the pixels of the imaging device, characterized in that to capture an image at the time of the preliminary light emission.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of an imaging device according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a CCD image sensor.
  • FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a CMOS image sensor.
  • FIG. 4 is a time chart showing the operation of the CCD image sensor.
  • FIG. 5 is a time chart showing the operation of the CMOS image sensor.
  • FIG. 6 is a diagram showing a control flow of flash photography.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of an image of a subject.
  • FIG. 8 is a diagram showing a calculation example of a differential detection value when there is no external light.
  • FIG. 9 is a diagram showing an example of calculation of a differential detection value when external light is present.
  • FIG. 10 is a diagram showing a flash photographing still image sequence of a conventional CCD sensor.
  • FIG. 11 is a diagram showing a flash photographing still image sequence of a conventional CMOS sensor.
  • FIG. 12 is a diagram showing an image at the time of preliminary light emission obtained by a conventional CCD sensor.
  • FIG. 13 is a diagram showing an image at the time of preliminary light emission obtained by a conventional CMOS sensor.
  • FIG. 14 is a view showing a flash photographing still image sequence of the CMOS sensor of the first embodiment.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating an example of calculating a differential detection value according to the first embodiment.
  • the exposure operation of all the pixels of the image sensor is started simultaneously, and the preliminary light emission is performed.
  • the imaging device is configured to capture an image at the time.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of the imaging apparatus according to the first embodiment.
  • the imaging apparatus includes a lens 11, an aperture 12, an imaging element 13, an AGC (auto 'gain' controller) 14, an A / D converter 15, and a camera signal processing. It comprises a circuit 16, a detection circuit 17, an arithmetic unit 18, a storage device 19, a light emitting circuit 20, a flash 21, a lens driver 22, and a storage device 23.
  • the lens 11 allows light from a subject to pass therethrough and focuses on the image sensor 13 during shooting.
  • the aperture 12 changes its aperture so that the amount of input light obtained through the lens 11 is appropriate for the sensitivity of the image sensor 13.
  • the aperture 12 has a function of a shirt.
  • the image sensor 13 is composed of a plurality of pixels having R, G, and B color filters disposed therein, and photoelectrically converts each input light of each pixel input through the lens 11 into an analog video signal (charge).
  • the image sensor 13 is composed of an XY address type image sensor, for example, a CMOS image sensor, and is configured such that the exposure operation and the read operation of each of a plurality of pixels are performed at different timings.
  • CMOS image sensors are advantageous in terms of low power consumption and high-speed reading.
  • the AGC 14 amplifies the video signal generated by the imaging device 13.
  • the A / D converter 15 converts the analog video signal amplified by the AGC 14 into a digital video signal.
  • Power The camera signal processing circuit 16 performs various well-known signal processing on the digital video signal converted by the A / D converter 15, and includes, for example, a white balance circuit (not shown), a Y-C separation circuit, and a filter. Circuit, aperture controller, gamma correction circuit, etc.
  • the detection circuit 17 detects the brightness and color distribution in the screen included in the video signal processed by the camera signal processing circuit 16.
  • the detection value indicating the brightness is, for example, an integral value of a luminance signal of each pixel in the screen.
  • the arithmetic unit 18 is composed of, for example, a microcomputer, and is configured based on the brightness and color distribution detected by the detection circuit 17 and the image signal processed by the camera signal processing circuit 16. Are controlled.
  • the arithmetic unit 18 includes, for example, an exposure timing control signal for controlling the exposure operation and the readout operation of each pixel of the image sensor 13, a gain control signal for controlling the gain of the AGC 14, a focal point of the lens 11 and the aperture of the aperture 12, and a lens driver.
  • a lens control signal for controlling via a light emitting circuit 20 and a flash control signal for controlling the light emitting operation of a flash 21 via a light emitting circuit 20 are calculated and output.
  • the storage device 19 stores the control data calculated by the calculation device 18.
  • the light emitting circuit 20 drives the flash 21 in accordance with the flash control signal calculated by the arithmetic unit 18 during flash photography.
  • the flash 21 emits light in accordance with a drive signal from the light emitting circuit 20.
  • the lens driver 22 drives the lens 11 and the aperture 12 according to the lens control signal calculated by the calculation device 18.
  • the storage device 23 temporarily stores the video signal (for example, moving image information) processed by the camera signal processing circuit 16.
  • FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a CCD image sensor
  • FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a CMOS image sensor.
  • the CCD image sensor includes a plurality of pixels 31 arranged in a two-dimensional matrix, a number of V transfer registers 32 equal to the number of columns of the plurality of pixels 31, and an H transfer register. 33 and.
  • Each pixel 31 photoelectrically converts each input light into an analog video signal (charge).
  • the plurality of V transfer registers 32 transfer the photoelectrically converted video signals of each pixel in the vertical direction for each pixel (one line).
  • the V transfer register 32 transfers the video signal of each pixel 31 for one line transferred by the plurality of V transfer registers 32 in the horizontal direction for each pixel.
  • each light of each pixel 31 is photoelectrically converted into an electric charge (video signal).
  • Each pixel 31 accumulates charges corresponding to the input light amount.
  • the electric charges S accumulated in all the pixels 31 are simultaneously transferred to the respective V transfer registers 32.
  • the electric charge of each pixel 31 (each line) of the V transfer register 32 is transferred in the vertical direction for each pixel (one line) and transferred to the H transfer register 33.
  • the video signal of one line of pixels transferred to the H transfer register 33 is transferred and output in a horizontal direction for each pixel.
  • the plurality of V transfer registers 32 and H transfer registers 33 are shielded from light. For this reason, the electric charge of the pixel 31 once transferred to these is kept constant without receiving external light.
  • CMOS image sensor As shown in FIG. 3, in the CMOS image sensor, a plurality of pixels 41 arranged in a two-dimensional matrix and a plurality of pixels 41 in the same column are electrically connected in common, and the And a column 42 for transferring each charge (video signal) transferred from any of the pixels 41 in the horizontal direction for each pixel.
  • the CMOS image sensor does not have an equivalent to the V transfer register 32 of the CCD image sensor. Therefore, each pixel 41 of the CMOS image sensor can have a larger area than each pixel 31 of the CCD image sensor. Therefore, the dynamic range can be expanded and the sensitivity can be improved.
  • the CMOS image sensor can be configured to select and read out a pixel 41 at a free address. On the other hand, since the pixels 41 in the same column cannot be read simultaneously, the exposure operation and the read operation become complicated.
  • FIG. 4 is a time chart showing the operation of the CCD image sensor
  • FIG. 5 is a time chart showing the operation of the CMOS image sensor.
  • the exposure operation of the CCD image sensor is performed on all the pixels 31 at the same time. Since the CMOS image sensor does not have an equivalent to the V transfer register 32 of the CCD image sensor, when one pixel 41 is read, the other pixel 41 is affected by external light, and charges are accumulated. would. As shown in FIG. 5, the exposure operation of each pixel 41 of the CMOS image sensor needs to match the read operation of each pixel 41. In this example, the exposure time of each pixel (each line) 41 is set to make the exposure time of all pixels 41 the same. The start timing is shifted for each line.
  • FIG. 6 is a diagram showing a control flow of flash photography.
  • Step Sl the integrated value of the luminance signal included in the image signal captured by the image sensor 13 is detected by the detection circuit 17, and the arithmetic circuit 18 It is determined whether the external light is bright or not based on the integrated value of the luminance signal.
  • Step S1 the process proceeds to step S2 and normal photographing without emitting the flash 21 is performed.
  • step S3 the process proceeds to step S3 and flash photography is performed.
  • the aperture of the aperture 12, the exposure time (shutter) of the imaging device 13, and the gain of the AGC 14 are set (step S3). It is preferable that the aperture of the aperture 12 be set so that the input light of a short-distance subject does not exceed the dynamic range of the image sensor 13 when the flash 21 performs the preliminary light emission.
  • the pre-flash is a process for calculating the light intensity of the main flash.If input light exceeding the dynamic range is input to the image sensor 13, a distorted (search-raised) image signal is obtained. This makes it impossible to accurately calculate the amount of main emission. Further, it is preferable that the exposure time of the image sensor 13 be as short as possible.
  • the gain of the AGC 14 be set low so as to reduce the influence of noise of the video signal.
  • the detection value (a) before preliminary light emission which is an integral value included in the luminance signal of the signal, is detected and stored in the storage device 23.
  • the detection value (a) before the preliminary light emission means the detection value of only the external light without the preliminary light emission (step S4).
  • a preliminary light emission is performed by the flash 21 with a predetermined light emission amount (step S5). Exposure operation and readout operation are performed.
  • the detection circuit 17 detects the preliminary emission detection value (b), which is the integral value included in the luminance signal of the video signal, and stores the detected value in the storage device 23.
  • the detection value at the time of preliminary light emission (b) means a detection value including preliminary light emission and external light (step S6).
  • the detection value (b) at the time of preliminary light emission and the detection value (a) before preliminary light emission stored in the storage device 23 by the arithmetic circuit 18 are read out, and the preliminary light emission is calculated from the detection value (b) at the time of preliminary light emission.
  • the difference detection value from which the pre-detection value (a) is subtracted is calculated.
  • the differential detection value means a detection value that includes only preliminary light emission from which external light is excluded (step S7).
  • the light emission amount of the main light emission of the flash 21 is calculated by the arithmetic circuit 18 based on the difference detection value (step S8), the light emission of the flash 21 is performed according to the obtained light emission amount, and the flash photography is performed ( Step S 9).
  • the exposure operation before preliminary light emission by the image sensor 13 in step S4 and the exposure operation during preliminary light emission by the image sensor 13 in step S6 are preferably performed in a shorter time. Flash photography is generally performed in low-light environments, but rarely has no external light. In addition, for example, flash photography is also performed at the time of highlighting portrait photography in which the backlight is darkened. When there is such external light, a correct detection value, in particular, a detection value (b) at the time of preliminary light emission may not be obtained due to the influence of the external light, and a correct differential detection value may not be obtained.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example of an image of a subject.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a calculation example of a differential detection value when there is no external light
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a calculation example of a differential detection value when there is external light.
  • the output of the image sensor before preliminary light emission is 0, and the detection value (a) before preliminary light emission is also 0.
  • a detection value (b) at the time of preliminary light emission where the output corresponding to image A is large is obtained.
  • the difference detection value matches the detection value (b) during preliminary light emission.
  • a detection value (a) before preliminary light emission corresponding to the external light is obtained before preliminary light emission.
  • preliminary light emission is added to external light and input to the imaging element.
  • a luminance signal whose output from the image sensor exceeds 100% that is, a luminance signal exceeding the dynamic range of the image sensor is clipped.
  • the difference detection value is slightly distorted because the clipped portion is excluded. Therefore, it is not possible to calculate an accurate amount of main light emission.
  • flash photography with little external light is rare.
  • the exposure operation before and during the pre-emission should be as short as possible to reduce the influence of external light and to have sufficient margin in the dynamic range of the image sensor during the pre-emission. Is required.
  • FIG. 10 is a diagram showing a conventional flash photography still image sequence of the CCD sensor
  • FIG. 11 is a diagram showing a conventional flash photography still image sequence of the CMOS sensor
  • FIG. 12 is a diagram showing an image at the time of preliminary light emission obtained by the conventional CCD sensor
  • FIG. 13 is a diagram showing an image at the time of preliminary light emission obtained by the conventional CMOS sensor.
  • FIG. 14 is a diagram showing a flash photography still image sequence of the CMOS sensor of the first embodiment.
  • the imaging apparatus has a configuration in which all pixels of the image sensor 13 are exposed when starting exposure before preliminary light emission and when starting exposure during preliminary light emission.
  • the charge is swept away, and the exposure operation of all pixels in the screen is started simultaneously.
  • the effect of the preliminary light emission in the exposure operation during the preliminary light emission is obtained uniformly from the upper part to the lower part in the screen. Therefore, the detection value at the time of preliminary light emission can be obtained with high accuracy.
  • the reading of each pixel in the screen is sequentially performed while being shifted for each line.
  • the exposure time before and during pre-flash is longer for the lower line pixels, with the first line pixel being the shortest (for example, lZ4000sec) and the last line pixel being the longest (for example, 1 / several lOOsec). Obviously, the first line pixel being the shortest (for example, lZ4000sec) and the last line pixel being the longest (for example, 1 / several lOOsec). Clearly, the first line pixel being the shortest (for example, lZ4000sec) and the last line pixel being the longest (for example, 1 / several lOOsec). Become.
  • the exposure time before and during the pre-emission differs depending on the upper and lower portions of the screen. By shortening the exposure time, the influence of external light on the detection value during the pre-emission can be reduced. .
  • the preliminary light emission is an operation performed to calculate the light amount of the main light emission, so that it is sufficient that the reflected light amount from the subject at the time of the preliminary light emission can be accurately detected.
  • the imaging device of Example 1 detects the pre-flash detection value in addition to the pre-flash detection value, thereby subtracting the pre-flash detection value from the pre-flash detection value to eliminate extraneous light. A differential detection value including only the preliminary light emission is obtained.
  • FIG. 15 is a diagram illustrating an example of calculating a differential detection value according to the first embodiment.
  • the pixel at the top of the screen has an exposure time of 1/4000. Since the time is extremely short as sec, the image output is almost zero. Since the exposure time is longer for pixels on the lower line in the screen, the influence of external light gradually appears.
  • the output of the portion corresponding to image A increases, and is also affected by external light.
  • the amount of external light included in each input light is smaller than the amount of preliminary light emission, so that the output of the image sensor does not exceed 100%. That is, an image output that does not exceed the dynamic range of the image sensor can be obtained.
  • the imaging apparatus of the first embodiment at the time of the flash preliminary light emission operation, the exposure operation of all the pixels of the image sensor 13 is started at the same time, and an image at the time of the preliminary light emission is taken. . For this reason, it is possible to influence the preliminary light emission on all regions of the image sensor while shortening the exposure time of the image sensor. Therefore, it is advantageous in obtaining the amount of main light emission with high accuracy. Further, the light emission time of the preliminary light emission of the flash 21 is set to a short time so that the input light amount of the image sensor 13 does not exceed the dynamic range of the image sensor 13. For this reason, since an image without distortion in which the input light amount is faithfully reproduced can be captured by the image pickup device 13, it is advantageous in obtaining the light amount of the main light emission with higher accuracy.
  • the detection value before preliminary light emission is subtracted from the detection value during preliminary light emission, and only the preliminary light emission from which external light is excluded is detected.
  • the output of the image sensor 13 is once every 2 V (for two cycles of the vertical synchronization signal) during the period before and during the preliminary light emission by the image sensor 13, Tooth loss video signal (moving image) power S is obtained.
  • the difference in the exposure time in the screen is also affected, and during this time, a disturbed image is output from the image sensor. Therefore, the video signal several V before this time is stored in the storage device 23 in advance, and when the image pickup device 13 starts the exposure operation before the preliminary light, the image signal is stored instead of the image picked up by the image pickup device 13. It is preferable that the video signal of several V before stored in the device 23 is read out and output to a subsequent image recording system or image output system. As a result, it is possible to prevent the user from recognizing the disturbance of the image.
  • Industrial potential for two cycles of the vertical synchronization signal
  • the exposure operation of all pixels of the image pickup element is started at the same time, so that the dynamic range of the image pickup element can be increased as much as possible with the input light amount in all areas of the image pickup element. Since the effect of preliminary light emission can be exerted on all regions of the image pickup device while shortening the exposure time so as not to exceed the above, it is advantageous in obtaining the amount of main light emission with high accuracy.

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Abstract

　それぞれ異なるタイミングにより露光動作および読出動作が可能な複数の画素か らなる撮像素子であっても、フラッシュの予備発光に基づく本発光の光量を高精度に求めることができる撮像装置を提供する。 　フラッシュ（２１）の予備発光前および予備発光時のそれぞれに、撮像素子（１３）の全画素の露光動作を同時に開始して、予備発光前および予備発光時の画像を撮像し、検波回路（１７）により予備発光前および予備発光時の検波値を得る。演算回路（１８）により予備発光時の検波値から予備発光前の検波値を減算し、外光の影響を排除した予備発光のみの差分検波値を演算し、この差分検波値に基づく本発光量の光量を演算する。

Description

明 細 書
撮像装置
技術分野
[0001] 本発明は、フラッシュを発光させて撮影を行なう撮像装置に関する。
背景技術
[0002] フラッシュ撮影を行なう際、前もってフラッシュの予備発光を行なレ、、被写体からの 反射光を検出し、フラッシュ撮影のための本発光の光量を求める撮像装置が知られ ている。撮像装置の撮像素子には、主に CCD (charge coupled device)イメージセン サが使用されている。近年、撮像素子のいっそうの多画素化が進むに従い、新たな 撮像素子として CMOSイメージセンサが注目されてレ、る。 CMOSイメージセンサは、 画素信号のランダムアクセス、高速読み出し、高感度、低消費電力等の利点を有す る。
[0003] し力 ながら、 CMOSイメージセンサを用いた従来の撮像装置にあっては、露光動 作および読出動作が画素毎に異なるため、フラッシュの予備発光時には、撮像素子 の一部の領域にしか予備発光の影響を与えることができず、本発光の光量を精度良 く求めることが困難であるといった問題があった。この問題を解決するため、フラッシ ュの予備発光の露光時間を十分に長くするものが提供されている (例えば特許文献 1 (特開 2000— 196951号公報）参照）。
発明の開示
[0004] し力しながら、予備発光の露光時間を十分に長くした撮像装置にあっては、外光が あるときに予備発光を行なうと、 CMOSイメージセンサのある領域の入力光量が CM OSイメージセンサのダイナミックレンジを超える場合があり、その部分の画像信号は 本来の信号レベルにならないため、本発光の光量を精度良く求めることが困難であ るといった問題を残していた。
[0005] 本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、その目的は、 CMOSイメージ センサに代表される XYアドレス型のイメージセンサのように、それぞれ異なるタイミン グにより露光動作および読出動作が可能な複数の画素からなる撮像素子であっても 、フラッシュの予備発光に基づく本発光の光量を高精度に求めることができる撮像装 置を提供するにある。
[0006] 上述の目的を達成するため、本発明の撮像装置は、被写体に光を照射するフラッ シュと、それぞれ異なるタイミングにより露光動作および読出動作が可能な複数の画 素からなる撮像素子と、前記撮像素子により撮像された画像情報の明るさを検波する 検波回路と、前記フラッシュ、前記撮像素子および前記検波回路の動作を制御する 制御回路とを備え、前記制御回路は、前記フラッシュの本発光の動作前に、前記フラ ッシュの予備発光を行なわせ、予備発光時の画像を前記撮像素子により撮像させ、 撮像された予備発光時の画像情報の明るさを前記検波回路により検波させ、検波さ れた予備発光時の画像情報の明るさに基づいて前記フラッシュの本発光の光量を演 算する撮像装置であって、前記制御回路は、前記フラッシュの予備発光の動作時に 、前記撮像素子の全画素の露光動作を同時に開始させて予備発光時の画像を撮像 させることを特徴とする。
図面の簡単な説明
[0007] [図 1]図 1は、実施例 1の撮像装置の概略構成を示す図である。
[図 2]図 2は、 CCDイメージセンサの概略構成図である。
[図 3]図 3は、 CMOSイメージセンサの概略構成図である。
[図 4]図 4は、 CCDイメージセンサの動作を示すタイムチャートである。
[図 5]図 5は、 CMOSイメージセンサの動作を示すタイムチャートである。
[図 6]図 6は、フラッシュ撮影の制御フローを示す図である。
[図 7]図 7は、被写体の画像の一例を示す図である。
[図 8]図 8は、外光のない場合の差分検波値の演算例示す図である。
[図 9]図 9は、外光のある場合の差分検波値の演算例を示す図である。
[図 10]図 10は、従来の CCDセンサのフラッシュ撮影静止画シーケンスを示す図であ る。
[図 11]図 11は、従来の CMOSセンサのフラッシュ撮影静止画シーケンスを示す図で ある。
[図 12]図 12は、従来の CCDセンサにより得られる予備発光時の画像を示す図である [図 13]図 13は、従来の CMOSセンサにより得られる予備発光時の画像を示す図で ある。
[図 14]図 14は、実施例 1の CMOSセンサのフラッシュ撮影静止画シーケンスを示す 図である。
[図 15]図 15は、実施例 1の差分検波値の演算例を示す図である。
発明を実施するための最良の形態
[0008] フラッシュの予備発光に基づく本発光の光量を高精度に求めるという目的を達成す るため、フラッシュの予備発光の動作時には、撮像素子の全画素の露光動作を同時 に開始し、予備発光時の画像を撮像するように撮像装置を構成する。
[0009] (実施例 1)
以下、本発明の実施例 1の撮像装置について図面を参照して説明する。
[0010] 図 1は、実施例 1の撮像装置の概略構成を示す図である。
[0011] 図 1に示されるように、実施例 1の撮像装置は、レンズ 11、絞り 12、撮像素子 13、 A GC (オート 'ゲイン'コントローラ） 14、 A/D変換器 15、カメラ信号処理回路 16、検 波回路 17、演算装置 18、記憶装置 19、発光回路 20、フラッシュ 21、レンズドライバ 22および記憶装置 23を備える。
[0012] レンズ 11は、撮影の際、被写体からの光を通し、撮像素子 13に合焦する。絞り 12 は、レンズ 11を通して得られた入力光量が撮像素子 13の感度に対し適正になるよう に、その口径を変化させる。また、絞り 12は、シャツタの機能を有する。撮像素子 13 は、 R、 G、 Bのカラーフィルターが配置された複数の画素力、らなり、レンズ 11を通して 入力される各画素のそれぞれの入力光をアナログ映像信号 (電荷）に光電変換する 。また、撮像素子 13は、 XYアドレス型のイメージセンサ、例えば CMOSイメージセン サからなり、複数の画素のそれぞれの露光動作および読出動作が異なるタイミングに より行なわれるように構成されている。 CMOSイメージセンサは、低消費電力、高速 読出の点で有利である。
[0013] AGC14は、撮像素子 13により生成された映像信号を増幅する。 A/D変換器 15 は、 AGC14により増幅されたアナログ映像信号をデジタル映像信号に変換する。力 メラ信号処理回路 16は、 A/D変換器 15により変換されたデジタル映像信号に従来 良く知られる種々の信号処理を施すものであり、例えば、図示しないホワイトバランス 回路、 Y— C分離回路、フィルタ回路、アパーチャ 'コントローラ、ガンマ補正回路等 力 なる。検波回路 17は、カメラ信号処理回路 16により処理された映像信号に含ま れる画面内の明るさおよび色の分布を検波する。明るさを示す検波値は、例えば画 面内における各画素の輝度信号の積分値である。
[0014] 演算装置 18は、例えばマイクロコンピュータにより構成され、検波回路 17により検 波された明るさおよび色の分布、並びに、カメラ信号処理回路 16により処理された映 像信号にも基づいて本装置の各部を制御するものである。演算装置 18は、例えば、 撮像素子 13の各画素の露光動作および読出動作を制御する露光タイミング制御信 号、 AGC14のゲインを制御するゲイン制御信号、レンズ 11の焦点および絞り 12の 口径をレンズドライバ 22を介して制御するレンズ制御信号、フラッシュ 21の発光動作 を発光回路 20を介して制御するフラッシュ制御信号を演算し出力する。記憶装置 19 は、演算装置 18により演算された制御データを記憶する。
[0015] 発光回路 20は、フラッシュ撮影の際、演算装置 18により演算されたフラッシュ制御 信号に従ってフラッシュ 21を駆動する。フラッシュ 21は、発光回路 20からの駆動信 号に従って発光する。レンズドライバ 22は、演算装置 18により演算されたレンズ制御 信号に従ってレンズ 11および絞り 12を駆動する。記憶装置 23は、カメラ信号処理回 路 16により処理された映像信号 (例えば、動画の画像情報）を一時的に記憶する。
[0016] 図 2は、 CCDイメージセンサの概略構成図であり、図 3は、 CMOSイメージセンサ の概略構成図である。
[0017] 図 2に示されるように、 CCDイメージセンサは、 2次元の行列状に配置された複数の 画素 31と、複数の画素 31の列数と同数の V転送レジスタ 32と、 H転送レジスタ 33と を備える。各画素 31は、それぞれの入力光をアナログ映像信号 (電荷）に光電変換 する。複数の V転送レジスタ 32は、光電変換された各画素のそれぞれの映像信号を 垂直方向に 1画素（1ライン)毎に転送する。 V転送レジスタ 32は、複数の V転送レジ スタ 32により転送される 1ライン分の各画素 31の映像信号を水平方向に 1画素毎に 転送する。 [0018] CCDイメージセンサに光が当てられると、各画素 31のそれぞれの光が電荷（映像 信号）に光電変換される。各画素 31には、それぞれの入力光量に応じた電荷が蓄積 されていく。 CCDイメージセンサに電荷を転送する信号が与えられると、全ての画素 31のそれぞれに蓄積された電荷力 S、それぞれの V転送レジスタ 32に同時に転送さ れる。 V転送レジスタ 32の各画素 31 (各ライン）の電荷は、 1画素（1ライン）毎に垂直 方向に転送されて、 H転送レジスタ 33に転送される。 H転送レジスタ 33に転送された 1ライン分の画素の映像信号は、 1画素毎に水平方向に転送されて出力される。複数 の V転送レジスタ 32および H転送レジスタ 33は、遮光されている。このため、一旦こ れらに転送された画素 31の電荷は、外部からの光を受けることなぐ一定に保持され る。
[0019] 図 3に示されるように、 CMOSイメージセンサは、 2次元の行列状に配置された複数 の画素 41と、同列の複数の画素 41が共通して電気的に接続され、各列の何れかの 画素 41から転送されたそれぞれの電荷（映像信号)を水平方向に 1画素毎に転送す るカラム 42とを備える。 CMOSイメージセンサは、 CCDイメージセンサの V転送レジ スタ 32に相当するものを有しない。このため、 CMOSイメージセンサの各画素 41は、 CCDイメージセンサの各画素 31に比べ、その面積を大きくすることができる。したが つて、ダイナミックレンジを広げ、感度を向上させることができる。 CMOSイメージセン サは、自由なアドレスの画素 41を選択して読み出すように構成することができる。反 面、同列の画素 41を同時に読み出すことができないため、露光動作および読出動作 が複雑になる。
[0020] 図 4は、 CCDイメージセンサの動作を示すタイムチャートであり、図 5は、 CMOSィ メージセンサの動作を示すタイムチャートである。
[0021] 図 4に示されるように、 CCDイメージセンサの露光動作は、全画素 31が同時に行な われる。 CMOSイメージセンサは、 CCDイメージセンサの V転送レジスタ 32に相当 するものを有しないため、ある画素 41が読み出されたとき、他の画素 41は、外光の影 響を受け、電荷が蓄積されてしまう。図 5に示されるように、 CMOSイメージセンサの 各画素 41の露光動作は、それぞれの画素 41の読出動作に合わせる必要がある。こ の例では、全画素 41の露光時間を同じにするために、各画素（各ライン) 41の露光 開始タイミングを 1ライン毎にずらすようにしている。
[0022] 図 6は、フラッシュ撮影の制御フローを示す図である。
[0023] 図 6に示されるように、静止画の撮影モードが選択されると、撮像素子 13により撮像 された画像信号に含まれる輝度信号の積分値が検波回路 17により検波され、演算 回路 18により輝度信号の積分値に基づいて外光が明るいか喑いかが判断される (ス テツプ Sl)。外光が明るいと判断されたときには、ステップ S2に進み、フラッシュ 21を 発光しない通常撮影が行なわれる。一方、ステップ S1で、外光が喑いと判断されたと きには、ステップ S3に進み、フラッシュ撮影が行なわれる。なお、外光の明暗に関わ らず強制的にフラッシュ撮影を行なう動作モードがあるときには、ステップ S1の結果 に関わらず、ステップ S3に進み、フラッシュ撮影が行なわれる。
[0024] フラッシュ撮影の際には、まず、絞り 12の口径、撮像素子 13の露光時間（シャツタ） および AGC14のゲインの設定が行なわれる（ステップ S3)。絞り 12の口径は、フラッ シュ 21の予備発光時に近距離の被写体の入力光が撮像素子 13のダイナミックレン ジを超えないように設定するのが好ましい。予備発光は、本発光の光量を演算するた めの処理であり、ダイナミックレンジを超える入力光が撮像素子 13に入力されると、歪 んだ (サーチレーシヨンを起こした)画像信号が得られ、本発光の光量を精度良く演 算することができなくなってしまう。また、撮像素子 13の露光時間は、できるだけ短く するのが好ましい。露光時間が長くなると、外光の影響が大きくなり、予備発光の光 量を検波するダイナミックレンジが狭くなり、本発光の光量の演算精度が低下してしま う。 AGC14のゲインは、映像信号のノイズの影響を低減するように低めに設定するの が好ましい。
[0025] 次に、設定された口径、露光時間およびゲインを固定しながら、フラッシュ 21が発 光しない状態で撮像素子 13により予備発光前の露光動作および読出動作が行なわ れ、検波回路 17により映像信号の輝度信号に含まれる積分値である予備発光前検 波値 (a)が検波されて記憶装置 23に記憶される。予備発光前検波値 (a)は、予備発 光のなレ、外光のみの検波値を意味する（ステップ S4)。
[0026] 次に、設定された口径、露光時間およびゲインを固定しながら、フラッシュ 21により 所定の発光量で予備発光が行なわれ (ステップ S5)、撮像素子 13により予備発光時 の露光動作および読出動作が行なわれ、検波回路 17により映像信号の輝度信号に 含まれる積分値である予備発光時検波値 (b)が検波されて記憶装置 23に記憶され る。予備発光時検波値 (b)は、予備発光および外光を含む検波値を意味する (ステツ プ S6)。
[0027] 次に、演算回路 18により記憶装置 23に記憶された予備発光時検波値 (b)および 予備発光前検波値 (a)が読み出され、予備発光時検波値 (b)から予備発光前検波 値 (a)が減算された差分検波値が演算される。差分検波値は、外光が排除されて予 備発光のみを含む検波値を意味する (ステップ S7)。次に、演算回路 18により差分 検波値に基づいてフラッシュ 21の本発光の発光量が求められ (ステップ S8)、求めら れた発光量に従ってフラッシュ 21の発光が行なわれ、フラッシュ撮影が行なわれる（ ステップ S 9)。
[0028] ステップ S4における撮像素子 13による予備発光前の露光動作およびステップ S6 における撮像素子 13による予備発光時の露光動作は、より短時間に行なわれるのが 好ましレ、。フラッシュ撮影は、一般に低照度の環境下で行なわれるが、外光を有しな い場合はほとんどない。また、例えば、逆光が暗く沈んだ人物撮影のハイライト時にも フラッシュ撮影が行なわれる。このような外光がある場合には、外光の影響により正し い検波値、特に、予備発光時検波値 (b)が得られずに、正しい差分検波値が得られ ない場合がある。
[0029] 図 7は、被写体の画像の一例を示す図である。また、図 8は、外光のない場合の差 分検波値の演算例、図 9は、外光のある場合の差分検波値の演算例を示す図である
[0030] 図 7に示される、画面の中央部に丸い像 Aがある画像のフラッシュ撮影を行ない、 図 7中の垂直方向の点線で示される画面中央位置における撮像素子の出力、すな わち検波値に基づく差分検波値の演算結果について説明する。
[0031] 図 8に示されるように、外光のない場合には、予備発光前の撮像素子の出力は 0で あり、予備発光前検波値 (a)も 0となる。予備発光時には、像 Aに相当する部分の出 力が大きい予備発光時検波値 (b)が得られる。この結果、差分検波値は、予備発光 時検波値 (b)に一致することになる。 [0032] 図 9に示されるように、外光のある場合には、予備発光前には、外光に相当する予 備発光前検波値 (a)が得られる。予備発光時には、外光に予備発光が加えられて撮 像素子に入力される。このとき、撮像素子の出力が 100%を超える輝度信号、すなわ ち撮像素子のダイナミックレンジを超える輝度信号はクリップされてしまう。この結果、 差分検波値は、クリップされた部分が排除され、小さく歪んでしまう。したがって、正確 な本発光の発光量を演算することができなレ、。前述のように、外光がほとんどない場 合のフラッシュ撮影は稀である。このため、予備発光前および予備発光時の露光動 作をできるだけ短時間にすることにより、外光の影響を小さくし、予備発光時の撮像 素子のダイナミックレンジに十分に余裕があるようにすることが必要になる。
[0033] 図 10は、従来の CCDセンサのフラッシュ撮影静止画シーケンスを示す図であり、 図 11は、従来の CMOSセンサのフラッシュ撮影静止画シーケンスを示す図である。 また、図 12は、従来の CCDセンサにより得られる予備発光時の画像を示す図であり 、図 13は、従来の CMOSセンサにより得られる予備発光時の画像を示す図である。
[0034] 図 10に示されるように、撮像素子に従来の CCDセンサを使用した場合、動画撮影 モードにおける時刻 T1で予備発光前の露光が開始され、時刻 T2で予備発光時の 露光が開始され、それぞれの検波値が取得され、差分検波値が演算される。そして、 静止画撮影モードに移行し、本発光によるフラッシュ撮影が行なわれる。図 12に示さ れるように、予備発光時の露光動作における予備発光の影響は、画面内の全領域に 一様に与えられる。
[0035] 図 11に示されるように、撮像素子に従来の CMOSセンサを使用した場合にも、同 様に、動画撮影モードにおける時刻 T1で予備発光前の露光が開始され、時刻 T2で 予備発光時の露光が開始され、それぞれの検波値が取得され、差分検波値が演算 される。し力 ながら、図 13に示されるように、予備発光の時間は数 10 μ secと短い ので、予備発光時の露光動作における予備発光の影響は、画面内の一部の領域（ 画面上部）に限られる。このため、画面内の残りの領域（画面中央部および画面下部 )からは、予備発光の影響のない外光のみの検波値しか求めることができなレ、。した がって、予備発光時の検波値を高精度に求めることができないので、本発光の光量 を高精度に演算することができない。 [0036] 図 14は、実施例 1の CMOSセンサのフラッシュ撮影静止画シーケンスを示す図で ある。
[0037] 図 14に示されるように、本発明に係る実施例 1の撮像装置は、予備発光前の露光 を開始する場合および予備発光時の露光を開始する場合、撮像素子 13の全画素の 電荷を掃き捨て、画面内の全画素の露光動作を同時に開始する。予備発光時の露 光動作における予備発光の影響は、画面内の上部から下部まで一様に得られる。し たがって、予備発光時の検波値を高精度に求めることができる。一方、画面内の全 画素を同時に読み出すことはできないので、画面内の各画素の読出は、 1ライン毎に ずらされて順次行なわれる。予備発光前および予備発光時の露光時間は、下方のラ インの画素ほど長くなり、 1ライン目の画素が最短 (例えば lZ4000sec)で、最終ライ ンの画素が最長（例えば 1/数 lOOsec)となる。
[0038] 予備発光前および予備発光時の露光時間は画面の上下により異なるが、露光時 間を短くすることにより、予備発光時の検波値に与えられる外光の影響を小さくするこ とができる。そもそも、予備発光は、本発光の光量を演算するために行なう動作であ るから、予備発光時の被写体からの反射光量を精度良く検波できればよい。さらに、 実施例 1の撮像装置は、予備発光時検波値に加え、予備発光前検波値を検波する ことにより、予備発光時検波値から予備発光前検波値を減算し、外光が排除された 予備発光のみを含む差分検波値を得る。これにより、予備発光前および予備発光時 のそれぞれの露光における画面の上下の露光時間の違いは、キャンセルされ、外光 が排除された予備発光のみを含む差分検波値が得られる。したがって、いっそう高精 度の差分検波値を得ることができるので、いっそう高精度の本発光の光量を得ること ができる。
[0039] 図 15は、実施例 1の差分検波値の演算例を示す図である。
[0040] 図 8および図 9に示される差分検波値と同様に図 7に示される、画面の中央部に丸 い像 Aがある画像のフラッシュ撮影を行なレ、、図 7中の垂直方向の点線で示される画 面中央位置における撮像素子の出力、すなわち検波値に基づく差分検波値の演算 結果について説明する。
[0041] 図 15に示されるように、予備発光前には、画面上部の画素は露光時間が 1/4000 secと極めて短いので、画像出力はほとんど 0となる。そして、画面内の下方に位置す るラインの画素ほど、その露光時間が長くなるので、外光の影響もしだいに大きくつて 現れる。予備発光時には、像 Aに相当する部分の出力が大きくなり、加えて外光の影 響も受ける。しかし、予備発光前および予備発光時の双方において、それぞれの入 力光に含まれる外光の光量は、予備発光の光量に比べ小さいので、撮像素子の出 力が 100%を超えなレ、、すなわち撮像素子のダイナミックレンジを超えないような画 像出力を得ることができる。
[0042] 以上説明したように、実施例 1の撮像装置によれば、フラッシュの予備発光の動作 時には、撮像素子 13の全画素の露光動作を同時に開始して、予備発光時の画像を 撮像する。このため、撮像素子の露光時間を短くしつつ、撮像素子の全ての領域に 予備発光の影響を与えることができる。したがって、本発光の光量を高精度に求める 上で有利となる。また、フラッシュ 21の予備発光の発光時間は、撮像素子 13の入力 光量が撮像素子 13のダイナミックレンジを超えないように短時間に設定されている。 このため、入力光量が忠実に再現された歪みのない画像を撮像素子 13により撮像 することができるので、本発光の光量をいつそう高精度に求める上で有利となる。
[0043] また、予備発光時検波値に加え、予備発光前検波値を検波することにより、予備発 光時検波値から予備発光前検波値を減算し、外光が排除された予備発光のみを含 む差分検波値を得る。これにより、外光が排除された予備発光のみを含む差分検波 値を得ることができるので、本発光の光量を高精度に求める上で有利となる。
[0044] なお、図 14において、撮像素子 13により予備発光前および予備発光時の動作が 行なわれる期間には、撮像素子 13の出力が 2V (垂直同期信号の 2サイクル分）に 1 回となり、歯抜けの映像信号 (動画)力 S得られる。また、画面内の露光時間の差も影 響し、この間には、乱れた映像が撮像素子から出力されることになる。そこで、この間 より数 V前の映像信号をあらかじめ記憶装置 23に記憶しておき、撮像素子 13により 予備光前の露光動作が開始されたときには、撮像素子 13により撮像される画像の代 わりに、記憶装置 23に記憶された数 V前の映像信号を読み出し、後段の画像記録 系または画像出力系に出力するように構成するとよい。これにより、映像の乱れをュ 一ザに認識させなレ、ようにすることができる。 産業上の利用の可能性
本発明の撮像装置によれば、フラッシュの予備発光の動作時には、撮像素子の全 画素の露光動作を同時に開始するので、撮像素子の全ての領域の入力光量ができ るだけ撮像素子のダイナミックレンジを超えないように露光時間を短くしつつ、撮像素 子の全ての領域に予備発光の影響を与えることができるので、本発光の光量を高精 度に求める上で有利となる。

Claims

請求の範囲
[1] 被写体に光を照射するフラッシュと、それぞれ異なるタイミングにより露光動作およ び読出動作が可能な複数の画素からなる撮像素子と、前記撮像素子により撮像され た画像情報の明るさを検波する検波回路と、前記フラッシュ、前記撮像素子および前 記検波回路の動作を制御する制御回路とを備え、
前記制御回路は、前記フラッシュの本発光の動作前に、前記フラッシュの予備発光 を行なわせ、予備発光時の画像を前記撮像素子により撮像させ、撮像された予備発 光時の画像情報の明るさを前記検波回路により検波させ、検波された予備発光時の 画像情報の明るさに基づいて前記フラッシュの本発光の光量を演算する撮像装置で あってヽ
前記制御回路は、前記フラッシュの予備発光の動作時に、前記撮像素子の全画素 の露光動作を同時に開始させて予備発光時の画像を撮像させる、
ことを特徴とする撮像装置。
[2] さらに、前記フラッシュの予備発光の動作前に前記撮像素子により撮像された画像 情報を記憶する記憶装置を有し、
前記制御回路は、前記撮像素子により予備発光時の画像の撮像が開始されたとき 、前記撮像素子により撮像される予備発光時の画像の代わりに、前記記憶装置に記 憶された画像情報を読み出し、後段の画像記録装置または画像出力装置に出力す ることを特徴とする請求項 1記載の撮像装置。
[3] 被写体に光を照射するフラッシュと、それぞれ異なるタイミングにより露光動作およ び読出動作が可能な複数の画素からなる撮像素子と、前記撮像素子により撮像され た画像情報の明るさを検波する検波回路と、前記フラッシュ、前記撮像素子および前 記検波回路の動作を制御する制御回路とを備え、
前記制御回路は、前記フラッシュの本発光の動作前に、前記フラッシュの予備発光 を行なわせ、予備発光時の画像を前記撮像素子により撮像させ、撮像された予備発 光時の画像情報の明るさを前記検波回路により検波させ、前記フラッシュの予備発 光の動作前に、前記フラッシュが発光しない予備発光前の画像を前記撮像素子によ り撮像させ、撮像された予備発光前の画像情報の明るさを前記検波回路により検波 させ、前記検波回路により検波された予備発光前の画像情報の明るさと予備発光時 の画像情報の明るさとの差分値を演算し、演算された差分値に基づいて前記フラッ シュの本発光の発光量を演算する撮像装置であって、
前記制御回路は、前記フラッシュの予備発光の動作前および前記フラッシュの予 備発光の動作時に、前記撮像素子の全画素の露光動作を同時に開始させて予備発 光前および予備発光時の画像を撮像させる、
ことを特徴とする撮像装置。
[4] さらに、前記撮像素子により予備発光前の画像が撮像される前に前記撮像素子に より撮像された画像情報を記憶する記憶装置を有し、
前記制御回路は、前記撮像素子により予備発光前の画像の撮像が開始されたとき 、前記撮像素子により撮像される予備発光前および予備発光時の画像の代わりに、 前記記憶装置に記憶された画像情報を読み出し、後段の画像記録装置または画像 出力装置に出力することを特徴とする請求項 3記載の撮像装置。
[5] 前記撮像素子は、 XYアドレス型のイメージセンサからなることを特徴とする請求項 1 または 3記載の撮像装置。
[6] 前記 XYアドレス型のイメージセンサは、 CMOSイメージセンサからなることを特徴と する請求項 5記載の撮像装置。
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