(57)【要約】【課題】一連のブラケット撮影時間の冗長化を抑制しつつ、従来に比べてダイナミックにフォーカス移動を行うフォーカスブラケット撮影が可能な撮像装置を提供する。【解決手段】フォーカスブラケット撮影の焦点位置移動を固体撮像素子（ＣＭＯＳセンサ）の画素データ転送期間と同タイミングに行うものとし、焦点位置移動時間（フォーカス駆動における移動１等）が所定値を超える撮影条件では、画素データ転送期間の垂直同期信号周期（Ｖ１等）を焦点位置移動時間に合わせて調節する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
焦点位置の移動が可能な機構を含む撮影光学系と、前記撮影光学系から入射される被写体像を電気信号に変換する固体撮像素子と、前記固体撮像素子の出力を所定の形式に変換する画像処理部と、前記画像処理部で処理された信号を記録保持する記録保持部とを備え、焦点位置を移動させながら複数回撮影を行うフォーカスブラケット撮影機能を備えた撮像装置において、
前記フォーカスブラケット撮影の焦点位置移動を前記固体撮像素子の画素データ転送期間と同タイミングに行うものとし、焦点位置移動時間が所定値を超える撮影条件では、前記画素データ転送期間の垂直同期信号周期を前記焦点位置移動時間に合わせて調節することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
請求項１記載の撮像装置において、
前記フォーカスブラケット撮影の露光時間の上限を、前記焦点位置移動時間が所定値以下の撮影条件のときよりも短く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、ＣＭＯＳセンサを搭載したデジタルカメラ等の撮像装置に関し、詳しくは、フォーカスブラケット撮影機能を備えた撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
撮影方式として、フォーカス機構を駆動してフォーカス位置をずらしながら連続的に撮影するオートフォーカスブラケット撮影（以下、「フォーカスブラケット撮影又はブラケット撮影」と省略する）がある。
これまで、フォーカスブラケット撮影を行うカメラは多数製品化されているが、その仕様は僅かなピントズレの解消を目的としているため、ブラケット撮影時の焦点移動量は被写界深度をカバーするかなり限定した範囲内に留まっているのが一般的であった。
これは撮像装置に搭載される撮像素子の主流がＣＣＤ(Charge Coupled Devices)であったことにも起因している。ＣＣＤは小セル高画素における撮像性能がＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサよりも技術的に先行してはいるものの、画素データの読み出し速度が遅いという欠点を抱えていた。
このため、撮影時間の高速化が要求される連続撮影にＣＣＤは適さないのに加え、焦点移動量を大きくすることによって一連のフォーカスブラケット撮影の更なる長時間化を招くため商品性が低くなるという状況にあった。しかし、近年の撮像素子技術の進歩によって、小セル高画素タイプのＣＭＯＳセンサの撮像性能はＣＣＤに追いつくレベルとなっている。
【０００３】
特許文献１には、ローリングシャッタ方式とメカニカルシャッタ方式の両方式に対応したＣＭＯＳセンサを搭載した撮像装置において、モニタモード時はローリングシャッタ方式を採用し、静止画撮影時はメカニカルシャッタ方式を採用する撮影方式が開示されている。
特許文献１では、その図４、図５、図６に示すように、垂直同期信号(図中の記載は「Ｖ同期信号」)が１／６０秒周期固定の撮像システムとなっている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１９１２３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＣＭＯＳセンサの露光方式としてはローリングシャッタ方式が広く知られている。ローリングシャッタは、画素行毎に露光開始と露光終了タイミングを順次ずらす点でＣＣＤとは異なり、ＣＣＤに比べて画素データの読み出しを高速にする。
ローリングシャッタ方式は露光と画素データの転送が水平ライン毎に順次方式で読み出されるため、画素全体でみた場合には露光期間と画素データの転送期間が混在している。フォーカスブラケット撮影は、全画素が非露光期間のタイミングにてフォーカス移動を行わなければならないので、ローリングシャッタ方式との親和性が低い。
特許文献１では、ＣＭＯＳセンサの画素データの読み出しに係る高速性とメカニカルシャッタ方式による同時露光・同時非露光が両立しているため、この点、フォーカスブラケット撮影に適していると言える。
【０００６】
フォーカスブラケット撮影において、ダイナミックなフォーカス移動を行う撮影ができれば、撮影ターゲットの範囲を拡大させることができ、撮影のバリエーションを高めることができる。
しかしながら、同時露光が可能なＣＭＯＳセンサを搭載した撮像装置のフォーカスブラケット撮影において、特許文献１のように垂直同期信号周期を一定にする方式では、その制約からダイナミックにフォーカス移動を行う撮影ができないという問題があった。
また、ダイナミックにフォーカス移動を行う観点から垂直同期信号周期を設定した場合、一連のブラケット撮影時間の冗長化を避けられなかった。
【０００７】
本発明は、一連のブラケット撮影時間の冗長化を抑制しつつ、従来に比べてダイナミックにフォーカス移動を行うフォーカスブラケット撮影が可能な撮像装置の提供を、その目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記目的を達成するために、垂直同期信号周期を撮影条件に合わせて調整することとした。
具体的には、請求項１記載の発明では、焦点位置の移動が可能な機構を含む撮影光学系と、前記撮影光学系から入射される被写体像を電気信号に変換する固体撮像素子と、前記固体撮像素子の出力を所定の形式に変換する画像処理部と、前記画像処理部で処理された信号を記録保持する記録保持部とを備え、焦点位置を移動させながら複数回撮影を行うフォーカスブラケット撮影機能を備えた撮像装置において、前記フォーカスブラケット撮影の焦点位置移動を前記固体撮像素子の画素データ転送期間と同タイミングに行うものとし、焦点位置移動時間が所定値を超える撮影条件では、前記画素データ転送期間の垂直同期信号周期を前記焦点位置移動時間に合わせて調節することを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の発明では、請求項１記載の撮像装置において、前記フォーカスブラケット撮影の露光時間の上限を、前記焦点位置移動時間が所定値以下の撮影条件のときよりも短くすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、撮影間の焦点位置の移動量が大きい撮影にも対応できるため撮影ターゲットの範囲拡大を実現でき、且つ一連の撮影時間が冗長になることなく最適な時間内に収めることができる。
また、露光時間の上限を短くすることで焦点位置の移動量の大きいフォーカスブラケット撮影における一連の撮影時間の長時間化を抑制し、撮影モードのレスポン向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を図を参照して説明する。
まず、図１乃至図５に基づいて第１の実施形態を説明する。図１に本実施形態に係る撮像装置の構成の概要を示す。
撮影光学系としての光学ユニット１００は、レンズ１０１と、絞り・シャッタ１０２と、光学ローパスフィルタ１０３と、ＣＭＯＳセンサ１０４と、フォーカス機構１０５で構成される。
レンズ１０１はフォーカス時、起動・停止時にフォーカス機構１０５によってメカ的に位置を変える。
また、絞り・シャッタ１０２は撮影時に適切な絞り径に切換え、静止画撮影時にはシャッタの閉じ・開き動作を行う。これらを駆動するのが光学系駆動部１０６であり、光学系駆動部１０６に駆動指示を与えるのが制御・演算部１２０である。
ＣＭＯＳセンサ１０４では２次元に配列した受光素子部で結像した光学像を電荷に変換し、光学系駆動部１０６から送信される読出しタイミングによって外部に電気信号として出力する。
【００１２】
静止画記録時にはＣＭＯＳセンサ１０４で出力した信号は後段の画像処理部１１０で所定のフォーマットで画像処理され、圧縮・伸張処理部１２４と画像記録Ｉ／Ｆ部１２５を介して最終的にはＳＤカードやコンパクトフラッシュ（登録商標）カードやＸＤピクチャーカードといった外部メディアに保存される。
記録前のモニタ状態で使用するときは、ＣＭＯＳセンサ１０４で出力した信号は後段の画像処理部１１０で表示用画像として処理され、ＬＣＤパネル１２３に随時更新表示される。
なお、画像処理部１１０内にあるフォーカス用検波部１１１では、ＣＭＯＳセンサ１０４から出力された信号について画面の所定エリアをフィルタリング処理し、特定の帯域の周波数成分を抽出することでフォーカスの合焦程度を判別し、いわゆる山登りスキャン方式のオートフォーカス制御でターゲットとなる被写体の撮影距離を判別することに使われる。
【００１３】
本実施形態では、フォーカスブラケット撮影の条件によって垂直同期信号周期を調節するが、図中の矢印で示す通りに制御・演算部１２０においてその周期を決定してＣＭＯＳセンサ１０４に信号を供給する。
なお、垂直同期信号周期と水平同期信号周期と撮像クロック周期については以下の関係式が成立する。
垂直同期信号周期＝Ｋ×水平同期信号周期
水平同期信号周期＝Ｌ×撮像クロック周期    （Ｋ、Ｌは整数）
（ｅｘ．１垂直同期信号周期＝３０００×水平同期信号周期、１水平同期信号周期＝４０００×撮像クロック周期）
垂直同期信号周期の調節方法としては、上式ＫもしくはＬを調節するのが一般的である。
【００１４】
図２は、図１のＣＭＯＳセンサ１０４でメカシャッタ１０２を使った同時露光方式によるフォーカスブラケット撮影のタイミングチャートを示すもので、焦点位置移動時間が所定値を超えない撮影条件でのタイミングチャートである。
図２の撮影における被写体を図示したものが図４（ａ）、図４（ｃ）であり、フォーカスブラケットの撮影ターゲットとなる人物の撮影距離の差が比較的小さい条件であることを表している。
図示のタイミングチャートでは、フォーカスブラケット撮影が３回の静止画撮影で構成されており、時系列で１回目の露光（露光１）、１回目の画像データの転送、２回目の露光（露光２）、２回目の画像データの転送、３回目の露光（露光３）、３回目の画像データの転送迄を表したものである。
垂直同期信号の周期は６６．７ｍｓｅｃとしたが、これは使用するセンサの画素数や画素データの出力レート仕様に依存するもので、あくまでも例示として挙げた数字である。例示のＣＭＯＳセンサでは画素データをすべて排出するのに少なくとも６６．７ｍｓｅｃを必要とすることを意味している。
【００１５】
更に、図中でフォーカス駆動のタイミングチャートについても表した。焦点位置の移動は非露光期間に実施しなくてはならないため、画素データの転送期間と同じタイミングで行うことになり、その移動時間は最大でも６６．７ｍｓｅｃ以内に収める必要がある。
図４（ａ）、図４（ｃ）は、撮影１（図４（ｃ））と撮影２（図４（ｃ））の間の移動１（図２）と、撮影２（図４（ｃ））と撮影３（図４（ｃ））の間の移動２（図２）に要する時間が６６．７ｍｓｅｃ以内となる条件であるため、図２のタイミングにてフォーカスブラケット撮影を実施することが可能となる。
【００１６】
図４のフォーカスブラケット撮影位置について説明する。
図４（ａ）、（ｂ）それぞれは、撮像装置から見た被写体画像を図示したもので、それに対応したフォーカス用検波情報をグラフ化したものが図４（ｃ）、（ｄ）である。図４（ｃ）、（ｄ）は横軸が撮影距離を表し、横軸の右端が撮像装置側で左にいくほど撮影距離が遠くなることを表す。
実線で示したカーブはフォーカスブラケット撮影前に実施した山登りスキャンによって得られた検波情報である。３名の人物を被写体として図４（ａ）、（ｂ）に例示したが、それぞれの人物の撮影距離でフォーカス用検波情報はピークを有しており、今回の撮影においては、それぞれの人物に合焦した３枚のフォーカスブラケット撮影を行うものとする。
図４（ａ）、（ｃ）の条件では、３名の人物が１ｍ〜２ｍの範囲に入っているため焦点移動量をパルスモータのパルス数に換算してそれぞれ３０パルス、２０パルスとなっている。
これに対して、図４（ｂ）、（ｄ）の条件では、３名の人物の撮影距離間は長く８０パルス、１３０パルスとなっている。
ここではフォーカスモータをパルスモータであると想定して実施例を記載しているが、あくまでも例示であってその限りではない。
【００１７】
図３は焦点位置移動時間が６６．７ｍｓｅｃより長くなる場合のタイミングチャートを示したものである。図３の撮影における被写体を図示したものが図４（ｂ）、図４（ｄ）であり、フォーカスブラケットの撮影ターゲットとなる人物の撮影距離の差が大きい条件であることを表している。
ＣＭＯＳセンサ１０４の読み出しが高速とはいえ、図４（ｂ）に示すように、近側から遠側までかなり分散した位置にいる人物各々に合焦させて撮影するような条件では、ある所定以上の撮影時間は要するため、可能な限り無駄のない制御による撮影時間の短縮化が求められる。
本実施形態では、上記の要求を満たすことを目的としている。
ここでは、「６６．７ｍｓｅｃ」を所定値として設定している。勿論、この所定値は一例にすぎない。
焦点位置移動時間が所定値である６６．７ｍｓｅｃを超えると、図２のタイミングチャートにおける画素データの転送期間（Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３）内では焦点位置移動を終了する前に次の撮影の露光が開始されるという問題が発生する。
【００１８】
この問題に対処すべく、図５のフローチャートに示すように、画素データの転送期間の垂直同期信号周期を焦点位置移動時間に合わせて調節することとした。
撮影時間の長時間化を招く主要因は焦点位置移動時間であるため、垂直同期信号周期を常に一定にして撮影を行う方式（図２）において、転送フレーム周期（画素データ転送期間）をフォーカス移動時間（焦点位置移動時間）に合わせて制御することによって無駄な時間を省略することができる。
図３中では例示として移動１を１００ｍｓｅｃとし、移動２を１５０ｍｓｅｃとした。なお、垂直同期信号周期を長くすることで、ＣＭＯＳセンサ１０４からは全画素データが出力された後に、撮像情報との関連性のないダミー信号が出力されるので、画像処理部１１０ではダミー信号を捨てれば良い。
【００１９】
本実施形態に係る制御動作を図５のフローチャートに基づいて説明する。
ステップ６０４にて、画素データの転送時間の判定式を、α×ｆｐｋ＋βとした。ここでｆｐｋとは図４（ｃ）、図４（ｄ）の山登りスキャン時に得られるターゲットとなる被写体間のフォーカス移動に必要なパルスモータのパルスシフト数である。焦点位置移動に要する時間はパルスシフト値の１次関数で概ね近似できるものとして、上式にて判定を行う。
本実施形態では、α＝１［ｍｓｅｃ／パルス］、β＝２０［ｍｓｅｃ］とした。
図２に示す撮影においては、ステップ６０４に示す式から、
移動１＝１［ｍｓｅｃ／パルス］×３０［パルス］＋２０［ｍｓｅｃ］＝５０ｍｓｅｃ＜６６．７ｍｓｅｃ
移動２＝１［ｍｓｅｃ／パルス］×２０［パルス］＋２０［ｍｓｅｃ］＝４０ｍｓｅｃ＜６６．７ｍｓｅｃ
であるため、Ｖ１＝６６．７ｍｓｅｃ、Ｖ２＝６６．７ｍｓｅｃとなる。
図３に示す撮影においては、ステップ６０４に示す式から、
移動１＝１［ｍｓｅｃ／パルス］×８０［パルス］＋２０［ｍｓｅｃ］＝１００ｍｓｅｃ＞６６．７ｍｓｅｃ
移動２＝１［ｍｓｅｃ／パルス］×１３０［パルス］＋２０［ｍｓｅｃ］＝１５０ｍｓｅｃ＞６６．７ｍｓｅｃ
であるため、Ｖ１＝１００ｍｓｅｃ、Ｖ２＝１５０ｍｓｅｃとなる（図６に示す撮影においても同様）。
【００２０】
図６及び図７に基づいて第２の実施形態を説明する。なお、上記実施形態で説明した構成上及び機能上の説明は極力省略し、要部のみ説明する。
本実施形態では、焦点位置移動時間が画素データの転送時間より長くなる撮影条件において、露光時間の上限値を下げることで撮影時間の短縮化を実現することを特徴としている。
図４（ｂ）、図４（ｄ）の条件下で焦点位置移動時間が長くなり、一連のフォーカスブラケット撮影も図２に示す撮影に比較して図３に示す撮影は長くなるという問題を解消するために、本実施形態では露光時間のフレームを短縮することを特徴とする。
図３に示す撮影では露光フレームの垂直同期信号周期は６６．７ｍｓｅｃであるため、最大１／１５ｓｅｃ露光まで対応していたが、図６に示す撮影では例示としてその半分の３３．３ｍｓｅｃ、すなわち最大１／３０ｓｅｃ露光までに制限を設けることで、図３に示す撮影と比較してフォーカスブラケット撮影時間をトータルで（３３．３×３）ｍｓｅｃ短縮化することを実現している。
【００２１】
本実施形態に係る制御動作を図７のフローチャートに基づいて説明する。
フォーカスブラケット撮影においては撮影ごとに露出量を変えないように撮影するため、露光時間の設定は同じ設定にて行う必要がある。このため、露光時間の上限設定も露光１〜露光３まで同じである必要がある。
第１の実施形態における図５のフローチャートにおいては移動１と移動２を独立で判定できるが、本実施形態では上記の理由から露光１〜露光３を独立で判定できない。
このため本実施形態では、一連のフォーカスブラケット撮影時間を決定付ける目安をフォーカス移動の総和で代表させ、ステップ７０４にてΣｆｐｋを判定式として、閾値γより大きい場合には露光時間の上限にてフォーカスブラケット撮影時間の抑制を行っている。
例示としてγ＝１６０パルスとすれば、図３に示す撮影においては、ステップ７０４の式にて、
ｆｐ１＋ｆｐ２＝８０［パルス］＋１３０［パルス］＝２１０［パルス］＞１６０［パルス］
であるため、図６に示すように、Ｅｘ１〜Ｅｘ３（露光フレームの垂直同期信号周期）＝３３．３ｍｓｅｃとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る撮像装置の構成ブロック図である。
【図２】垂直同期信号周期を一定にしたタイミングチャートである。
【図３】画素データ転送期間の垂直同期信号周期を焦点位置移動時間に合わせて調節した場合のタイミングチャートである。
【図４】フォーカスブラケット撮影位置を示す図である。
【図５】第１の実施形態における制御動作を示すフローチャートである。
【図６】第２の実施形態において、露光時間の上限を焦点位置移動時間が所定値以下の撮影条件のときよりも短くしたタイミングチャートである。
【図７】第２の実施形態における制御動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００２３】
１００  撮影光学系としての光学ユニット
１０４  固体撮像素子としてのＣＭＯＳセンサ
１１０  画像処理部
１２５  記録保持部としての画像記録Ｉ／Ｆ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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