JP2005236513A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ローリングシャッタ機能を有した撮像装置において、半導体発光素子を用いて効率良くかつ省電力で被写体に補助光を照射できること。
【解決手段】ＬＥＤ群２１０の各発光ラインLL1、LL2、LL3は、各発光ラインの照射範囲を撮像するＣＭＯＳ撮像素子１１４の撮像ライン群のうち、先頭の撮像ラインの電荷蓄積開始時にそれぞれ発光を開始し、最終の撮像ラインの電荷蓄積終了時にそれぞれ発光を停止するように構成した。例えば、第２発光ラインLL2は、その照射範囲を撮像する撮像ラインCL13乃至CL24のうち、第１３撮像ラインCL13の電荷蓄積開始時に発光を開始し、第２４撮像ラインCL24の電荷蓄積終了時に発光を停止する。または、全発光ラインLL1、LL2、LL3は、先頭の撮像ラインCL1の電荷蓄積開始時に同時に発光を開始して、最終の撮像ラインCL36の電荷蓄積終了時同時に発光を停止するように構成した。
【選択図】 図４

Description

本発明は撮像装置に係り、特に順次露光制御のローリングシャッタを備えた撮像装置に関する。

被写体を撮像する撮像装置において、安価で消費電力の少ないＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semi-conductor）のフォトセンサを配列したものを用いるケースが増えている（例えば特許文献１を参照）。このようなＣＭＯＳのフォトセンサを備えた撮像装置では、一般に、複数のフォトセンサが２次元配列され、また、メカ的なシャッタを必要とせず、ローリングシャッタにより露光制御を行う。ローリングシャッタは、電子シャッタの一種であり、図１０に示すように、フォトセンサの各行（第１、第２、第３乃至最終行）ごとに時間軸方向に順次ずれたタイミングで、撮影レンズを通ってきた光を電荷としてフォトセンサに蓄積させる。すなわち、各行ごとに順次露光制御をするようになっている。このような順次露光制御によりフォトセンサに蓄積された電荷は、被写体像を表す電気信号として、各行ごとに時間軸方向に順次ずれたタイミングで読み出される。

また、撮影対象の被写体に補助光を照射するものとして、コンデンサに蓄電して得た直流電圧で放電管内のキセノンガスをイオン化して放電により閃光を発する閃光素子からなる発光装置（エレクトロニックフラッシュ、単に「フラッシュ」ともいう）が知られている。

ローリングシャッタでは、一般に、図１０に示すように、フォトセンサの全行にわたって均一に露光させるため、フォトセンサの全行の露光期間が全て重なる期間内、すなわち全行の露光中の所定の発光期間、フラッシュを閃光発光させるようになっている。

一方で、カメラ付きの携帯電話が普及し、このような携帯電話では、一般に、単一の白色発光ダイオード（以下「白色ＬＥＤ」という）により省スペースで被写体を照明して撮影するようになっている。このようなカメラ付き携帯電話では、昼光に比べて暗い室内照明の下で撮影を行う場合、まず、第１のボタン操作により白色ＬＥＤを予め発光させて被写体を照明しておき、画角を決めた後、第２のボタン操作により被写体の撮影を行うようになっている。そして、撮影が終了すると、白色ＬＥＤの発光が停止される。

特許文献１には、ＣＭＯＳのフォトセンサとローリングシャッタを有する撮像装置において、複数回フラッシュを発光するようにしたものが記載されている。特許文献２には、フラッシュを備えたカメラにおいて、ＮＤフィルタにより減光させるようにしたものが記載されている。特許文献３には、発光ダイオードを内蔵したレンズ付きフイルムユニットが記載されている。特許文献４には、カメラのメカシャッタの開閉動作に連動するシャッタスイッチのオン及びオフにしたがって、メカシャッタが開いている間だけ発光ダイオードに通電して発光させるようにしたものが記載されている。
特開２００２−３５９７７４号公報 特開２００２−３５０９６４号公報 特開平１１−１３３４９０号公報 特開２００２−２５８３６３号公報

ローリングシャッタ機能を有した撮像装置において、図１１（ａ）に示すように、シャッタ速度が低速である場合には、全行の露光中にフラッシュを発光させることができるが、図１１（ｂ）に示すように、シャッタ速度を高速にした場合には、露光期間が全行では重ならなくなり、一部の行に対してのみ露光期間中にフラッシュを発光させることしかできない。したがって、フラッシュの反射光を含んで露光した行とフラッシュの反射光を含まないで露光した行とで露光に差が出てしまうことになるので、シャッタ速度の高速化が困難であった。

なお、撮像装置の軽薄短小化を図ろうとした場合、フラッシュと比較して発光ダイオードが有利ではあるが、暗い照明下において、単一の発光ダイオードでは十分な明るさが得られないという問題がある。この明るさの問題を解決するためには複数の発光ダイオードを配設して同時に発光させるとよいが、電力消費が大きくなってしまう。特に、撮影以外に通話やデータ通信にも用いる携帯電話では、たとえ明るい照明光が得られたとしても、その結果、電池電圧の低下で通話やデータ通信ができなくなってしまうのでは、実用に耐えないことになる。

特許文献１乃至４の何れにも、順次露光制御のローリングシャッタを有した撮像装置における発光ダイオードの発光制御について記載がない。なお、特許文献１に記載された順次露光制御のローリングシャッタ（電子シャッタの一種である）を有した撮像装置に対して、特許文献４に記載されたメカシャッタの開閉動作に連動するシャッタスイッチのオン及びオフにしたがって行う発光制御を適用することができない。一括露光制御のメカシャッタと順次露光制御のローリングシャッタとではその物理的な構造及び露光制御が本質的に異なるからである。また、特許文献１乃至４の何れにも、ローリングシャッタにおける順次露光制御と発光ダイオードの発光制御とをどのように連携させて行うかについて示唆する記載もない。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、順次露光制御のローリングシャッタを有した撮像装置において半導体発光素子を用いて被写体に補助光を照射する場合に、発光効率が良く省電力で被写体に補助光を照射することができる撮像装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、被写体を撮像するための複数の電荷蓄積素子が配列された撮像素子と、前記撮像素子の各ラインごとに異なるタイミングで電荷蓄積を開始させるとともに、所定の電荷蓄積時間の経過後に各ラインごとに画像信号を読み出すローリングシャッタ手段とを有する撮像装置において、前記被写体に補助光を照射するための半導体発光素子からなる発光手段と、前記発光手段の半導体発光素子に対して、前記撮像素子の最初に電荷蓄積を開始するラインの電荷蓄積開始時に発光を開始して最後に電荷蓄積を終了するラインの電荷蓄積終了時に発光を停止するように制御する発光制御手段を備えた構成となっている。

この構成によって、順次露光制御のローリングシャッタを有した撮像装置において半導体発光素子を用いて被写体に補助光を照射する場合に、撮像素子の最初に露光を開始するラインの電荷蓄積開始時から最後に電荷蓄積を終了するラインの電荷蓄積終了時までの間だけ発光手段が発光するので、シャッタ速度を高速にして露光期間が撮像素子の全ラインでは重ならない場合であっても、撮像装置の各ラインの露光期間中に補助光を照射することができ、かつ、第１のボタン操作で半導体発光素子を予め発光させてから画角などを決めた後に第２のボタン操作で撮像を開始する従来の撮像装置と比較して、発光効率が良く省電力で補助光を照射することができる。

また、請求項２に記載の発明は、被写体を撮像するための複数の電荷蓄積素子が配列された撮像素子と、前記撮像素子の各ラインごとに異なるタイミングで電荷蓄積を開始させるとともに、所定の電荷蓄積時間の経過後に各ラインごとに画像信号を読み出すローリングシャッタ手段とを有する撮像装置において、前記被写体に補助光を照射するための互いに照射範囲の異なる複数の半導体発光素子が配列されてなる発光手段と、前記発光手段の複数の半導体発光素子を各ラインごとに異なるタイミングで発光制御する発光制御手段であって、前記半導体発光素子の各ラインごとに、該ラインの照射範囲を撮像する前記撮像素子のライン群のうちの最初に電荷蓄積を開始するラインの電荷蓄積開始時に発光を開始して最後に電荷蓄積を終了するラインの電荷蓄積の終了時に発光を停止する発光制御手段を備えた構成となっている。

この構成によって、順次露光制御のローリングシャッタを有した撮像装置において半導体発光素子を用いて被写体に補助光を照射する場合に、半導体発光素子の各ラインごとに、半導体発光素子の各ラインの照射範囲を撮像する撮像素子のライン群のうちの最初に電荷蓄積を開始するラインの電荷蓄積開始時に半導体発光素子の各ラインが発光開始して最後に電荷蓄積を終了するラインの電荷蓄積の終了時に半導体発光素子の各ラインが発光停止するので、シャッタ速度を高速にして露光期間が撮像素子の全ラインでは重ならない場合であっても、撮像装置の各ラインの露光期間中に補助光を照射することができ、かつ、第１のボタン操作で半導体発光素子を予め発光させてから画角などを決めた後に第２のボタン操作で撮像を開始する場合と比較して、発光効率よく省電力で補助光を照射することができる。

本発明によれば、順次露光制御のローリングシャッタを有した撮像装置において半導体発光素子を用いて被写体に補助光を照射する場合に、発光効率が良く省電力で被写体に補助光を照射することができる。

以下、添付図面に従って、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明に係る一実施形態の撮像装置１００におけるＬＥＤ（発光ダイオード）群２１０と撮影レンズ１１０との位置関係を示す説明図である。

図１において、撮像装置１００の被写体撮影時に被写体と対向する面には、ＬＥＤ群２１０及び撮影レンズ１１０が配設されている。ＬＥＤ群２１０は、撮影対象の被写体に補助光を照射するものであり、本実施形態では、２次元配列された複数の白色ＬＥＤからなる。これらの白色ＬＥＤは、互いに照射範囲の異なる補助光をそれぞれ発光する。互いの白色ＬＥＤの照射範囲の中心は異なっている。撮影レンズ１１０には、昼光、室内照明光その他の外光及びＬＥＤ群２１０の補助光が照射された被写体から、その被写体で反射した反射光が入射される。

ここで、白色ＬＥＤとは、白色光を発光可能なＬＥＤである。白色ＬＥＤには各種ある。第１に、元々単一のＬＥＤからなる白色ＬＥＤがあり、第２に、複数色（例えば、赤色、緑色及び青色の３原色）のＬＥＤをまとめて白色ＬＥＤとしたものがある。第２の種類のＬＥＤとしては、例えば、赤色ＬＥＤ、緑色ＬＥＤ、青色ＬＥＤを１個ずつ用いて、全部を点灯させることにより白色を発光するようにしたものがあり、この白色ＬＥＤでは赤色、緑色及び青色の各ＬＥＤ間の発光量を調節することにより、外光の色温度に応じて白色以外の色の光を発光させることも可能である。以下では、同一の照射範囲を照射する単位を一単位とし、１個の白色ＬＥＤとして説明する。すなわち、前述の第２の種類の白色ＬＥＤでは赤色、緑色及び青色ＬＥＤの１セットで１個の白色ＬＥＤとする。また、以下では、白色ＬＥＤを単に「ＬＥＤ」ということもある。

なお、図１では、３行×３列の９個のＬＥＤからなるＬＥＤ群が例として示されているが、ＬＥＤの個数は本発明において特に限定されない。以下、説明の便宜上、９個以外の数のＬＥＤからなるＬＥＤ群を用いて説明をすることもある。

図２は、撮像装置１００の内部構成の例を示すブロック図である。

図２において、撮像装置１００は、主として、発光装置２００、測距センサ１０２、撮影レンズ１１０、撮影レンズ駆動回路１１１、絞り１１２、絞り駆動回路１１３、ＣＭＯＳ撮像素子１１４、ＣＭＯＳ撮像素子駆動回路１１５、相関二重サンプリング回路（ＣＤＳ回路）１１８、Ａ／Ｄ変換器１２０、タイミング発生回路１２２、メモリ１２４、デジタル信号処理回路１２６、ＣＰＵ１４０、積算回路１４２、液晶モニタ１５２、圧縮伸長回路１５４、記録部１５６、ＥＥＰＲＯＭ１６０、及び、操作部１７０によって構成されている。

被写体には、昼光や室内照明光等の外光に加えて、必要に応じて発光装置２００からの補助光が照射され、これらの光が被写体で反射される。被写体の反射光は撮影レンズ１１０及び絞り１１２を介してＣＭＯＳ撮像素子１１４に入射し、ＣＭＯＳ撮像素子１１４の受光面には被写体像が結像される。

ＣＭＯＳ撮像素子１１４の受光面には、多数のフォトセンサ（電荷蓄積素子）が２次元配列されており、受光面に結像された被写体像は、各フォトセンサによって、その入射光量に応じた量の信号電荷に変換され、蓄積される。各フォトセンサに蓄積された電荷は、タイミング発生回路１２２から撮像素子駆動回路１１５を介して加えられるタイミング信号によってアナログの画像信号として出力される。具体的には、ＣＭＯＳ撮像素子１１４の各行ごとに時間軸方向に異なるタイミングで電荷蓄積を開始するとともに、それぞれ所定の電荷蓄積時間の経過後に電荷蓄積を終了して、各行ごとに時間軸方向に異なるタイミングで蓄積電荷が画像信号として読み出される。

そして、ＣＭＯＳ撮像素子１１４から各行ごとに読み出されたアナログの画像信号は、ＣＤＳ回路１１８によって各画素ごとにサンプリングホールドされ、Ａ／Ｄ変換器１２０によってアナログからデジタルに変換されて、一旦メモリ１２４に格納された後、デジタル信号処理回路１２６に入力される。なお、ＣＭＯＳ撮像素子を駆動するＣＭＯＳ撮像素子駆動回路１１５、ＣＤＳ回路１１８及びＡ／Ｄ変換器１２０は、タイミング発生回路１２２から加えられるタイミング信号によって同期がとられ、点順次の画像信号がデジタル信号処理回路１２６に入力されるようになっている。

デジタル信号処理回路１２６に入力された画像信号は、点順次から同時式に変換され、ホワイトバランス補正が施され、ガンマ補正が施され、更に、ＹＣ信号（輝度信号Ｙ及び色差信号Ｃｒ、Ｃｂからなる）に変換される。

デジタル信号処理回路１２６から出力された画像信号は、液晶モニタ１５２に入力されて、画像が表示される。また、圧縮伸長回路１５４によって所定のフォーマットで圧縮された後、記録部１５６によりメモリカードなどの所定の記録媒体に画像データとして記録される。更に、再生モード時にはメモリカードなどに記録されている画像データが圧縮伸長回路１５４によって伸長された後、液晶モニタ１５２に入力されて、画像が表示される。

操作部１７０は、撮影モード及び再生モードなどのモードを選択するためのボタン（モード切替ボタン）、ズーム指示を入力するためのボタン（ズームボタン）、撮影準備指示及び撮影開始指示を入力するためのボタン（シャッタボタン）、その他のユーザが指示を入力するための各種ボタンを含む。

ＣＰＵ１４０は、操作部１７０に入力された指示に基づいて撮像装置１００の各部を統括制御するとともに、自動焦点合わせ（ＡＦ）、自動露光（ＡＥ）、自動ホワイトバランス補正（ＡＷＢ）等に関する各種演算を行うようになっている。

本実施形態において、自動焦点調節は、シャッタボタンの半押し時（すなわち撮影準備指示の入力時）、測距センサ１０２によって測定した距離に基づいて、撮影レンズ駆動部１１１を介して撮影レンズ１１０を合焦位置に移動させる。なお、本実施形態では、被写体からの入射光量が不足している場合には、必要に応じて発光装置２００により自動焦点調節のためのプレ発光を行う。

自動焦点調節は、他に、コントラストＡＦにより行う方法もあり、コントラストＡＦでは、ＣＰＵ１４０は、シャッタボタンの半押し時には、Ｇ信号の高周波成分が最大になるように撮影レンズ駆動部１１１を介して撮影レンズ１１０を合焦位置に移動させる。

自動露光について説明すると、ＣＰＵ１４０は、撮影準備時には、画像信号を各Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）ごとに積算回路１４２で積算した積算値に基づいて被写体輝度（ＥＶ値）を求め、このＥＶ値に基づいて、撮像時の絞り値とシャッタスピードを決定する。そして、決定した絞り値に基づいて絞り駆動回路１１３を介して絞り１１２を駆動するとともに、撮影時には、決定したシャッタスピードに基づいてＣＭＯＳ撮像素子駆動回路１１５を介してＣＭＯＳ撮像素子１１４の露光期間を制御する。また、撮影時、被写体からの入射光量が不足している場合には、ＣＰＵ１４０は、発光装置２００に補助光を発光させて被写体に照射させる。

自動ホワイトバランス補正について説明すると、ＣＰＵ１４０は、色温度を検出し、その色温度に応じて色バランスを補正する。具体的には、１画面を複数のエリアに分割した各分割エリアごとに積算回路１４２が積算値を算出し、この積算値に基づいてＣＰＵ１４０が色温度を判定し、各Ｒ、Ｇ、Ｂごとのホワイトバランス補正値を算出して、デジタル信号処理回路１２６により画像信号に対して各Ｒ、Ｇ、Ｂごとに補正を施す。

発光装置２００は、図１のＬＥＤ群２１０を有する。発光装置２１０には、ＣＰＵ１４０から各種の指示が入力される。発光装置２００に入力される指示としては、ＬＥＤ群２１０のうちどのＬＥＤを発光させるかを示すＬＥＤ選択指示、選択したＬＥＤの発光量を指示する発光量指示、各ＬＥＤの発光開始指示及び発光停止指示がある。また、発光装置２００は、ＣＰＵ１４０に対して各種の状態情報を出力する。

図３は、ＬＥＤの選択例を示す。図３（ａ）は、ＣＰＵ１４０のＬＥＤ選択指示に従って、第１行全列のＬＥＤ１１、１２、１３、第２行全列のＬＥＤ２１、２２、２３、及び、第３行全列のＬＥＤ３１、３２、３３が発光した様子を示す。この場合、第１行のＬＥＤ選択指示Ｐ１、第２行のＬＥＤ選択指示Ｐ２、及び、第３行のＬＥＤ選択指示Ｐ３は、全列発光を示す（１，１，１）である。図３（ｂ）は、ＣＰＵ１４０のＬＥＤ選択指示に従って、第１行第２列のＬＥＤ１２、第２行全列のＬＥＤ２１、２２、２３、及び、第３行第２列のＬＥＤ３２が発光した様子を示す。この場合、第１行のＬＥＤ選択指示Ｐ１及び第３行のＬＥＤ選択指示Ｐ３は第２列のみ発光を示す（０，１，０）、第２行のＬＥＤ選択指示Ｐ２は全列発光を示す（１，１，１）である。図３（ｃ）は、ＣＰＵ１４０のＬＥＤ選択指示に従って、第２行全列のＬＥＤ２１、２２、２３が発光した様子を示す。この場合、第１行のＬＥＤ選択指示Ｐ１及び第３行のＬＥＤ選択指示Ｐ３が全列非発光を示す（０，０，０）、第２行のＬＥＤ選択指示Ｐ２が全列発光を示す（１，１，１）である。図３（ｄ）は、ＣＰＵ１４０のＬＥＤ選択指示に従って、第２行第２列のＬＥＤ２２のみが発光した様子を示す。この場合、第１行のＬＥＤ選択指示Ｐ１及び第３行のＬＥＤ選択指示Ｐ３が全列非発光を示す（０，０，０）、第２行のＬＥＤ選択指示Ｐ２が第２列のみ発光を示す（０，１，０）である。

図４は、ＣＭＯＳ撮像素子１１４の各行と発光装置のＬＥＤ群２１０の各行との対応関係を示す。

図４において、ＣＭＯＳ撮像素子１１４の第１乃至１２行（ＣＬ１乃至１２）がＬＥＤ群２１０の第１行（ＬＬ１）に対応し、ＣＭＯＳ撮像素子１１４の第１３乃至２４行（ＣＬ１３乃至２４）がＬＥＤ群２１０の第２行（ＬＬ２）に対応し、ＣＭＯＳ撮像素子１１４の第２５乃至３６行（ＣＬ２５乃至３６）がＬＥＤ群２１０の第３行（ＬＬ３）に対応する。

すなわち、ＣＭＯＳ撮像素子１１４の第１乃至１２行（ＣＬ１乃至１２）の撮像対象エリアに対して、主としてＬＥＤ群２１０の第１行（ＬＬ１）から発光した補助光が照射される。また、ＣＭＯＳ撮像素子１１４の第１３乃至２４行（ＣＬ１３乃至２４）の撮像対象エリアに対して、主としてＬＥＤ群２１０の第２行（ＬＬ２）から発光した補助光が照射される。また、ＣＭＯＳ撮像素子１１４の第２５乃至３６行（ＣＬ２５乃至３６）の撮像対象エリアに対して、主としてＬＥＤ群２１０の第３行（ＬＬ３）から発光した補助光が照射される。

図５（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、図３（ａ）に示すようにＬＥＤ群２１０の全行全列のＬＥＤ１１、１２、１３、２１、２２、２３、３１、３２、３３を行別に分割発光させる場合の順次露光制御及び分割発光制御を示す。なお、シャッタ速度が低速である場合を図５（ａ）、中速である場合を図５（ｂ）、高速である場合を図５（ｃ）にそれぞれ分けて示した。

これらの場合、ＣＰＵ１４０から発光装置２００へのＬＥＤ選択指示は、ＬＥＤ群２１０の第１行（ＬＬ１）の選択指示Ｐ１、ＬＥＤ群２１０の第２行（ＬＬ１）の選択指示Ｐ２、ＬＥＤ群２１０の第３行（ＬＬ３）の選択指示Ｐ３ともに、全列発光を示す（１，１，１）である。

図５（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）において、ＣＭＯＳ撮像素子１１４の第１行（ＣＬ１）の露光開始時にＬＥＤ群２１０の第１行（ＬＬ１）の発光を開始して、ＣＭＯＳ撮像素子１１４の第１２行（ＣＬ１２）の露光終了時にＬＥＤ群２１０の第１行（ＬＬ１）の発光を停止する。また、ＣＭＯＳ撮像素子１１４の第１３行（ＣＬ１３）の露光開始時にＬＥＤ群２１０の第２行（ＬＬ２）の発光を開始して、ＣＭＯＳ撮像素子１１４の第２４行（ＣＬ２４）の露光終了時にＬＥＤ群２１０の第２行（ＬＬ２）の発光を停止する。また、ＣＭＯＳ撮像素子１１４の第２５行（ＣＬ２５）の露光開始時にＬＥＤ群２１０の第３行（ＬＬ３）の発光を開始して、ＣＭＯＳ撮像素子１１４の第３６行（ＣＬ３６）の露光終了時にＬＥＤ群２１０の第３行（ＬＬ３）の発光を停止する。

なお、図５を用いて、図３（ａ）に示すようにＬＥＤ群２１０の全行全列を発光させる場合を例に説明したが、図３（ｂ）に示すように第１行第２列のＬＥＤ１２、第２行全列のＬＥＤ２１、２２、２３、及び、第３行第２列のＬＥＤ３２を発光させる場合にも、同様に分割発光制御をすることができる。この場合、第１行のＬＥＤ選択指示Ｐ１及び第３行のＬＥＤ選択指示Ｐ３を第２列のみ発光を示す（０，１，０）、第２行のＬＥＤ選択指示Ｐ２を全列発光を示す（１，１，１）とする。

図６（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、図３（ｄ）に示すようにＬＥＤ群２１０の第２行第２列のみ発光させる場合の順次露光制御及び発光制御を示す。なお、シャッタ速度が低速である場合を図６（ａ）、中速である場合を図６（ｂ）、高速である場合を図６（ｃ）にそれぞれ分けて示した。

これらの場合、ＣＰＵ１４０から発光装置２００へのＬＥＤ選択指示は、第１行のＬＥＤ選択指示Ｐ１及び第３行のＬＥＤ選択指示Ｐ３が全列非発光を示す（０，０，０）、第２行のＬＥＤ選択指示Ｐ２が第２列のみ発光を示す（０，１，０）である。

図６（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）において、ＬＥＤ群２１０の第１行（ＬＬ１）及び第３行（ＬＬ３）は発光させないで、ＣＭＯＳ撮像素子１１４の第１３行（ＣＬ１３）の露光開始時にＬＥＤ群２１０の第２行（ＬＬ２）の発光を開始して、ＣＭＯＳ撮像素子１１４の第２４行（ＣＬ２４）の露光終了時にＬＥＤ群２１０の第２行（ＬＬ２）の発光を停止する。

なお、図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）において、ＣＭＯＳ撮像素子の第１乃至１２行（ＣＬ１乃至１２）及び第２５乃至３６行（ＣＬ２５乃至３６）については、電荷蓄積及び画像信号の読み出しを行わなくてもよい。

また、図６を用いて、図３（ｄ）に示すようにＬＥＤ群２１０の第２行第２列のみ発光させる場合を例に説明したが、図３（ｃ）に示すようにＬＥＤ群２１０の第２行のみ全列発光させる場合にも、同様に発光制御をすることができる。この場合、ＣＰＵ１４０から発光装置２００へのＬＥＤ選択指示は、ＬＥＤ群２１０の第１行（ＬＬ１）の選択指示Ｐ１及び第３行（ＬＬ３）の選択指示Ｐ３が全列非発光を示す（０，０，０）、ＬＥＤ群２１０の第２行（ＬＬ２）の選択指示Ｐ２が全列発光を示す（１，１，１）である。

以上、ＬＥＤ群２１０の各行を分割発光した場合を示したが、操作部１７０からの設定操作により、分割発光を行わないで、以下説明するような全行同時発光をするようにしてもよい。

図７は、図３（ａ）に示すようにＬＥＤ群２１０の全行全列のＬＥＤ１１、１２、１３、２１、２２、２３、３１、３２、３３を全行同時発光させる場合の露光制御及び発光制御を示す。なお、図７はシャッタ速度が高速である場合のみを示している。

この場合、ＣＰＵ１４０から発光装置２００へのＬＥＤ選択指示は、ＬＥＤ群２１０の第１行（ＬＬ１）の選択指示Ｐ１、ＬＥＤ群２１０の第２行（ＬＬ１）の選択指示Ｐ２、ＬＥＤ群２１０の第３行の選択指示Ｐ３ともに、全列発光を示す（１，１，１）である。

図７において、ＣＭＯＳ撮像素子１１４の第１行（ＣＬ１）の露光開始時にＬＥＤ群２１０の第１行乃至３行（ＬＬ１乃至３）を同時に発光開始して、ＣＭＯＳ撮像素子１１４の第３６行（ＣＬ３６）の露光終了時にＬＥＤ群２１０の第１行乃至３行（ＬＬ１乃至３）を同時に発光停止する。

なお、シャッタ速度が低速又は中速である場合についても、図７に示すように全行同時に発光開始及び発光停止するようにしてもよい。また、シャッタ速度が低速又は中速の場合には図５（ａ）及び（ｂ）に示すように分割発光し、シャッタ速度が高速の場合のみ、すなわちシャッタ速度が予め決められた所定の速度を超える場合のみ、図７を用いて説明したように全行同時に発光開始及び発光停止するようにしてもよい。

図８は、ＬＥＤ群２１０が６行×５列の３０個のＬＥＤからなる場合について、各種のＬＥＤ選択例を示す説明図である。なお、以下の図８の説明においては、各行は上から順に「第１行」乃至「第６行」、各列は左から順に「第１列」乃至「第５列」と称する。

図８（ａ）は第１乃至５行（すなわち上５行）について全列のＬＥＤを、図８（ｂ）は第２乃至６行（すなわち下５行）について全列のＬＥＤを、図８（ｃ）は第２乃至４行の第２乃至４列のＬＥＤを、図８（ｄ）は第３乃至５行の第２乃至４列のＬＥＤを、図８（ｅ）は第３行第３列のＬＥＤのみを、図８（ｆ）は第３行の全列のＬＥＤを、図８（ｇ）は全行全列のＬＥＤを、それぞれ選択して点灯した状態を示す。このようなＬＥＤの選択は、ＣＰＵ１４０から発光装置２００に指示される。

本実施形態の発光装置２００は、全ＬＥＤを常時点灯するものではなく、必要なＬＥＤを、必要な発光量で、かつ、必要なタイミングで、必要な期間だけ、発光させる。ＣＰＵ１４０は、発光装置２００に対して、実際に発光させるＬＥＤの選択を指示するＬＥＤ選択指示、各ＬＥＤの発光量を指示する発光量指示、発光開始指示及び発光停止指示、その他の指示を行う。

まず、ＬＥＤ選択指示について、下記（制御１）乃至（制御５）に説明する。

（制御１） 撮影レンズ１１０の焦点距離を変化させて行うズーム（いわゆる光学ズーム）の場合、撮影レンズ１１０の焦点距離に基づいて、被写体の撮影範囲とその撮影範囲に相当する照射範囲を求め、その照射範囲に対応するＬＥＤを求めて、どのＬＥＤを発光させるかを示すＬＥＤ選択指示を発光装置２００に与える。

なお、撮影レンズ１１０の焦点距離は、一般に、操作部１７０によるユーザの設定操作に対応した撮影レンズ１１０のズーム位置により決定する。

例えば、ズーム位置として「ワイド」が設定されている状態では、図３（ａ）に示すように全行全列のＬＥＤを発光させるように発光装置２００に指示し、ズーム位置として「テレ」が設定されている状態では、図３（ｂ）に示すように第１行第２列、第２行第１乃至３列、及び、第３行第２列のＬＥＤを発光させるように発光装置２００に指示する。

（制御２） ＣＭＯＳ撮像素子１１４で撮像して得られた原画像から不要な部分を排除して必要な範囲のみ画像抽出すること（いわゆるトリミング）により行うズーム（いわゆる電子ズーム）の場合、トリミング範囲（画像抽出範囲である）に対応する照射範囲を求め、その照射範囲に対応するＬＥＤを求めて、どのＬＥＤを発光させるかを示すＬＥＤ選択指示を発光装置２００に与える。

例えば、電子ズームを行う旨の操作がされた場合、図３（ａ）に示す第１乃至３行の第１乃至３列のＬＥＤ発光から、図３（ｄ）に示す第２行第２列のＬＥＤのみの発光に切り替えるように、発光装置２００にＬＥＤ選択指示を与える。

（制御３） 撮影レンズ１１０とＬＥＤの位置の差に起因して、被写体距離が変化することにより生じる撮影範囲と照明範囲とのズレを補正するように、すなわち被写体距離に関わらず撮影範囲と照明範囲とが略一致するように、被写体距離に基づいて発光させるＬＥＤを決定し、発光装置２００にＬＥＤ選択指示を与える。

被写体距離に基づく具体的な補正態様には各種ある。例えば、第１に、測距センサ１０２により被写体距離を測定して、測定により得られた被写体距離に基づいて実際に発光させるＬＥＤを決定する態様がある。第２に、操作部１７０でのユーザの設定操作により「マクロモード」（近距離撮影モード）が設定されているか否かに基づいて実際に発光させるＬＥＤを決定する態様がある。

例えば、発光装置２００が６行×５列のＬＥＤ群２１０を有し、「マクロモード」の解除状態において図８（ｃ）に示す第２乃至４行の第２乃至４列のＬＥＤ発光を発光装置２００に指示する場合、「マクロモード」の設定状態では図８（ｄ）に示す第３乃至５行の第２乃至４列のＬＥＤ発光を発光装置２００に指示する。

（制御４） 実際に被写体を撮影する本発光前にプレ発光を行うとき、本発光とは異なる限定された照射範囲となるように、プレ発光の種類に応じて実際に発光させるＬＥＤを決定して、発光装置２００にＬＥＤ選択指示を与える。

プレ発光の種類には各種ある。例えば、第１に、自動焦点調節のために行うプレ発光、第２に、赤目軽減のために行うプレ発光、第３に、撮影時の本発光量を決定するために行うプレ発光がある。

例えば、本発光の際には図３（ａ）に示す全行全列のＬＥＤ発光を発光装置２００に指示し、自動焦点調節のためのプレ発光の際、及び、赤目軽減のためのプレ発光を行う際には、図３（ｃ）に示す第２行全列のＬＥＤ発光を発光装置２００に指示する。ここで、自動焦点調節のためのプレ発光では、自動焦点調節に用いる測距センサ１０２の受光領域に対応する照射範囲となるようにＬＥＤ選択指示を発光装置２００に与える。赤目軽減のためのプレ発光では、被写体の目及びその周囲が照射範囲となるようにＬＥＤ選択指示を発光装置２００に与える。したがって、補助光の照射が必要な各範囲が実際には異なるため、ＬＥＤの配列によっては、自動焦点調節のプレ発光と、赤目軽減のためのプレ発光とでは、発光させるＬＥＤのパターンを異ならせる。例えば、発光装置２００が６行×５列のＬＥＤ群２１０を有する場合、本発光の際には図８（ａ）に示す上５行全列のＬＥＤ発光を発光装置２００に指示し、自動焦点調節のためのプレ発光の際には図８（ｆ）に示す第３行全列のＬＥＤ発光を発光装置２００に指示し、赤目軽減のためのプレ発光を行う際には図８（ｃ）に示す第２乃至４行の第２乃至４列のＬＥＤ発光を発光装置２００に指示する。

（制御５） 発光装置２００を用いて光通信可能な外部機器（図示を省略）との間で光通信を行う場合には、撮影時とは異なり、限定された光通信用の照射範囲に光が照射されるように、ＬＥＤ選択指示を発光装置２００に与える。例えば、本発光時には図３（ａ）に示す全行全列のＬＥＤ発光を発光装置２００に指示し、光通信時には図３（ｄ）に示す第２行第２列のみのＬＥＤ発光を発光装置２００に指示する。

次に、発光量指示について、下記（制御６）乃至（制御８）に説明する。

（制御６） 図５を用いて説明したように分割発光を行う場合、ＬＥＤ群２１０の各ＬＥＤの配光特性やＬＥＤ同士の補助光の照射範囲の重なり具合によっては、全ＬＥＤを同じ発光量で発光させると、明るさに差が出てしまうことがある。そこで、ＬＥＤの配光特性やＬＥＤ同士の補助光の照射範囲の重なり具合に応じて、各ＬＥＤの発光量に差を与える。例えば、図３（ａ）に示すように全行全列のＬＥＤを発光させる場合、第２行のＬＥＤの発光量を、第１行及び第３行のＬＥＤの発光量よりも小さくする。

（制御７） 前述の（制御１）の焦点距離に基づくＬＥＤ選択指示を行うとともに、撮影レンズ１１０の焦点距離、又は、撮影レンズ１１０のＦナンバに対応した発光量を決定し、該発光量を発光装置２００に指示する。なお、発光装置２００では、発光するＬＥＤと発光量とを同時に切り替え可能になっている。

（制御８） 前述の（制御４）で説明したプレ発光の種類に応じたＬＥＤ選択指示を行うと同時に、プレ発光の種類に応じた発光量を発光装置２００に指示する。なお、発光装置２００では、発光するＬＥＤと発光量とを同時に切り替え可能になっている。

プレ発光の種類には各種ある。具体的には、自動焦点調節のために行うプレ発光、赤目軽減のために行うプレ発光等、プレ発光の種類ごとに、発光量をＥＥＰＲＯＭ１６０に予め登録しておき、プレ発光前にそのプレ発光の種類に対応する発光量をＥＥＰＲＯＭ１６０から読み出して発光装置２００に指示する。

次に、発光タイミング指示について、下記（制御９）及び（制御１０）に示す。

（制御９） 図５を用いて説明した分割発光制御を行う。

（制御１０） 前述の（制御４）及び（制御８）で説明したプレ発光の場合には、一般に、撮影時の本発光と比較して発光期間を短くしても差し支えないため、本発光より短い発光期間となるように発光装置２００に発光開始及び発光停止を指示して、省電力を図る。

次に、本実施形態の撮像装置における撮影処理の流れの一例について図９を用いて概略を説明する。

ユーザにより操作部１７０でズーム操作がされると、ＣＰＵ１４０によって、焦点距離（又はトリミング範囲）が求められる（ステップＳ２）。すなわち、光学ズームであれば、ユーザの操作に応じた焦点距離を求める。また、電子ズームであれば、ユーザの操作に応じたトリミング範囲を求める。光学ズーム及び電子ズームの並用であれば、焦点距離及びトリミング範囲の両方を求める。

シャッタボタンが半押しされると、ＣＰＵ１４０は、自動焦点調節のためのプレ発光が必要であると判断した場合、そのプレ発光のＬＥＤ選択指示及び発光量指示を発光装置２００に与えるとともに（ステップＳ１２）、発光開始指示を与える（ステップＳ１４）。発光装置２００は、指示されたＬＥＤを選択し、指示された発光量で、発光させる。なお、発光させるＬＥＤとしては、測距センサ１０２の受光範囲に対応する照射範囲でＬＥＤが選択され、また、発光量としては、プレ発光用の発光量が指示される。また、ＣＰＵ１４０は、測距センサ１０２から被写体距離を取得した後（ステップＳ１６）、発光停止指示を発光装置２００に与える（ステップＳ１８）。ここで、本発光より短い発光期間となるように発光停止指示が与えられる。また、ＣＰＵ１４０の制御により、ＡＥ処理、ＡＦ処理及びＡＷＢ処理が行われる。

シャッタボタンが全押しされると、ＣＰＵ１４０は、被写体撮影のための発光（本発光）が必要であると判断した場合、その本発光のためのＬＥＤ選択指示及び発光量指示を発光装置２００に与える（ステップＳ２２）。なお、発光させるＬＥＤとしては、焦点距離（又はトリミング範囲）及び被写体距離に基づいて決定されたＬＥＤの選択が指示される。また、発光量としては、被写体距離（又はＦナンバ）とＬＥＤの配光特性やＬＥＤ間の照射範囲の重なり具合とに基づいて決定された発光量が指示される。

そして、ＣＭＯＳ撮像素子１１４は各行ごとに順次電荷蓄積を開始し、所定の電荷蓄積時間の経過後に、各行ごとに順次画像信号が読み出される。このとき、発光装置２００は、指示されたＬＥＤを、指示された発光量で、撮像素子１１４での各行の電荷蓄積の開始及び終了のタイミングに合わせて発光させる。この発光タイミングの制御は、ＣＰＵ１４０が直接に発光装置２００に各行ごとに発光開始及び発光停止を指示して行ってもよいし、タイミング発生回路１２２に発光開始及び発光停止のタイミング信号を生成させて、発光装置２００がタイミング発生回路１２２の生成した発光開始及び発光停止のタイミング信号に従って発光開始及び発光停止を行ってもよい。

なお、赤目軽減のためのプレ発光を行わないで本発光を行ったものとして説明したが、赤目軽減発光が予め設定操作されている場合には、実際には、本発光処理の開始（ステップＳ２２）の前に、更に赤目軽減のためのプレ発光を行い、このプレ発光に続いて本発光が開始される。

ＣＭＯＳ撮像素子１１４で撮像された被写体画像は、一旦メモリ１２４に格納され、所定の信号処理が施された後、記録部１５６によってメモリカード等の記録媒体に記録される（ステップＳ３０）。

なお、本発明はデジタルカメラに限定されるものではなく、カメラ付き携帯電話など、被写体を撮像するその他の装置に適用してよいのはもちろんである。

本発明に係る一実施形態の撮像装置の撮影レンズとＬＥＤ群の位置関係を示す説明図 本発明に係る一実施形態の撮像装置の内部構成を示すブロック図 ３行×３列のＬＥＤ群におけるＬＥＤ選択の例を示す図 ＣＭＯＳ撮像素子の各行とＬＥＤの各行の対応関係を示す図 行別分割発光をする場合の露光制御と発光制御との関係を示す第１の図 行別分割発光をする場合の露光制御と発光制御との関係を示す第２の図 全行同時発光をする場合の露光制御と発光制御との関係を示す図 ６行×５列のＬＥＤ群におけるＬＥＤ選択の例を示す図 撮影時の処理の流れの一例を示す概略フローチャート 従来のフラッシュを備えた撮像装置の発光制御を説明するための説明図 従来の撮像装置においてシャッタ速度を高速にした場合の問題を説明するための説明図

符号の説明

１１、１２、１３、２１、２２、２３、３１、３２、３３…ＬＥＤ（半導体発光素子）、１１０…撮影レンズ、１１４…ＣＭＯＳ撮像素子、１１５…撮像素子駆動回路、１２２…タイミング発生回路、１４０…ＣＰＵ、１７０…操作部、２００…発光装置、２１０…発光装置のＬＥＤ群

Claims (2)

1. 被写体を撮像するための複数の電荷蓄積素子が配列された撮像素子と、前記撮像素子の各ラインごとに異なるタイミングで電荷蓄積を開始させるとともに、所定の電荷蓄積時間の経過後に各ラインごとに画像信号を読み出すローリングシャッタ手段とを有する撮像装置において、
   前記被写体に補助光を照射するための半導体発光素子からなる発光手段と、
   前記発光手段の半導体発光素子に対して、前記撮像素子の最初に電荷蓄積を開始するラインの電荷蓄積開始時に発光を開始して最後に電荷蓄積を終了するラインの電荷蓄積終了時に発光を停止するように制御する発光制御手段と、
   を備えたことを特徴とする撮像装置。
2. 被写体を撮像するための複数の電荷蓄積素子が配列された撮像素子と、前記撮像素子の各ラインごとに異なるタイミングで電荷蓄積を開始させるとともに、所定の電荷蓄積時間の経過後に各ラインごとに画像信号を読み出すローリングシャッタ手段とを有する撮像装置において、
   前記被写体に補助光を照射するための互いに照射範囲の異なる複数の半導体発光素子が配列されてなる発光手段と、
   前記発光手段の複数の半導体発光素子を各ラインごとに異なるタイミングで発光制御する発光制御手段であって、前記半導体発光素子の各ラインごとに、該ラインの照射範囲を撮像する前記撮像素子のライン群のうちの最初に電荷蓄積を開始するラインの電荷蓄積開始時に発光を開始して最後に電荷蓄積を終了するラインの電荷蓄積の終了時に発光を停止するように制御する発光制御手段と、
   を備えたことを特徴とする撮像装置。
   
   
   

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