JP2007300410A

JP2007300410A - 撮像装置

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Publication number: JP2007300410A
Application number: JP2006126907A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Tanaka; 俊幸田中; Toshihiro Hamamura; 俊宏濱村
Original assignee: Samsung Techwin Co Ltd
Current assignee: Hanwha Techwin Co Ltd
Priority date: 2006-04-28
Filing date: 2006-04-28
Publication date: 2007-11-15
Anticipated expiration: 2026-04-28
Also published as: KR20070106373A; KR100781176B1; US20070263106A1; JP4695541B2; CN101064792A; CN101064792B; US7689113B2

Abstract

【課題】予備発光と本発光の時間差を可変とすることが可能であり、予備発光時に適切な露光量を検出することができる撮像装置を提供すること。
【解決手段】マトリクス状に配置され、露光に応じた蓄積電荷を蓄積する光電変換素子と、光電変換素子の行又は列の位置に応じた時間差で蓄積電荷を読み出す蓄積電荷読出手段と、本露光前に、全ての光電変換素子の蓄積電荷のリセットを一斉に行うリセット手段と、蓄積電荷のリセットを行うタイミングを蓄積電荷の読み出し時間に対応した同期パルスに対して可変するリセットタイミング可変手段と、を備えたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像装置に関する。

光電変換素子などの撮像素子を備えた撮像装置は、レンズや絞り、シャッターなどを備えて、撮像素子の撮像面に当たった光に応じて発生した電荷を電気信号として取り出し、映像を記録する装置である。

夜間や室内などの環境条件で、撮像装置を使用して撮影するとき、適切な画像を得るための光量が足りない場合、撮像装置に備えられたフラッシュを発光して、光量を増加させてから撮影を行う。そして、撮像装置の製造コストの低減や小型化のため、撮像装置に調光用センサを設けないとき、被写体を実際に記録媒体に記録する本撮影時に初めてフラッシュの必要発光量を測定し、フォーカスや露光を本撮影と同時に調節することは困難である。従って、本撮影時のフラッシュの本発光前に、あらかじめフラッシュの予備発光をして、必要発光量を測定しておく。そして、本撮影前にフォーカスや露光の調節を終了してから、本撮影を行う。特許文献１には、本発光前の予備発光時に露光量を検出し、本撮影時の本発光による最適な露光やホワイトバランス、レンズのフォーカス位置を設定できる技術が開示されている。

特開２０００−１９６９５１号公報

一方、予備発光を本発光前に行なう場合、予備発光と本発光の時間差が長いと、被写体の人物が予備発光を本発光と間違える場合があり、予備発光後の本撮影時に、被写体としての人物が動いたり目を閉じてしまうため、適切な画像を得られないという問題があった。

また、本撮影前の予備発光時に正確な露光量を検出するためには、予備発光時に測定された露光量が飽和しないことが必要であり、予備発光測定時の露光期間や発光時の発光期間を適切に制御しなければならない。しかし、明るい室内でフラッシュを使用して撮影する場合など、予備発光時の露光期間の調節にもかかわらず、予備発光時に測定された露光量が飽和してしまい、適切な露光量を検出することができないため、本発光時の必要な発光量を得られないという問題があった。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、予備発光と本発光の時間差を可変とすることが可能であり、予備発光時に適切な露光量を検出することが可能な、新規かつ改良された撮像装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、マトリクス状に配置され、露光に応じた蓄積電荷を蓄積する光電変換素子と、光電変換素子の行又は列の位置に応じた時間差で蓄積電荷を読み出す蓄積電荷読出手段と、本露光前に、全ての光電変換素子の蓄積電荷のリセットを一斉に行うリセット手段と、蓄積電荷のリセットを行うタイミングを蓄積電荷の読み出し時間に対応した同期パルスに対して可変するリセットタイミング可変手段と、を備えたことを特徴とする撮像装置が提供される。

かかる構成により、光電変換素子は、マトリクス状に配置され、露光に応じた蓄積電荷を蓄積し、蓄積電荷読出手段は、光電変換素子の行又は列の位置に応じた時間差で蓄積電荷を読み出し、リセット手段は、露光前に、全ての光電変換素子の蓄積電荷のリセットを一斉に行い、リセットタイミング可変手段は、蓄積電荷のリセットを行うタイミングを蓄積電荷の読み出し時間に対応した同期パルスに対して可変する。リセットタイミング可変手段は、ＣＰＵで制御されるとしてもよい。

本露光時に被写体に向けて本発光を行う本発光手段と、本露光前に被写体に向けて予備発光を行う予備発光手段と、本露光前に第１の予備露光条件で第１の予備露光を行う第１の予備露光手段と、第１の予備露光条件に対して予備発光を加えた第２の予備露光条件で第２の予備露光を行う第２の予備露光手段と、第１の予備露光と第２の予備露光を比較し、本発光時の発光量を決定する本露光条件決定手段と、を更に備え、リセット手段は、本露光前及び予備露光の前に、全ての光電変換素子の蓄積電荷のリセットを一斉に行ってもよい。

かかる構成により、本発光手段は、本露光時に被写体に向けて本発光を行い、予備発光手段は、本露光前に被写体に向けて予備発光を行う。第１の予備露光手段は、本露光前に第１の予備露光条件で第１の予備露光を行い、第２の予備露光手段は、第１の予備露光条件に対して予備発光を加えた第２の予備露光条件で第２の予備露光を行い、本露光条件決定手段は、第１の予備露光と第２の予備露光を比較する。リセット手段は、本発光時の発光量を決定し、本露光及び予備露光の前に、全ての光電変換素子の蓄積電荷のリセットを一斉に行う。本露光条件決定手段手段、リセットタイミング可変手段は、ＣＰＵで制御されるとしてもよい。

リセットタイミング可変手段は、外部の操作部材の操作に応じてタイミングを可変してよい。かかる構成において、外部の操作部材とは、例えば、遠隔操作するための部材、撮像装置本体の外面上に設けられた部材等を含む。かかる構成により、外部の操作部材を操作することによって、リセットのタイミングを可変することができる。

リセットタイミング可変手段は、撮影条件に応じてタイミングを可変してよい。かかる構成において、撮影条件とは、例えば、撮影環境条件、露光条件又は感度条件等の撮像装置の設定条件、絞り駆動又は追加充電等の撮像装置の駆動条件を含む。

リセットタイミング可変手段は、蓄積電荷のリセットのタイミングを同期パルスの直前に設定してもよい。

光電変換素子は、蓄積電荷を蓄えるメモリ部を有していないとしてよい。

光電変換素子よりも被写体側に配置され、露光時に開状態とされ、露光前に蓄積電荷のリセットが行われた後、所定時間の経過後に閉状態とされるシャッターを更に備えてよい。かかる構成により、シャッターは、光電変換素子よりも被写体側に配置され、露光時に開状態とされ、露光前に蓄積電荷のリセットが行われた後、所定時間の経過後に閉状態とされる。

第１及び第２の予備露光時に、光電変換素子の一部の行又は列のみで予備露光を行ってもよい。

本露光前に、光電変化素子への露光量を調節する絞りを駆動する絞り駆動手段を更に備えてよい。かかる構成により、絞り駆動手段は、露光前に、光電変化素子への露光量を調節する絞りを駆動する。

本露光前に、露光の際に行われる発光のための追加充電を行う追加充電手段を更に備えてよい。かかる構成により、追加充電手段は、露光前に、露光の際に行われる発光のための追加充電を行う。

本発明によれば、予備発光と本発光の時間差を可変とすることが可能であり、予備発光時に適切な露光量を検出することができる。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

まず、図１を参照して、本発明の第１の実施形態に係る撮像装置の構成について説明する。図１は、本実施形態に係る撮像装置の構成を示すブロック図である。

図１に示すように、本実施形態に係る撮像装置は、外部からの光を通過させる光学系１０２と、光学系１０２の動作を制御するドライバ１０４、１０６、１０８と、タイミング制御部１１０と、ＣＭＯＳ（complementary metal oxide semiconductor）１１２と、ＣＤＳ／ＡＭＰ（相関二重サンプリング回路（correlated double sampling）／増幅器（amplifier））１１４と、Ａ／Ｄ変換部１１６と、画像入力制御部１１８と、ＣＰＵ（central processing unit）１２０と、操作部１２２と、画像信号処理部１２４と、ＶＲＡＭ（video random access memory）１２６と、圧縮処理部１２８と、メモリ１３０と、表示部１３２と、ＬＣＤ（liquid crystal display）ドライバ１３４と、記録メディア制御部１３６と、記録メディア１３８と、キャパシタ１４０と、フラッシュ制御部１４２と、を備えて構成される。

光学系１０２は、レンズと、ズーム機構と、絞り機構と、フォーカス機構を有している。光学系１０２は、レンズを通して被写体をＣＭＯＳ１１２に結像させる。ドライバ１０４は、光学系１０２のズーム機構を駆動し、ドライバ１０６は、光学系１０２の絞り機構を駆動し、ドライバ１０８は、光学系１０２のフォーカス機構を駆動する。

タイミング制御部１１０は、ＣＭＯＳ１１２を構成している各画素の露光期間の制御や、電荷の読み出し制御を行う。ＣＭＯＳ１１２は、光電変換が可能な素子から構成され、各素子が受光した光に応じて電気信号を生成する。ＣＤＳ／ＡＭＰ１１４は、ＣＭＯＳ１１２から得られた電気信号に含まれる低周波ノイズを除去すると共に、電気信号を任意のレベルまで増幅する。Ａ／Ｄ変換部１１６は、アナログの電気信号をデジタル信号に変換する。画像入力制御部１１８は、ＣＰＵ１２０からの動作指令を受けて、画像の入力に係るＣＭＯＳ１１２、ＣＤＳ／ＡＭＰ１１４、及びＡ／Ｄ変換部１１６の動作を制御する。操作部１２２は、電源スイッチ、モード切替手段及びシャッターボタン等から構成され、ユーザがシャッター速度やＩＳＯ感度の設定などを行うために使用される。

ＶＲＡＭ１２６は、画像表示用のメモリであり、表示画像の書き込みと表示部１３２への表示を同時に実行できるように、複数のチャネルを有するメモリから構成される。圧縮処理部１２８は、入力画像データをＪＰＥＧ圧縮形式、またはＬＺＷ圧縮形式などの圧縮形式で圧縮されたデータへと変換する。メモリ１３０は、例えばＳＤＲＡＭ（synchonous DRAM）等の半導体記憶素子から構成され、時分割撮影された高速シャッター画像が保存される。また、メモリ１３０には、ＣＰＵ１２０の動作プログラムが保存される。画像信号処理部１２４は、画像を合成し、合成された画像は、メモリ１３０に保存される。

表示部１３２は、ＬＣＤ等の表示手段から構成され、ＶＲＡＭ１２６から読み出された画像が表示される。ＬＣＤドライバ１３４は、表示部１３２を駆動し、表示部１３２の出力を制御する。

記録メディア制御部１３６は、記録メディア１３８への画像データの書き込み、又は記録メディア１３８に記録された画像データや設定情報などの読み出しを制御する。記録メディア１３８は、例えば、光学式記録媒体、光磁気ディスク、磁気ディスク、半導体記憶媒体などから構成され、撮影された画像データを記録する。記録メディア１３８は、撮像装置から着脱可能に構成されてもよい。キャパシタ１４０は、フラッシュの発光などに必要な電源容量を確保するために、一時的に電力を蓄積する。フラッシュ制御部１４２は、フラッシュの発光制御を行い、特に撮像素子の一斉リセットやメカニカルシャッターの開閉動作に連動した発光動作の制御を行う。

次に、図２を参照して、予備発光と本発光を伴う撮像装置の動作フローについて説明する。図２は、本実施形態に係る撮像過程を示すフロー図である。

本実施形態に係る撮像装置は、シャッターレリーズが押されることにより撮像過程が開始する（ステップＳ１００）。まず、本撮影時にフラッシュの発光が必要な撮影であるか否かを判断する（ステップＳ１０２）。フラッシュ撮影が不要である場合は、そのまま本撮影を行う。即ち、フラッシュの発光を行わないで、露光を開始し、画像信号の取り込みを開始する。このとき、撮像装置はメカニカルシャッターの駆動を伴う（ステップＳ１６０）。

一方、フラッシュ撮影が必要である場合は、撮影環境に応じた予備発光時のシャッター速度を決定する（ステップＳ１０４）。そして、決定された予備発光用のシャッター速度を撮像素子に指示する（ステップＳ１０６）。次に、定常光成分のみを上記の予備発光用のシャッター速度で露光し、露光された画像信号の取り込みを行う（ステップＳ１０８）。更に、その後上記の予備発光用のシャッター速度で、予備発光を伴う露光、画像信号の取り込みを行う（ステップＳ１１０）。そして、２つの露光・取り込みパターンから得られた定常光成分のみのデータと予備発光フラッシュ成分を含む場合のデータとに基づいて、予備発光によって得られた反射光量を算出する（ステップＳ１１２）。

次に、算出された反射光量から本撮影時の本発光量を決定する（ステップＳ１１４）。また、本発光時のシャッター速度の決定を行う（ステップＳ１１６）。そして、決定された本発光用のシャッター速度を撮像素子に指示する（ステップＳ１１８）。それから、フラッシュの発光を伴う本撮影を行う。即ち、フラッシュの本発光を伴って、露光をし、画像信号の取り込みをする。このとき、撮像装置は、メカニカルシャッターの駆動を伴う（ステップＳ１２０）。ステップＳ１２０及びステップＳ１６０の後、読み出された画像信号から画像処理がされて、画像データがストレージに記録される（ステップＳ１４０）。以上で、一連の撮像過程が終了し、撮像装置は、次の撮影待機状態に戻る（ステップＳ１６０）。

次に、図３を参照して、一般的な撮像装置による露光制御方法について説明する。図３は、高速シャッターを選択したときのローリングシャッターの露光タイミングを示す説明図である。縦軸は、撮像素子の垂直方向の各ライン位置を表し、横軸は、経過時間を表す。図３には、更に、垂直転送期間とフラッシュ発光期間を合わせて表示している。

ローリングシャッターにおいて、撮像素子の各ラインの露光は、各ラインのうちの上端のライン（ＴＯＰ行）から開始され（ＴＳ）、下端のライン（ＬＡＳＴ行）まで順次開始される（ＬＳ）。そして、露光開始から任意の露光期間が経過した後、撮像素子の各画素に蓄積された電荷は、画像信号として読み出される。画像信号の読み出しは、上端のライン（ＴＯＰ行）から開始され（ＴＥ）、下端のライン（ＬＡＳＴ行）まで順次開始される（ＬＥ）。各ラインの露光期間は、露光開始時刻と読み出し開始時刻との時間差である。図３では、ＴＳ、ＴＥ、ＬＥ、ＬＳを頂点とする平行四辺形で囲まれた範囲が、撮像素子の露光動作を表しており、時間軸（横軸）に平行な線と、平行四辺形の辺が交わる点が、各ラインの露光の開始時刻又は終了時刻を表している。例えば、ＴＯＰ行の露光はＴＳ点からＴＥ点までであり、ＬＡＳＴ行の露光は、ＬＳ点からＬＥ点までである。

垂直転送期間（ＶＤ）は、垂直同期パルス間で表される時間である。本明細書では、１つの垂直同期パルスから、直後の垂直同期パルスまでの期間を１ＶＤで表す。フラッシュの発光期間は、例えば１ミリ秒であり、１ＶＤに比べてかなり短い。そして、被写体がフラッシュの影響を受けて、その反射光を受光できる撮像素子は、図３に示すように、露光期間とフラッシュ発光期間とが重なる部分である。即ち、この重なる部分で露光された撮像素子が、フラッシュ成分を含んだ電荷を蓄積することができる。高速シャッターを選んだときのローリングシャッターの露光期間は短いことから、フラッシュの影響を受けるラインは、図３に示すように例えば画面の中央部のみである。このとき、ＴＯＰ行やＬＡＳＴ行の露光期間は、フラッシュの発光期間から外れている。そのため、ＴＯＰ行やＬＡＳＴ行から読み出された画像信号には、フラッシュ成分が含まれない。従って、撮像素子の全てのラインがフラッシュが照射された被写体を露光し、全ラインにおいてフラッシュ成分が含まれるようにするためには、露光期間を長くする必要がある。

次に、図４を参照して、低速シャッターを選択したときのローリングシャッターについて説明する。図４は、低速シャッターを選択したときのローリングシャッターの露光タイミングを示す説明図である。図３と同様に、縦軸は、撮像素子の垂直方向の各ライン位置を表し、横軸は、経過時間を表す。また、図４には、垂直転送期間とフラッシュ発光期間を合わせて表示している。

図４では、低速シャッターを選択していることから、図３に比べて露光期間が長い。図４に示すように、フラッシュ発光期間と、撮像素子の各ラインの露光期間とが全てのラインで重なっている。従って、撮像素子の全ラインにおいて、フラッシュが照射された被写体を露光することができる。しかしながら、低速シャッターを選択し、露光期間を長くした場合、手ブレなどの影響を受けやすくなり、画像にブレが生じて鮮明な画像を得られない。また、外光など強い光がある環境条件では、撮像素子が飽和してしまい、適切な画像を得ることができない。

なお、調光するための演算領域を画面中央部に限れば、ローリングシャッターを行う場合でも、シャッター速度の選択肢を広げることができる。しかしながら、演算領域を極端に狭くすることはできないため、高速な方向に選択できるシャッター速度は、限定的である。

次に、図５を参照して、同時リセットによって露光を開始する、メカニカルシャッターを併用した露光タイミングについて説明する。図５は、露光をリセット後に開始し、メカニカルシャッターを併用したときの露光タイミングを示す説明図である。

図５に示すように、撮像素子のＴＯＰ行からＬＡＳＴ行までの全ラインの電荷のリセットが、垂直同期パルスと同時に行われる。そして、撮像素子の各ラインの露光は、リセットと同時に、一斉に開始される。次に、所定の露光期間経過後、画像信号の読み出しが、露光開始直後の垂直同期パルスと同時に撮像素子のＴＯＰ行から開始され、ＬＡＳＴ行まで順次読み出しが開始される。撮像素子の各ラインの露光期間は、撮像素子の電荷のリセット時期から、画像信号の読み出し開始時期までである。そのため、撮像素子の各ラインは、垂直方向で露光期間に差異が生じる。即ち、図５に示すように、ＴＯＰ行の露光期間は、例えば１ＶＤであり、ＬＡＳＴ行の露光期間は、例えば２ＶＤであり、ＴＯＰ行とＬＡＳＴ行とでは、１ＶＤの露光差が生じる。従って、ＴＯＰ行からＬＡＳＴ行のラインへ行くにつれて各ラインの露光量が多くなる。なお、撮像素子の全ラインの電荷のリセット時期は、タイミング制御部１１０で制御されるとしてもよく、ＣＭＯＳ１１２内部にタイミングジェネレータ機能を持たせて制御されるとしてもよい。

メカニカルシャッターは、開状態から閉状態となることによって、撮像素子の各ラインへの入射光を強制的に一斉に遮断することができる。メカニカルシャッターが遮断すると露光は終了する。そこで、同時リセットによって露光を開始する場合、メカニカルシャッターを併用することにより、撮像素子の全ラインの露光期間を同一にすることができる。その結果、全ラインにおいてフラッシュ成分を含ませながら、フラッシュ速度を高めることができ、選択できるシャッター速度の範囲は、フラッシュ発光期間より短くならない範囲まで高速な方向に広げることができる。また、本実施形態では、１画面内に光を受光するフォトダイオード部と受光を蓄えるメモリ部とからなり、１画面を構成する画素全体に渡って電子的に一斉にシャッターを切る方式、いわゆるグローバルシャッターを採用しない。そのため、受光による電荷を蓄積するメモリ部を設ける必要がないため、受光部の面積を広げることができる。

次に、図６を参照して、予備発光と本発光の露光タイミングについて説明する。図６は、予備発光時と本撮影時の露光タイミングを示す説明図である。縦軸は、撮像素子の垂直方向の各ライン位置を表し、横軸は、経過時間を表す。また、図６には、垂直同期パルス、撮像素子の電荷のリセット、フラッシュ発光期間を合わせて表示している。

図６に示す露光１２、１４、１６、１８は、撮像素子の露光動作を表す。図５と同様に、撮像素子のＴＯＰ行からＬＡＳＴ行までの全ラインの電荷のリセットは、垂直同期パルスと同時に行われ、撮像素子の各露光１２、１４、１６、１８においては、電荷のリセットと同時に、各ラインで露光が一斉に開始される。次に、所定の露光期間経過後、画像信号の読み出しが、露光開始直後の垂直同期パルスと同時に撮像素子のＴＯＰ行から開始され、ＬＡＳＴ行まで各ラインにおいて順次読み出しが開始される。撮像素子の各ラインの露光期間は、撮像素子の電荷のリセット時期から、画像信号の読み出し開始時期までである。

露光１２は、フラッシュ動作のない画像キャプチャ時の露光であり、露光１２において得られる露光量は、フラッシュ成分が含まれない定常光成分の露光量である。露光１４は、図１２に示すように予備発光期間に、予備発光としてのフラッシュ動作を伴った画像キャプチャ時の露光である。露光１４において得られる露光量は、定常光成分と予備発光フラッシュ成分が混合加算された状態で含まれる。露光１６では、露光１２と同様のフラッシュのない露光動作が行われる。露光１８は、図６に示すように本発光期間に、本発光としてのフラッシュ動作を伴った本撮影時の露光である。

予備発光が行われる露光１４では、メカニカルシャッターを伴わない。そのため、画像素子の各ラインごとに露光量が異なることとなる。例えば、ＴＯＰ行とＬＡＳＴ行とでは、１ＶＤに相当する期間の露光差が生じる。しかし、露光１４において得られる露光量は、露光１２において得られる露光量との差分をとって、予備発光フラッシュ成分を算出するために使用されるので、各ラインの露光量の差は無視することができる。

また、メカニカルシャッターは、シャッターの動作音が発生するため、音が煩わしく感じられる場合がある。更に、メカニカルシャッターの閉状態から、完全な開状態になるまで、次の露光を開始することができないため、撮像装置の動作上、タイムラグが生じるという問題がある。従って、予備発光の際にメカニカルシャッターを使用すると、シャッター音が本撮影の場合のシャッター音と混同されるおそれがある。また、撮像装置は、予備発光後に、速やかに本撮影モードに移行することができない。従って、本撮影前の画像キャプチャ時において、予備発光を行う場合は、メカニカルシャッターを使用しない。

本撮影時のフラッシュの本発光量は、露光１２と露光１４で得られる露光量に基づいて算出される。予備発光フラッシュ成分は、予備発光時の露光１４によって読み出された画像信号のデータ値から、フラッシュ動作がない露光１２によって読み出された画像信号のデータ値を、対応する画素ごとに差分することで得られる。本発光量は、予備フラッシュ画像の評価値とターゲットレベルの差から算出される。この発光量演算と、発光量に基づく本露光量の設定などの制御値セットは、図１２に示すように、露光１６の期間、例えば約２ＶＤの間で行われる。

そして、本撮影時では、メカニカルシャッターを伴った露光１８が行われる。従って、本撮影時の露光期間は、撮像素子の電荷の一斉リセット時からメカニカルシャッターが閉状態となるまでの間である。図１２で示した予備発光と本撮影の動作では、予備発光期間と本発光期間との間に発光タイムラグＡが生じ、発光タイムラグＡは、例えば約４ＶＤである。

次に、図７を参照して、予備発光の時期を図６の場合よりも遅らせた場合について説明する。図７は、予備発光時と本撮影時の露光タイミングを示す説明図である。図７は、予備発光の時期を除いて、図１２と同一であるため、詳細な説明は省略する。

上述した図６の露光タイミングでは、予備発光は、露光１４の開始直後である、垂直転送期間（ＶＤ）の前半部に行われる。一方、図７に示す露光タイミングでは、予備発光は、垂直転送期間（ＶＤ）の終盤部に行われる。その結果、予備発光期間と本発光期間との間に生じる発光タイムラグＢは、例えば約３ＶＤである。図７に示す予備発光を行う場合は、図６の発光タイムラグＡと比べて、約１ＶＤの期間だけタイムラグを短縮することができる。

ところで、図６、図７に示す予備発光を伴う露光１４は、ＴＯＰ行における露光期間は１ＶＤであり、ＬＡＳＴ行における露光期間は２ＶＤである。暗い室内や夜間などの低輝度シーンでは、適正な露光量を得るために、シャッター速度は、１ＶＤより長くなるのが一般的である。従って、上記の露光期間で行われる露光１４は、低輝度シーンでは、飽和することはない。一方、明るい室内などの環境条件で予備発光を行うと、定常光成分に予備発光フラッシュ成分が加算されるため、露光１４は飽和してしまうおそれがある。そこで、低輝度シーン以外のより高輝度な環境条件で予備発光をしても、露光１４が飽和しない技術が必要とされる。

次に、図８を参照して、撮像素子の電荷のリセット時期を垂直転送期間（ＶＤ）の終盤部に移動させた場合について説明する。図８は、予備発光時と本撮影時の露光タイミングを示す説明図である。

図８に示す露光２２、２４、２６は、図６、図７に示す露光１２、１４、１６と同様に、撮像素子の露光動作を表す。撮像素子のＴＯＰ行からＬＡＳＴ行までの全ラインの電荷のリセットは、垂直同期パルスと同時に行われる。図７の場合と同様に、垂直転送期間（ＶＤ）の終盤でリセットが行われる。図６及び図７と同様に、撮像素子の露光２２、２４、２６は、リセットと同時に、各ラインで一斉に開始される。次に、所定の露光期間経過後、画像信号の読み出しが、露光開始直後の垂直同期パルスと同時に撮像素子のＴＯＰ行から開始され、ＬＡＳＴ行まで各ラインにおいて順次読み出しが開始される。撮像素子の各ラインの露光期間は、撮像素子の電荷のリセット時期から、画像信号の読み出し開始時期までである。

図７の場合と図８の場合とでは、予備発光期間と本発光期間との間の発光タイムラグＢは同一である。また、撮像素子の各ラインの露光が、電荷のリセットと同時に開始する点も同一である。一方、図８に示す場合では、電荷のリセット時期を、垂直転送期間（ＶＤ）の終盤時期に移動しており、露光２２、２４、２６の撮像素子の各ラインの露光期間は、図７に示す露光１２、１４、１６の露光期間に比べて、短縮する。このように、撮像素子の電荷のリセット時期を移動させることによって、露光２４の露光開始時期を遅らせることができ、各ラインの露光期間を短縮することができる。その結果、明るい室内などの環境条件で予備発光をした場合でも、露光２４における露光量が飽和せず、予備発光をしつつ、適正な露光量を得ることができる。

なお、上記では、撮像素子の電荷のリセット時期を垂直転送期間（１ＶＤ）の終盤部とした例を示した。リセット時期は、撮像素子の全ラインに、予備発光によるフラッシュ成分を含ませることができるように、予備発光期間を十分確保できる時期であり、次の垂直同期パルスより前の時期である。なお、リセット時期は、上記の例に限定されず、露光２４が飽和しない時期に設定を変更することができる。

次に、図９を参照して、高速読み出しモードで予備発光をする場合の露光について説明する。図９は、高速読み出しモードと標準読み出しモードの予備発光時の露光を示す説明図である。

図９の下に示す標準読み出しモードは、垂直転送期間（ＶＤ）の長さが１ＶＤであり、露光２４は、上述した図８に示す場合と同じである。露光２４は、垂直転送期間の終盤部で、撮像素子の電荷のリセットを行う。また、撮像素子における画像信号の読み出しも、図８と同じであり、垂直転送期間（ＶＤ）の長さが１ＶＤである点や、撮像素子の各ラインの読み出し開始時期、終了時期、期間の長さが同じである。画像信号の読み出しは、ＴＯＰ行からＬＡＳＴ行まで１ＶＤである。一方、図９の上に示す高速読み出しモードは、撮像素子から読み出すデータ量を間引くことにより、読み出しに必要な期間を短縮するモードである。

高速読み出しモードでは、１つの垂直同期パルスから次の垂直同期パルスまでの垂直転送期間を、標準読み出しモードに比べて例えば１／３に短縮して、１／３ＶＤとする。そして、画像信号を読み出すラインを、画像素子のＴＯＰ行からＬＡＳＴ行まで全ラインではなく、標準読み出しモード時に比べて１／３のラインに低減する。また、本モードでは、撮像素子の電荷のリセット時期を、垂直同期パルスの直後ではなく、図８に示す場合と同様に垂直同期パルスの終盤部に移動している。その結果、図９に示すように、高速読み出しモードの露光動作は、露光３４に示すとおりとなる。

このように、撮像素子の電荷のリセット時期を移動させることによって、露光３４の露光開始時期を遅らせることができ、各ラインの露光期間を短縮することができる。また、高速読み出しモードとして、垂直転送期間を短縮し、画像信号を読み出す量を低減する間引き処理を行うことで、撮像素子の露光量を減少させることができる。従って、輝度が高い屋外で、フラッシュ動作を伴う日中シンクロモードによる撮影を行う場合、予備発光を行っても、露光３４は飽和せず、適正な露光量を得ることができる。

次に、図１０を参照して、同時リセットによって露光を開始する露光モード（以下、同時リセットモードという）と、ローリングシャッターによる露光モード（以下、ローリングシャッターモードという）との比較を行う。図１０は、同時リセットモードとローリングシャッターモードの露光タイミングと、被写体を捉える撮像装置の画面を示す説明図である。

図１０に示した同時リセットモードは、撮像素子の電荷のリセットを垂直転送期間の終盤部で行い、更に予備発光を垂直同期パルスの直前で行う場合を示している。また、ローリングシャッターモードは、同時リセットモードと同一時期に予備発光を行う場合を示している。画面５０は、撮像装置が被写体を撮影する画面全体を示し、評価対象領域５２は、予備発光時において、被写体からの反射光を評価する領域を示す。

本撮影時のフラッシュの本発光量は、予備発光時の被写体からの反射光を評価して決定される。この本発光量決定アルゴリズムでは、画面の周辺部は評価の重み付けを低くしている。そのため、評価対象領域５２は、画面５０の中央部にあり、評価対象領域５２の縦横の長さは、画面の縦横の長さの１／２である。画面５０の評価対象領域５２に対応する撮像素子の各ラインの露光は、図１０に示すように、同時リセットモードの露光とローリングシャッターモードの露光それぞれの上下の２本の一点鎖線で挟まれる領域で表される。評価対象領域５２に対応する部分の露光について、同時リセットモードとローリングシャッターモードとで比較をすると、同時リセットモードのほうが露光量が少なくなることがわかる。従って、ローリングシャッターモードに比べて、同時リセットモードのほうが予備発光時に露光が飽和する可能性が低く、さまざまな撮影条件下に適用できる。

上記のように、同時リセットモードにおいて、撮像素子の電荷のリセット時期を垂直同期パルスと同時とするのではなく、垂直転送期間の終盤部にリセット時期を移動することによって、画像素子の各ラインの露光期間を短縮することができる。即ち、同時リセットモードで、リセット時期を任意に決定できるようにすることによって、ローリングシャッターモードと比べても、露光が飽和する可能性を減少させることができ、予備発光による調光の精度向上に寄与できる。

次に、図１１を参照して、本撮影時の露光タイミングについて説明する。図１１は、メカニカルシャッターを伴う本撮影時の露光タイミングを示す説明図である。図１１（ａ）は、撮像素子の電荷のリセット時期を垂直転送期間の後半部に移動した場合を示し、図１１（ｂ）は、リセット時期を垂直転送期間と同時とした場合を示す。

図１１（ｂ）に示すように、本撮影時には、撮像素子の電荷のリセットは、垂直同期パルスと同時、又はその直後に行われ、リセットと同時に撮像素子の各ラインで露光１８が開始される。リセット時期を垂直同期パルスと同時又はその直後とすることにより、撮影者がシャッターボタンを押してから実際に露光が開始されるまでのシャッタータイムラグを短縮することができる。しかしながら、メカニカルシャッターが閉状態となり、遮光している場合にも、撮像素子の画像信号が読み出されるまでの間は、撮像素子上の画像信号に暗ノイズが付加される。従って、メカニカルシャッターが閉状態となってから読み出しが開始されるまでの期間は、短いほうがよい。

そこで、撮像素子の電荷のリセット時期を可変とすることにより、図１１（ａ）に示すように、垂直転送期間の後半部にリセット時期を移動すると、メカニカルシャッターが閉状態となってから画像信号の読み出しまでの期間を短縮することができる。従って、撮像素子の画像信号に付加される暗ノイズを低減することができ、得られる画像の画質を向上させることができる。リセット時期を垂直転送期間の後半部に移動することにより、シャッタータイムラグは長くなるが、高画質画像を得られるため、撮像装置を高感度設定に設定する場合に利用できる。

次に、図１２を参照して、絞り駆動動作後に本撮影を行う場合の露光タイミングについて説明する。図１２は、本撮影時の露光タイミングを示す説明図である。図１２（ａ）は、撮像素子の電荷のリセット時期を垂直転送期間の後半部に移動した場合を示し、図１２（ｂ）は、リセット時期を垂直同期パルスと同時とした場合を示す。

図１２（ｂ）に示すように、本撮影では、露光前に撮像装置が被写体を捉えているライブビューモードから、実際に被写体を露光する本撮影モードに移行する動作がある。このとき、ライブビューモードで設定された絞り位置から、本撮影モードで必要な絞り位置に設定しなければならない場合があるため、絞り駆動動作期間が必要となる。そして、本撮影は、絞り駆動動作が完了してから露光開始となる。図１２（ｂ）に示した例の場合、本撮影時には、撮像素子の電荷のリセットは、垂直同期パルスと同時、又はその直後に行われ、リセットと同時に撮像素子の各ラインで露光１８が開始される。従って、露光１８は、絞り駆動動作完了後の垂直同期パルスを待ってから開始される。そのため、絞り駆動動作完了とリセットを同一の垂直転送期間内で行うことができない。また、絞り駆動動作完了から露光開始までの期間が長いと、レリーズタイムラグが生じるという問題がある。

そこで、撮像素子の電荷のリセット時期を可変とすることにより、図１２（ａ）に示すように、垂直転送期間の後半部にリセット時期を移動する。そして、図１２（ａ）の場合は、絞り駆動動作完了後の垂直同期パルスを待たずに露光を開始することができる。従って、絞り駆動動作が垂直転送期間の前半で完了した場合は、垂直同期パルスとリセット時期を同時とする図１２（ｂ）の場合に比べて、露光開始までの期間を短縮することができる。

上記のように、画像素子の電荷のリセット時期を可変とし、撮像装置の制御によってリセット時期を自由に設定できるとすることによって、絞り駆動動作完了とリセットを同一の垂直転送期間内で行うことができ、レリーズタイムラグを短縮することができる。

次に、図１３を参照して、予備発光後に本発光のための追い充電が必要となる場合の本撮影の露光タイミングについて説明する。図１３は、本撮影時の露光タイミングを示す説明図である。図１３（ａ）は、撮像素子の電荷のリセット時期を垂直転送期間の後半部に移動した場合を示し、図１３（ｂ）は、リセット時期を垂直同期パルスと同時とした場合を示す。

図１３（ｂ）に示すように、本撮影では、予備発光後に急に電圧が低下した場合など、本発光をするために、追い充電が必要となる場合がある。このとき、本発光をするために必要な電荷がキャパシタに溜まるまでの追い充電期間が必要となる。

そして、本撮影は、追い充電が完了してから露光開始となる。図１３（ｂ）に示した例の場合、本撮影時には、撮像素子の電荷のリセットは、垂直同期パルスと同時、又はその直後に行われ、リセットと同時に撮像素子の各ラインで露光１８が開始される。従って、露光１８は、追い充電完了後の垂直同期パルスを待ってから開始される。そのため、追い充電完了とリセットを同一の垂直転送期間内で行うことができない。また、追い充電完了から露光開始までの期間が長いと、レリーズタイムラグが生じるという問題がある。

そこで、撮像素子の電荷のリセット時期を可変とすることにより、図１３（ａ）に示すように、垂直転送期間の後半部にリセット時期を移動する。そして、図１３（ａ）の場合は、追い充電完了後の垂直同期パルスを待たずに露光を開始することができる。従って、追い充電が垂直転送期間の前半で完了した場合は、垂直同期パルスとリセット時期を同時とする図１３（ｂ）の場合に比べて、露光開始までの期間を短縮することができる。

上記のように、画像素子の電荷のリセット時期を可変とし、撮像装置の制御によってリセット時期を自由に設定できるとすることによって、追い充電完了とリセットを同一の垂直転送期間内で行うことができ、レリーズタイムラグを短縮することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明の第１の実施形態に係る撮像装置の構成を示すブロック図である。同実施形態に係る撮像過程を示すフロー図である。高速シャッターを選択したときのローリングシャッターの露光タイミングを示す説明図である。低速シャッターを選択したときのローリングシャッターの露光タイミングを示す説明図である。露光をリセット後に開始し、メカニカルシャッターを併用したときの露光タイミングを示す説明図である。予備発光時と本撮影時の露光タイミングを示す説明図である。予備発光時と本撮影時の露光タイミングを示す説明図である。予備発光時と本撮影時の露光タイミングを示す説明図である。高速読み出しモードと標準読み出しモードの予備発光時の露光を示す説明図である。同時リセットモードとローリングシャッターモードの露光タイミングと、被写体を捉える撮像装置の画面を示す説明図である。メカニカルシャッターを伴う本撮影時の露光タイミングを示す説明図である。本撮影時の露光タイミングを示す説明図である。図１２（ａ）は、撮像素子の電荷のリセット時期を垂直転送期間の後半部に移動した場合を示し、図１２（ｂ）は、リセット時期を垂直同期パルスと同時とした場合を示す。本撮影時の露光タイミングを示す説明図である。図１３（ａ）は、撮像素子の電荷のリセット時期を垂直転送期間の後半部に移動した場合を示し、図１３（ｂ）は、リセット時期を垂直同期パルスと同時とした場合を示す。

符号の説明

１２、１４、１６、１８、２２、２４、２６、２８、３４、３８、４８露光
５０画面
５２評価対象領域
１０２光学系
１０４、１０６、１０８ドライバ
１１０タイミング制御部
１１２ＣＭＯＳ
１１４ＣＤＳ／ＡＭＰ
１１６Ａ／Ｄ変換部
１１８画像入力制御部
１２０ＣＰＵ
１２２操作部
１２４画像信号処理部
１２６ＶＲＡＭ
１２８圧縮処理部
１３０メモリ
１３２表示部
１３４ＬＣＤドライバ
１３６記録メディア制御部
１３８記録メディア
１４０キャパシタ
１４２フラッシュ制御部

Claims

マトリクス状に配置され、露光に応じた蓄積電荷を蓄積する光電変換素子と、
前記光電変換素子の行又は列の位置に応じた時間差で前記蓄積電荷を読み出す蓄積電荷読出手段と、
本露光前に、全ての前記光電変換素子の蓄積電荷のリセットを一斉に行うリセット手段と、
前記蓄積電荷のリセットを行うタイミングを前記蓄積電荷の読み出し時間に対応した同期パルスに対して可変するリセットタイミング可変手段と、
を備えたことを特徴とする撮像装置。
前記本露光時に被写体に向けて本発光を行う本発光手段と、
前記本露光前に被写体に向けて予備発光を行う予備発光手段と、
前記本露光前に第１の予備露光条件で第１の予備露光を行う第１の予備露光手段と、
前記第１の予備露光条件に対して前記予備発光を加えた第２の予備露光条件で第２の予備露光を行う第２の予備露光手段と、
前記第１の予備露光と前記第２の予備露光を比較し、前記本発光時の発光量を決定する本露光条件決定手段と、
を更に備え、
前記リセット手段は、前記本露光前及び前記予備露光の前に、全ての前記光電変換素子の蓄積電荷のリセットを一斉に行うことを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
前記リセットタイミング可変手段は、外部の操作部材の操作に応じて前記タイミングを可変することを特徴とする請求項１又は２記載の撮像装置。
前記リセットタイミング可変手段は、撮影条件に応じて前記タイミングを可変することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の撮像装置。
前記リセットタイミング可変手段は、前記蓄積電荷のリセットのタイミングを前記同期パルスの直前に設定することを特徴とする請求項１〜４のいずれに記載の撮像装置。
前記光電変換素子は、前記蓄積電荷を蓄えるメモリ部を有していないことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の撮像装置。
前記光電変換素子よりも被写体側に配置され、前記本露光時に開状態とされ、前記本露光前に前記蓄積電荷のリセットが行われた後、所定時間の経過後に閉状態とされるシャッターを更に備えたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の撮像装置。
前記第１及び第２の予備露光時に、前記光電変換素子の一部の行又は列のみで予備露光を行うことを特徴とする請求項２〜７のいずれかに記載の撮像装置。
前記本露光の前に、前記光電変化素子への露光量を調節する絞りを駆動する絞り駆動手段を更に備えたことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の撮像装置。
前記本露光の前に、前記本発光のための追加充電を行う追加充電手段を更に備えたことを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の撮像装置。