(57)【要約】【課題】レンズの絞り以外の方法で信号量を調整する必要のある撮像装置において、従来の電子シャッターを用いた場合は、動きの速い被写体を撮像した場合にコマ送りのような不自然な映像になるという課題を解決し、自然なボケ具合の映像を得ることができる撮像装置を実現することを目的とする。【解決手段】出力タイミング期間内を細かな時間単位の蓄積タイミングに分割して１画面の映像データを複数生成した後に、出力タイミング期間内の平均的に分散した位相の映像データを積算することにより、信号量の調整を行なうものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像素子の動作タイミングに同期して積算するデータを示すタイミングパルスと積算を終了するタイミングパルスを生成する積算タイミング発生手段と、
前記積算するデータを示すタイミングパルスに従って映像データを選択する積算データ選択手段と、
前記選択された映像データを各画素毎に積算する積算手段と、
前記積算手段の出力を積算期間中保存する積算データ一時保存手段と、
積算を終了するタイミングパルスに従って積算結果を保持する積算データ出力保存手段と、を備え、
光量を制限する割合に従って積算するデータの割合を制御し、蓄積時間の異なる映像データを選択的に積算した結果を積算を終了するタイミング毎に出力することを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置に関し、特に光路を通って入る光を変換した信号量を調整する撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＣＣＤ（電荷結合素子）やＣＭＯＳといった固体撮像素子を用いた固体撮像装置は放送、業務用途から民生用途にいたるまで、様々な分野で用いられている。このような固体撮像装置はレンズを用いて集めた光を電気信号に変換して、様々な処理を施した後、映像信号として出力される。このような固体撮像装置の光収集能力はレンズの直径によって決まる。レンズの直径が大きければ大きいほど、対象に降り注ぐ光のうち固体撮像素子が捕らえる光の量が増す。レンズのアイリス絞りは光がレンズに入る開口を変化させる。光の入力はアイリス絞りを可変することによって制御できる。しかし、レンズの開口（アイリス絞り）を変えることにより、被写界深度が影響を受ける。被写界深度とは固体撮像装置に最も接近して焦点のあった点から最も離れて焦点があった点までの距離のことであり、広いレンズ開口、即ちアイリス絞りが開いた状態では小さくなり、狭いレンズ開口、即ちアイリス絞りが閉じた状態では大きくなる。このため、明るい撮影条件下で被写界深度が小さい映像を撮像したい場合は、アイリス絞りと別の方法で信号量を調整する必要がある。
【０００３】
これを解決するために電子シャッターという機能があるが、この基本原理は、固体撮像素子において信号が出力される直前の所定時間だけ電荷蓄積を行い、それ以前の信号電荷を別の場所（たとえば基板）に掃き出してしまうというものである。そのタイミングチャートを図３に示す。垂直同期信号ＶＤに同期したタイミングで信号電荷を読み出して、撮像信号が出力されるが、その読出しタイミングから遡ったある時期（露光タイミング）に、それ以前に光電変換部に蓄積された信号電荷を例えば基板内に掃き出す。この露光タイミングから読出しタイミングまでの期間ＴSHが露光期間となる。これに対し、通常動作時の撮像信号は期間Ｔとなるため、露光タイミングを適当な点に設定することにより、露光時間を制御でき、撮像信号を所望のレベルに調整することが可能になるのである。（特許文献１参照）
または、光学的中性濃度（ＮＤ）フィルタやエレクトロニック中性濃度フィルタを光路中に挿入し光学的中性濃度フィルタを切替えたり、エレクトロニック中性濃度フィルタへの印加電圧を制御することで、光量を調整する。（特許文献２参照）
【特許文献１】特開平５−１３０６２３号公報
【特許文献２】特開平６−９０４０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の従来の構成では、通常の露光時間Ｔに対して十分速く動くような被写体を撮像する際に、被写体の動きが不連続になり、コマ送りのような不自然な映像となるという問題点を有していた。
【０００５】
また、光学的中性濃度フィルタを用いる場合は、通常４種類程度しか撮像装置に組み込まれていないため光量調整する種類が少なく、またフィルタ自体高価であるため撮像装置のコストがたかくなり、さらに撮像装置自体が大きくなるという問題点を有していた。
【０００６】
また、エレクトロニック中性濃度フィルタを用いる場合は、同様に撮像装置のコストが高くなり、撮像装置が大きくなるという問題点を有していた。
【０００７】
本発明は上記従来の問題点を解決するもので、コマ送りのような不自然な映像になることなく、高価な光学的中性濃度フィルタやエレクトロニック中性濃度フィルタを用いずに信号量を調整できる撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
以上の課題を解決するために、本願請求項１に記載の発明は、
撮像素子の動作タイミングに同期して積算するデータを示すタイミングパルスと積算を終了するタイミングパルスを生成する積算タイミング発生手段と、
前記積算するデータを示すタイミングパルスに従って映像データを選択する積算データ選択手段と、
前記選択された映像データを各画素毎に積算する積算手段と、
前記積算手段の出力を積算期間中保存する積算データ一時保存手段と、
積算を終了するタイミングパルスに従って積算結果を保持する積算データ出力保存手段と、
を備え、
信号量を少なく制限するほど、積算するデータの割合を少なく、かつ積算期間内に分散させた位相の映像データを積算して最終出力とする。
【発明の効果】
【０００９】
以上のように、本発明による撮像装置によれば、動きのある被写体を撮像する際において、コマ送りのような不自然な映像ではなく、通常露光時間と同様な自然な映像を得ることができるという優れた効果が得られる。
【００１０】
また、本発明による撮像装置によれば、高価な光学的中性濃度フィルタやエレクトロニック中性濃度フィルタを用いないですむため安価な撮像装置を実現できるという優れた効果が得られる。
【００１１】
また、本発明による撮像装置によれば、特殊な構造の撮像素子などを用いることがないため、撮像素子による性能劣化のない撮像装置を実現できるという優れた効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について図１から図２を用いて説明する。
【００１３】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１による撮像装置の構成を示すブロック図である。
【００１４】
図１において、１はＣＣＤやＣＭＯＳなどの撮像素子、２は相関二重サンプリング処理、ホワイトバランス調整用のゲイン調整処理などを行なうアナログプロセス回路、３はアナログプロセス回路の出力信号をディジタル信号に変換するＡＤ変換器、４は撮像素子の動作タイミングに同期して積算するデータを示すタイミングパルスと積算を終了するタイミングパルスを生成する積算タイミング発生手段、５は積算するデータを示すタイミングパルスに従って映像データを出力するか零データを出力するかを選択する積算データ選択手段、６は積算データ選択手段の出力データを各画素毎に積算する積算手段、７は積算手段の出力を積算期間中保存する積算データ一時保存手段、８は積算を終了するタイミングパルスに従って積算結果を保存する積算データ出力保存手段、９はガンマ処理、輪郭強調処理およびマトリクス変換などを行なうディジタルプロセス回路、１０はディジタルプロセスの出力信号をアナログ信号に変換するＤＡ変換器である。
【００１５】
図２は本発明の実施の形態１による動作を説明するための模式図である。
【００１６】
図２において（ａ）は積算データ選択手段５へ入力される映像データと撮像素子の動作タイミングを横軸を時間軸として模式的に表した図、同様に、（ｂ）は積算データ選択手段５における選択データおよび積算するデータを示すタイミングを表した図、（ｃ）は積算データ出力保存手段出力データおよび積算を終了するタイミングを表した図で、図２において、四角で表されているのは１画面の映像データで、図２（ｂ）の灰色で示されるのは積算映像データ、図２（ｂ）の白色で示されるのは選択されなかった廃棄映像データである。
【００１７】
以上のように構成された撮像装置について、図１、図２を用いて例えば光量を１／４倍に制限する場合の動作を説明する。
【００１８】
まず、撮像素子１、アナログプロセス回路２、ＡＤ変換器３までは図２（ａ）に示す撮像素子の動作タイミングで動作している。蓄積タイミングは出力タイミングに対して十分に短い期間である。光量を１／４倍に制限する場合は、積算データ選択手段５に入力される映像データのうち４枚に１枚の映像データを選択し積算する。すなわち、図２（ｂ）に示す灰色の積算映像データのみを出力タイミング期間内、積算手段６にて積算する。積算手段６は、出力タイミング期間内の選択された映像データを各画素毎に積算するもので、時間的な積算が行われるだけで空間的な映像データの積算は行われない。積算データ一時保存手段７は、積算の過程において一時的に積算データを保存しておくもので、メモリなどで実現できる。得られた１画面の積算結果は、積算データ出力保存手段８に積算を終了するタイミング毎に保存され、後段のディジタルプロセス回路９、ＤＡ変換器１０に出力される。
【００１９】
前記動作により、出力タイミング期間内を細かな時間単位の蓄積タイミングに分割して１画面の映像データを複数生成した後に、出力タイミング期間内の平均的に分散した位相の映像データを積算することにより、信号量の調整を行なうものである。
【００２０】
すなわち、全ての映像データを積算すれば１倍の出力が得られ、２枚に１枚を積算すれば１／２倍に光量制限した出力が得られる。
【００２１】
以上のように本実施の形態によれば、撮像素子の動作タイミングに同期して積算するデータを示すタイミングパルスと積算を終了するタイミングパルスを生成する積算タイミング発生手段と、前記積算するデータを示すタイミングパルスに従って映像データを選択する積算データ選択手段と、前記選択された映像データを各画素毎に積算する積算手段と、前記積算手段の出力を積算期間中保存する積算データ一時保存手段と、積算を終了するタイミングパルスに従って積算結果を保持する積算データ出力保存手段とを設け、信号量を少なく制限するほど、出力タイミング期間内の平均的に分散した位相の映像データの積算する割合を少なく制御することにより、電子シャッターのようなコマ送り的な画像ではなく光学的中性濃度フィルタなしで、あたかも光学的中性濃度フィルタを挿入したかのような自然なボケ具合の信号量を調整した映像を得ることができる。
【００２２】
また、信号量の調整は、積算する割合（４枚に１枚）を変更することで、たくさんの種類の信号量調整が容易に実現できる。
【００２３】
また、光学的中性濃度フィルタやエレクトロニック中性濃度フィルタなどを用いないため、安価な撮像装置を実現できる。
【００２４】
また、特殊な撮像素子などを用いないため、撮像素子の性能劣化のない映像を得ることができる。
【００２５】
なお、以上の説明では信号量を１／４に制限する場合について述べたが、蓄積タイミングの分解能によりたくさんの種類に信号量を制限できることは明らかである。
【００２６】
また、蓄積タイミングは出力タイミングに対して十分に短い期間とし、特に言及しなかったが、細かく分割すれば信号量の調整分解能が向上し、粗く分割すれば信号量の調整分解能が制限されるだけで、１／１００でも１／２５６でもよい。
【００２７】
また、本実施の形態において、積算タイミング発生手段４、積算データ選択手段５、積算手段６、積算データ一時保存手段７、積算データ出力保存手段８は、専用のロジック回路として説明したが、マイクロコンピュータやメモリなどを用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明にかかる撮像装置は、絞り以外の方法で信号量を調整可能で、かつ動きのある被写体を撮像する際において、コマ送りのような不自然な映像ではなく、自然なボケ具合の映像を得ることができる動画を撮像するビデオカメラ等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施の形態１による撮像装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施の形態１による動作を説明するための模式図
【図３】従来の電子シャッターの動作を示すタイミングチャート
【符号の説明】
【００３０】
１  撮像素子
２  アナログプロセス回路
３  ＡＤ変換器
４  積算タイミング発生手段
５  積算データ選択手段
６  積算手段
７  積算データ一時保存手段
８  積算データ出力保存手段
９  ディジタルプロセス回路
１０  ＤＡ変換器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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