JP2009139553A - 撮像装置および撮像方法 - Google Patents

Abstract

【課題】水平ライン間で露光タイミングが異なる場合であっても、パルス発光する発光部からの光を画面全体で均一に照射し、撮影画像のノイズの発生を抑制することが可能な、撮像装置を提供すること。
【解決手段】Ｘ−Ｙアドレス型撮像素子を備え、Ｘ−Ｙアドレス型撮像素子に露光して被写体を撮像する撮像装置であって、撮像操作に連動して、被写体に向けて発光・非発光を繰り返すパルス発光部と、パルス発光部の発光・非発光の１周期をＸ−Ｙアドレス型撮像素子への露光時間の１／ｎ（ｎは１以上の整数）となるように発光制御する発光時間制御部と、を含むことを特徴とする、撮像装置が提供される。
【選択図】図５

Description

本発明は、撮像装置および撮像方法に関し、より詳細には、Ｘ−Ｙアドレス型撮像素子を備える撮像装置および撮像方法に関する。

コンパクトカメラや一眼レフカメラのような撮像装置においては、被写体を撮像する際に、被写体の光量を補うために被写体を照射するキセノン管を用いた発光装置が広く用いられている。一方、低電圧駆動が可能であり、回路構成が簡単であるＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ；発光ダイオード）をキセノン管の代わりに発光装置として用いることが提案されている。高輝度のＬＥＤの開発が進むにつれ、今後はこのような高輝度のＬＥＤを発光装置として用いた撮像装置の実用化が進むことが考えられる。

発光装置のＬＥＤへの代替が進むと、夜間や暗い屋内等の低照度シーンでの撮影だけでなく、屋外での逆光補正を目的とした日中シンクロとしての活用も期待される。この場合、撮像の際のシャッタ速度は低照度シーンで撮影する場合に比べて速くなる。つまり被写体を露光する露光時間が短くなる。

なお、ＬＥＤは常時点灯すると発熱による破損が生じるおそれがあるので、一般には発光・非発光を繰り返すパルス発光が行われる（例えば、特許文献１〜４参照）。

特開２００５−９９３４９号公報 特開２００５−７３２２７号公報 特開２００６−１４５８７７号公報 特開２００５−１２８４２０号公報

ところで、撮像素子にＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサのように画面全体を同時刻で露光開始および終了するような撮像素子を用いる場合には、画面全体にＬＥＤからの光を均一に照射することができる。一方、撮像素子にＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサのローリングモードのように、水平ラインごとに露光開始および終了のタイミングが異なるようなＸ−Ｙアドレス型撮像素子を用いる場合には、パルス発光のタイミングによってはライン間の照射量に差が生じる場合がある。

露光時間がパルス周期に比べて十分長い場合では、水平ラインごとに露光開始および終了のタイミングが異なっていても画面に均一またはほぼ均一にＬＥＤからの光を照射できるが、シャッタ速度が高速になる状況では撮影画像に均一にＬＥＤからの光を照射できずに、被写体を撮影して得られる画像に横筋のノイズが発生してしまい、画像に影響を及ぼしてしまう。シャッタ速度が高速になる状況でＬＥＤをフラッシュとして使用する場合には、シャッタ速度を低速にして絞りを絞れば均一に光を照射できるが、シャッタ速度を低速にした場合には撮影者の手ぶれによって撮影画像がぶれてしまう問題があり、また絞りを絞ると、被写体を照射するためのＬＥＤからの光量がさらに必要となるため、ＬＥＤを損傷させてしまう問題もある。

特にシャッタ速度が高速になる状況でパルス発光するＬＥＤを用いたフラッシュを使用すると、ＣＭＯＳイメージセンサのローリングモードにおいて照度ムラが発生することがあり、照度ムラが発生すると、被写体を撮影して得られる画像に横筋のノイズが発生してしまう。そのため、照度ムラを発生しないようにＬＥＤのパルス発光を制御することが求められる。

また、被写体を照射するフラッシュとしてＬＥＤを使用する場合には、ＬＥＤを大光量で発光させる必要があるが、ＬＥＤを大光量で発光させようとすると、発光開始の立ち上がり時にオーバーシュートが発生する傾向が見られる。このオーバーシュートの影響が撮影画像のライン間で異なる場合にも照度ムラとなり、画像に横筋のノイズが発生してしまう。

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、水平ライン間で露光タイミングが異なる場合であっても、パルス発光する発光部からの光を画面全体で均一に照射し、撮影画像のノイズの発生を抑制することが可能な、新規かつ改良された撮像装置および撮像方法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、Ｘ−Ｙアドレス型撮像素子を備え、Ｘ−Ｙアドレス型撮像素子に露光して被写体を撮像する撮像装置であって、撮像操作に連動して、被写体に向けて発光・非発光を繰り返すパルス発光部と、パルス発光部の発光・非発光の１周期をＸ−Ｙアドレス型撮像素子への露光時間の１／ｎ（ｎは１以上の整数）となるように発光制御する発光時間制御部と、を含むことを特徴とする、撮像装置が提供される。

かかる構成によれば、パルス発光部は撮像操作に連動して被写体に向けて発光・非発光を繰り返し、発光時間制御部はパルス発光部の発光・非発光の１周期をＸ−Ｙアドレス型撮像素子への露光時間の１／ｎ（ｎは１以上の整数）となるように発光制御する。その結果、水平ライン間で露光タイミングが異なるＸ−Ｙアドレス型撮像素子を用いて被写体の撮像を行う際に、発光部の発光・非発光の１周期を露光時間の１／ｎとなるように発光制御を行うことで、被写体を撮像して得られる画面全体にパルス発光を行う発光部からの光を均一に照射することができる。

発光時間制御部は、Ｘ−Ｙアドレス型撮像素子の露光タイミングを水平ラインごとに異なるように露光する場合にパルス発光部に対して発光制御してもよい。

発光時間制御部は、露光期間中にパルス発光部に対して発光制御してもよい。また、発光時間制御部は、被写体の撮像に要する露光量に基づいて、パルス発光部に対して発光制御してもよい。

パルス発光部は、同一の、またはそれぞれ異なる波長で発光する複数の発光部でなり、発光時間制御部は、同一の、またはそれぞれ異なる波長で発光する各発光部に対して独立して発光・非発光の１周期を制御してもよい。

発光部は、同一の波長で発光する場合、それぞれ異なる位相で発光してもよい。

発光時間制御部は、Ｘ−Ｙアドレス型撮像素子の露光タイミングを水平ラインごとに異なるように露光する場合に各発光部に対して発光制御してもよい。

発光時間制御部は、露光期間中に各発光部に対して発光制御してもよい。また、発光時間制御部は、被写体の撮像に要する露光量に基づいて、各発光部に対して発光制御してもよい。

発光時間制御部は、各発光部に対して発光・非発光の１周期が異なるように制御してもよい。また、発光時間制御部は、各発光部に対してデューティ比が異なるように制御してもよい。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、Ｘ−Ｙアドレス型撮像素子に露光して被写体を撮像する撮像方法であって、撮像操作に連動して、被写体に向けて発光・非発光を繰り返すパルス発光ステップと、パルス発光ステップの発光・非発光の１周期を露光時間の１／ｎ（ｎは１以上の整数）となるように発光制御する発光時間制御ステップと、を含むことを特徴とする、撮像方法が提供される。

以上説明したように本発明によれば、ライン間で露光タイミングが異なる場合であっても、発光部の発光・非発光の１周期を露光時間の１／ｎ（ｎは整数）となるように発光制御することで、パルス発光する発光部からの光を画面全体で均一に照射し、撮影画像のノイズの発生を抑制することが可能な、新規かつ改良された撮像装置および撮像方法を提供することができる。

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、本明細書及び図面において、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、パルス発光する発光部の一例であるＬＥＤをフラッシュとして用いた場合に、ＣＣＤイメージセンサのように画面全体を同時に露光する撮像素子と、ＣＭＯＳイメージセンサのローリングモードのように水平ラインごとに露光のタイミングが異なる撮像素子とで画面に照射される光の違いについて説明する。図１は、撮像素子にＣＣＤイメージセンサを用いた場合の露光時間とＬＥＤのパルス発光との関係について示す説明図であり、図２は、ＣＭＯＳイメージセンサのローリングモードを用いた場合の露光時間とＬＥＤのパルス発光との関係について示す説明図である。

図１に示したように、撮像素子にＣＣＤイメージセンサを用いた場合のように、画面全体を同時に露光する場合に、ＬＥＤをフラッシュとして用いる場合には、水平ライン（Ｖ Ｌｉｎｅ）間で露光開始・終了のタイミングが同一であるため、画面全体で均一にＬＥＤからの光が照射された状態で画像を得ることができる。なお、ＶＤは垂直同期パルスを示しており、図１および図２の場合において、ＬＥＤは単一発光であっても、パルス発光であってもよい。

一方、図２に示したように、ＣＭＯＳイメージセンサのローリングモードを用いた場合においては、水平ラインごとに露光開始・終了のタイミングが異なる。図３では、水平ライン（Ｖ Ｌｉｎｅ）の数を１２ラインと仮定し、またＬＥＤの発光周期が露光時間に対して５／１２である場合について説明したものである。符号１１で示した平行四辺形で囲まれた範囲が露光範囲を表しており、また符号１２ａ〜１２ｅは、ＬＥＤのパルス発光によって光が照射される範囲を示している。

このように、水平ラインごとに露光開始・終了のタイミングが異なる場合にパルス発光すると、水平ライン間でＬＥＤからの照射量を積分したＬＥＤ照射量の積分値（以下、１つの水平ラインにおけるＬＥＤ照射量の積分値のことを単に「ＬＥＤ照射量」とも称する）に差が出てしまう。図２に示した例においては、一番上の水平ラインと一番下の水平ラインとの間でおよそ１ＶＤの時間差が生じる。そして、ＬＥＤの発光周期が露光時間に対して５／１２である場合には、水平ライン間のＬＥＤ照射量に９〜１０の間で差が生じる。水平ライン間でＬＥＤ照射量に差が出てしまうような状態で、例えば白一色の壁のような色が均一の被写体をＬＥＤで照射して撮影すると、図３に示したように輝度ムラによる横筋が生じる。

このような輝度ムラの発生を防ぐために、露光時間中ＬＥＤを点灯し続ける方法がある。図４は、露光時間中ＬＥＤを点灯し続けて被写体を照射する場合の、露光時間とＬＥＤのパルス発光との関係について示す説明図である。図４に示したように、ＣＭＯＳイメージセンサのローリングモードを用いた場合であっても、全ての水平ラインの露光時間においてＬＥＤを点灯し続けて被写体を照射することにより、ライン間でＬＥＤ照射量に差は生じなくなる。

しかし、現状ではＶＤ周期は１／３０秒〜１／６０秒に設定されるのが一般的である。この場合では、ＬＥＤを点灯させる時間はおよそ１／１５秒〜１／３０秒程度必要となる。ＬＥＤをこの時間中点灯し続けても損傷が起こらないようにするためには、ＬＥＤに流す電流の電流値に制限が大きく、大光量でＬＥＤを発光させることは困難である。

従って、本発明においては、被写体に均一に光を照射するように発光部の発光・非発光の１周期を制御することで、輝度ムラを抑制して横筋の発生を防ぐことを目的とする。以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。

（第１の実施形態）
続いて、本発明の第１の実施形態にかかる撮像装置、および撮像方法について説明する。図５は、本発明の第１の実施形態にかかる撮像装置の構成について示す説明図である。以下、図５を用いて本発明の第１の実施形態にかかる撮像装置の構成について詳細に説明する。

図５に示したように、本発明の第１の実施形態に係る撮像装置１００は、ズームレンズ１０２と、絞り１０４と、フォーカスレンズ１０６と、駆動装置１０２ａ、１０４ａ、１０６ａと、ＣＭＯＳイメージセンサ１０８と、アンプ一体型のＣＤＳ（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ Ｄｏｕｂｌｅ Ｓａｍｐｌｉｎｇ）回路１１０と、Ａ／Ｄ変換器１１２と、画像入力コントローラ１１４と、画像信号処理部１１６と、圧縮処理部１２０と、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）ドライバ１２２と、ＬＣＤ１２４と、制御部１２８と、操作部１３２と、メモリ１３４と、ＶＲＡＭ（Ｖｉｄｅｏ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１３６と、メディアコントローラ１３８と、記録メディア１４０と、モータドライバ１４２ａ、１４２ｂ、１４２ｃと、スイッチ１５４と、ＬＥＤドライバ１５６と、ＬＥＤ１５８と、を含んで構成される。

ズームレンズ１０２は、駆動装置１０２ａによって光軸方向に前後して移動させることで焦点距離が連続的に変化するレンズであり、被写体の大きさを変化して撮影する。絞り１０４は、画像を撮影する際に、駆動装置１０４ａによって、ＣＭＯＳイメージセンサ１０８に入ってくる光量を調節する。フォーカスレンズ１０６は、駆動装置１０６ａによって光軸方向に前後して移動させることで被写体のピントを調節するものである。本実施形態では、フォーカスレンズ１０６を遠距離から近距離に駆動させながら、複数の露光時間で露光制御することで合焦評価値を得る。

本実施形態においては、ズームレンズ１０２およびフォーカスレンズ１０６は１枚のみ示しているが、ズームレンズ１０２の枚数は２枚以上であってもよく、フォーカスレンズ１０６の枚数も２枚以上であってもよい。

ＣＭＯＳイメージセンサ１０８は、本発明のＸ−Ｙアドレス型撮像素子の一例であり、ズームレンズ１０２、絞り１０４およびフォーカスレンズ１０６から入射された光を電気信号に変換するための素子である。本実施形態においては電子シャッタによって入射光を制御して、電気信号を取り出す時間を調節しているが、メカシャッタを用いて入射光を制御して、電気信号を取り出す時間を調節してもよい。

ＣＤＳ回路１１０は、ＣＭＯＳイメージセンサ１０８から出力された電気信号の雑音を除去する、サンプリング回路の一種であるＣＤＳ回路と、雑音を除去した後に電気信号を増幅するアンプとが一体となった回路である。本実施形態ではＣＤＳ回路とアンプとが一体となった回路を用いて撮像装置１００を構成しているが、ＣＤＳ回路とアンプとを別々の回路で構成してもよい。

Ａ／Ｄ変換器１１２は、ＣＭＯＳイメージセンサ１０８で生成された電気信号をデジタル信号に変換して、画像の生データを生成するものである。

画像入力コントローラ１１４は、Ａ／Ｄ変換器で生成された画像の生データのメモリ１３４への入力を制御するものである。

画像信号処理部１１６は、ＣＭＯＳイメージセンサ１０８から得られる画像の生データに対して、光量のゲイン補正やホワイトバランスを調整するものである。画像信号処理部１１６は、本発明の露光データ取得部としての機能を有しており、撮影した画像の露光データを取得する。露光データには合焦評価値（ＡＦ評価値）やＡＥ（Ａｕｔｏ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ；自動露光）評価値を含んでおり、画像信号処理部１１６において合焦評価値やＡＥ評価値を算出する。

圧縮処理部１２０は、画像信号処理部１１６で光量のゲイン補正やホワイトバランスの調整が行われた画像を、適切な形式の画像データに圧縮する。画像の圧縮形式は可逆形式であっても非可逆形式であってもよい。適切な形式の例として、ＪＰＥＧ（Ｊｏｉｎｔ Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃ Ｅｘｐｅｒｔｓ Ｇｒｏｕｐ）形式やＪＰＥＧ２０００形式に変換してもよい。

ＬＣＤ１２４は、撮影操作する前のライブビュー表示や、撮像装置１００の各種設定画面や、撮影した画像を表示する。画像データや撮像装置１００の各種情報のＬＣＤ１２４への表示は、ＬＣＤドライバ１２２を介して行われる。

制御部１２８は、ＣＭＯＳイメージセンサ１０８やＣＤＳ回路１１０などに対して信号系の命令を行ったり、操作部１３２の操作に対する操作系の命令を行ったりする。本実施形態においては、制御部を１つだけ含んでいるが、信号系の命令と操作系の命令とを別々の制御部で（例えば、ＣＰＵとＤＳＰに分けて）行うようにしてもよい。

操作部１３２は、撮像装置１００の操作を行ったり、撮影時の各種の設定を行ったりするための部材が配置されている。操作部１３２に配置される部材には、電源ボタン、撮影モードや撮影ドライブモードの選択および効果パラメータを設定する十字キーおよび選択ボタン、被写体の撮影動作を開始するシャッタボタン等を含んでいてもよい。

メモリ１３４は、撮影した画像を一時的に記憶するものである。メモリ１３４は、複数の画像を記憶できるだけの記憶容量を有している。メモリ１３４への画像の読み書きは画像入力コントローラ１１４によって制御される。メモリ１３４としては、例えば、図５に示したようにＳＤＲＡＭ（Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）を用いてもよい。

ＶＲＡＭ１３６は、ＬＣＤ１２４に表示する内容を保持するものであり、ＬＣＤ１２４の解像度や最大発色数はＶＲＡＭ１３６の容量に依存する。

記録メディア１４０は、画像記録部の一例であり、撮影した画像や画像合成部１１８で合成した画像を記録するものである。記録メディア１４０への入出力は、メディアコントローラ１３８によって制御される。記録メディア１４０には、フラッシュメモリにデータを記録するカード型の記憶装置であるメモリカードを用いることができる。

モータドライバ１４２ａ、１４２ｂ、１４２ｃはズームレンズ１０２、絞り１０４およびフォーカスレンズ１０６を動作させる駆動装置１０２ａ、１０４ａ、１０６ａを制御する。モータドライバ１４２ａ、１４２ｂ、１４２ｃを介してズームレンズ１０２、絞り１０４およびフォーカスレンズ１０６を動作させることで、被写体の大きさや光の量、ピントを調節する。

スイッチ１５４は、制御部１２８から送られるパルスのＨＩＧＨ・ＬＯＷ状態に基づいてオン・オフを行って、ＬＥＤドライバ１５６からＬＥＤ１５８への電流の供給を制御するものである。ＬＥＤドライバ１５６は、ＬＥＤ１５８に対して電流を供給するものである。ＬＥＤ１５８は、本発明の発光部の一例であり、ＬＥＤドライバ１５６からの電流の供給を受けて発光するものである。そして、ＬＥＤ１５８の発光タイミングはスイッチ１５４のオン・オフによって制御される。

なお、スイッチ１５４にはパルスのＨＩＧＨ・ＬＯＷ状態でオン・オフが切り替わるようなトランジスタを用いてもよく、ＬＥＤドライバ１５６は定電圧を出力するように動作するものであってもよく、定電力で動作するものであってもよい。また、ＬＥＤ１５８は、同一の色を発するものを１つだけ設けてもよく、同一の色を発するものを複数設けてもよい。さらに、本発明の撮像装置は異なる色で発光するＬＥＤをさらに設けてもよく、その場合にはスイッチ１５４を色ごとに複数設けてもよい。

上述した制御部１２８は、タイミングジェネレータ（ＴＧ）１４４と、適正ＡＥ算出部１４６と、露光制御部１４８と、ＬＥＤパルス仕様決定部１５０と、ＡＷＢ（Ａｕｔｏ Ｗｈｉｔｅ Ｂａｌａｎｃｅ）決定部１５１と、ＰＷＭ１５２と、を含んで構成される。

タイミングジェネレータ１４４は、ＣＭＯＳイメージセンサ１０８にタイミング信号を入力する。タイミングジェネレータ１４４からのタイミング信号によりシャッタ速度が決定される。つまり、タイミングジェネレータ１４４からのタイミング信号によりＣＭＯＳイメージセンサ１０８の駆動が制御され、ＣＭＯＳイメージセンサ１０８が駆動する時間内に被写体からの映像光を入射することで、画像データの基となる電気信号が生成される。

適正ＡＥ算出部１４６は、撮像装置１００で自動露光を行い、ＥＶ（Ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ｖａｌｕｅ）値を取得する。取得したＥＶ値に基づいて、適正な露光時間およびシャッタ速度の組が決まる。ＥＶ値は、絞り値がＦ１、シャッタ速度が１秒の時に適切な露出が得られる光量をＥＶ＝０とし、絞り値やシャッタ速度を変化させることでＥＶ値が変化する。ＥＶ値は、Ｆを絞り値、Ｔをシャッタ速度として、ＥＶ＝ｌｏｇ_２（Ｆ^２／Ｔ）で求めることができる。従って、同じ絞り値ではシャッタ速度が高速になればなる程、ＥＶ値が上昇し、同じシャッタ速度では絞り値を大きくすればする程、ＥＶ値が上昇する。

露光制御部１４８は、適正ＡＥ算出部１４６で算出した露光時間に基づいて、被写体を撮影する際の露光時間を決定する。決定した露光時間に基づいて、被写体からの映像光のＣＭＯＳイメージセンサ１０８への入射時間を制御する。

ＬＥＤパルス仕様決定部１５０は、本発明の発光時間制御部の一例であり、ＬＥＤ１５８を発光させるためにスイッチ１５４をオン・オフするパルスの仕様を決定するものである。ＬＥＤパルス仕様決定部１５０では、パルスの仕様を、適正ＡＥ算出部１４６で取得したＥＶ値やＡＷＢ決定部１５１で決定する適切な色状態に基づいて決定する。ＰＷＭ１５２は、ＬＥＤパルス仕様決定部１５０で決定されたパルスの仕様に基づいて、スイッチ１５４に対して出力するパルス幅を制御するものである。

以上、本発明の第１の実施形態にかかる撮像装置１００の構成について説明した。次に、本発明の第１の実施形態にかかるパルス仕様決定方法について説明する。

図６は、本発明の第１の実施形態にかかる、ＬＥＤパルス仕様決定部１５０におけるパルス仕様決定方法について説明する流れ図である。以下、図６を用いて本発明の第１の実施形態にかかる、ＬＥＤパルス仕様決定部１５０におけるパルス仕様決定方法について説明する。

ＬＥＤパルス仕様決定部１５０においてパルスの仕様を決定するには、まず被写体の撮影に必要な露出時間（シャッタ速度）を入手する（ステップＳ１０２）。被写体の撮影に必要な露出時間は、適正ＡＥ算出部１４６が取得する。被写体の撮影に必要な露出時間を入手すると、続いてＬＥＤ１５８の必要発光量を入手する（ステップＳ１０４）。異なる波長で発光するＬＥＤ、つまり異なる色で発光するＬＥＤが複数存在する場合には、各色についてＬＥＤ１５８の必要発光量を入手する。

ＬＥＤ１５８の必要発光量の入手が完了すると、続いて、ＬＥＤ１個あたりの必要発光量を算出する（ステップＳ１０６）。異なる色で発光するＬＥＤが複数存在する場合には、ＬＥＤ１個あたりの必要発光量を色別に算出する。

ＬＥＤ１個あたりの必要発光量の算出が完了すると、続いて、ＬＥＤパルス仕様決定部１５０でパルスの仕様を決定するが、パルスの仕様の決定前に、まず同じ色で発光するＬＥＤ１５８が複数存在するかどうか確認する（ステップＳ１０８）。同じ色で発光するＬＥＤ１５８が複数存在する場合には、色ごとにＬＥＤ１５８をグループ化し（ステップＳ１１０）、ＬＥＤパルス仕様決定部１５０においてグループ単位でパルス仕様（例えば、パルス周波数、デューティ比、および１パルスあたりの発光量）を決定する（ステップＳ１１２）。一方、同じ色で発光するＬＥＤ１５８が１つだけである場合には、ＬＥＤパルス仕様決定部１５０において色単位でパルス仕様（例えば、パルス周波数、デューティ比、および１パルスあたりの発光量）を決定する（ステップＳ１１４）。

そして、上記ステップＳ１１２およびステップＳ１１４でＬＥＤパルス仕様決定部１５０が決定したパルスの仕様をＬＥＤドライバ１５６に転送する（ステップＳ１１６）。ＬＥＤパルス仕様決定部１５０が決定したパルスの仕様の転送を受けたＬＥＤドライバ１５６は、仕様に基づいてＬＥＤ１５８の発光を制御する。本実施形態においては、ＬＥＤパルス仕様決定部１５０で決定されたパルスによってスイッチ１５４のオン・オフを繰り返すことで、ＬＥＤドライバ１５６からＬＥＤ１５８への電流の供給を制御することになる。

本発明においては、パルスの周期をＣＭＯＳイメージセンサ１０８への露光時間の１／ｎ（ｎは１以上の整数）とすることで、各水平ラインにおけるＬＥＤ１５８の照射量の積分量を一定にする。パルスの周期をＣＭＯＳイメージセンサ１０８への露光時間の１／ｎにして、各水平ラインにおけるＬＥＤ１５８の照射量の積分量を一定とすることで、被写体を撮影して得られる画像における横筋のノイズの発生を防ぐことが出来る。なお、パルス周期の決定の際には、撮像装置１００が要求する光量の獲得、ＬＥＤ１５８の耐久性（破壊や劣化を起こさない１パルスあたりの発光量、周波数）、発光効率の最適化（消費電力が少なくなるようなデューティ比や１パルスあたりの発光量を選択）等を考慮して、最終的にパルス周期を決定してもよい。

以下において、ＬＥＤ１５８のパルス発光の周期をＣＭＯＳイメージセンサ１０８への露光時間の１／ｎに設定した場合の露光時間とＬＥＤ１５８のパルス発光との関係について、例を挙げて説明する。

図７〜図１１は、本発明の第１の実施形態にかかる撮像装置において、ＬＥＤ１５８のパルス発光の周期をＣＭＯＳイメージセンサ１０８への露光時間の１／ｎに設定した場合の露光時間とＬＥＤ１５８のパルス発光との関係について示す説明図である。図７〜図１１は、いずれも１つの水平ラインの露光時間がＶＤ周期と一致している場合について示したものである。また、水平ラインの数はいずれも１２本と仮定して説明するが、本発明においては水平ラインの数はかかる例に限られないことは言うまでもない。また、設定するパルスの周期やデューティ比はかかる例に限られないことも言うまでもなく、ＬＥＤ１５８のパルス発光の周期がＣＭＯＳイメージセンサ１０８への露光時間の１／ｎとなるように設定すればデューティ比は図７〜図１１に示したもの以外のパターンを設定可能である。

まず図７を用いて説明すると、図７では、パルスの周期を露光時間の１／６となるように設定している。その結果、各水平ラインに対する照射量の積分値はいずれも６となり、画面全体に均一にＬＥＤ１５８からの光が照射されていることが分かる。

図８では、パルスの周期を露光時間の１／３となるように設定している。その結果、各水平ラインに対する照射量の積分値はいずれも３となり、画面全体に均一にＬＥＤ１５８からの光が照射されていることが分かる。また、図９では、図８と同様にパルスの周期を露光時間の１／３となるように設定しているが、デューティ比が図８とは異なっている。この場合であっても、各水平ラインに対する照射量の積分値はいずれも９となり、画面全体に均一にＬＥＤ１５８からの光が照射されていることが分かる。

図１０では、パルスの周期を露光時間の１／４となるように設定している。その結果、各水平ラインに対する照射量の積分値はいずれも８となり、画面全体に均一にＬＥＤ１５８からの光が照射されていることが分かる。図１１では、パルスの周期を露光時間の１／２となるように設定している。その結果、各水平ラインに対する照射量の積分値はいずれも１０となり、画面全体に均一にＬＥＤ１５８からの光が照射されていることが分かる。

このように、１つの水平ラインの露光時間がＶＤ周期と一致している場合に、ＬＥＤ１５８のパルス発光の周期をＣＭＯＳイメージセンサ１０８への露光時間の１／ｎに設定したときは、画面全体に均一にＬＥＤ１５８からの光が照射されることになる。画面全体に均一にＬＥＤ１５８からの光が照射されることで、撮影される画像の輝度ムラを抑制して横筋の発生を防ぐことができる。

図１２〜図１６は、本発明の第１の実施形態にかかる撮像装置１００において、ＬＥＤ１５８のパルス発光の周期をＣＭＯＳイメージセンサ１０８への露光時間の１／ｎに設定した場合の露光時間とＬＥＤ１５８のパルス発光との関係について示す説明図である。図１２〜図１６は、いずれも１つの水平ラインの露光時間がＶＤ周期未満である場合について示したものである。ここでも、上記と同様に水平ラインの数はいずれも１２本と仮定して説明するが、本発明においては水平ラインの数はかかる例に限られないことは言うまでもない。また、設定するパルスの周期やデューティ比はかかる例に限られないことも言うまでもなく、ＬＥＤ１５８のパルス発光の周期がＣＭＯＳイメージセンサ１０８への露光時間の１／ｎとなるように設定すればデューティ比は図１２〜図１６に示したもの以外のパターンを設定可能である。

まず図１２を用いて説明すると、図１２では、パルスの周期をＣＭＯＳイメージセンサ１０８への露光時間の１／１となるように設定している。その結果、各水平ラインに対する照射量の積分値はいずれも１となり、画面全体に均一にＬＥＤ１５８からの光が照射されていることが分かる。また、図１３では、図１２と同様にパルスの周期をＣＭＯＳイメージセンサ１０８への露光時間の１／１となるように設定しているが、デューティ比が図１２とは異なっている。その結果、各水平ラインに対する照射量の積分値はいずれも１となり、画面全体に均一にＬＥＤ１５８からの光が照射されていることが分かる。さらに、図１４でも、図１２および図１３と同様にパルスの周期をＣＭＯＳイメージセンサ１０８への露光時間の１／１となるように設定しているが、デューティ比が図１２および図１３とは異なっている。その結果、各水平ラインに対する照射量の積分値はいずれも２となり、画面全体に均一にＬＥＤ１５８からの光が照射されていることが分かる。

図１５では、パルスの周期をＣＭＯＳイメージセンサ１０８への露光時間の１／２となるように設定している。その結果、各水平ラインに対する照射量の積分値はいずれも１となり、画面全体に均一にＬＥＤ１５８からの光が照射されていることが分かる。図１６では、パルスの周期をＣＭＯＳイメージセンサ１０８への露光時間の１／３となるように設定している。その結果、各水平ラインに対する照射量の積分値はいずれも４となり、画面全体に均一にＬＥＤ１５８からの光が照射されていることが分かる。

このように、１つの水平ラインの露光時間がＶＤ周期未満である場合であっても、ＬＥＤ１５８のパルス発光の周期をＣＭＯＳイメージセンサ１０８への露光時間の１／ｎに設定したときは、画面全体に均一にＬＥＤ１５８からの光が照射されることになる。画面全体に均一にＬＥＤ１５８からの光が照射されることで、撮影される画像の輝度ムラを抑制して横筋の発生を防ぐことができる。

次に、ＬＥＤ１５８のパルス発光の周期をＣＭＯＳイメージセンサ１０８への露光時間のｋ／ｎ（ｋは２以上の整数であり、ｎの倍数ではないもの）に設定した場合の露光時間とＬＥＤ１５８のパルス発光との関係について、例を挙げて説明する。

図１７〜図１９は、ＬＥＤ１５８のパルス発光の周期をＣＭＯＳイメージセンサ１０８への露光時間のｋ／ｎに設定した場合の露光時間とＬＥＤ１５８のパルス発光との関係について示す説明図である。図１７では、パルスの周期をＣＭＯＳイメージセンサ１０８への露光時間の４／３となるように設定している。その結果、各水平ラインに対する照射量の積分値は水平ライン間で２〜２．５の間で異なっており、画面全体に均一にＬＥＤ１５８からの光が照射されていないことが分かる。

また、図１８では、パルスの周期をＣＭＯＳイメージセンサ１０８への露光時間の３／４となるように設定している。その結果、各水平ラインに対する照射量の積分値は水平ライン間で１〜１．５の間で異なっており、画面全体に均一にＬＥＤ１５８からの光が照射されていないことが分かる。図１９では、パルスの周期をＣＭＯＳイメージセンサ１０８への露光時間の３／２となるように設定している。その結果、この場合においても各水平ラインに対する照射量の積分値は水平ライン間で１〜１．５の間で異なっており、画面全体に均一にＬＥＤ１５８からの光が照射されていないことが分かる。

従って、ＬＥＤ１５８のパルス発光の周期をＣＭＯＳイメージセンサ１０８への露光時間の１／ｎではなくｋ／ｎに設定した場合では、各水平ラインに対する照射量の積分値は水平ライン間で異なるため、画面全体に均一にＬＥＤ１５８からの光を照射できないことが分かる。

なお、異なる波長で発光するＬＥＤを複数組み合わせてフラッシュを構成した場合であっても、各ＬＥＤのパルス発光の周期の決定方法は、上述のように露光時間の１／ｎに設定することで、画面全体に複数のＬＥＤからの光を照射できる。図２０は、本発明の第１の実施形態にかかる撮像装置１００において、異なる３つの波長で発光するＬＥＤ１５８のパルス発光の周期を、それぞれ露光時間の１／ｎとなるように設定した場合の露光時間とＬＥＤ１５８のパルス発光との関係について示す説明図である。図２０は、１つの水平ラインの露光時間がＶＤ周期と一致している場合について示したものである。また、水平ラインの数はいずれも１２本と仮定して説明するが、本発明においては水平ラインの数はかかる例に限られないことは言うまでもない。また、設定するパルスの周期やデューティ比はかかる例に限られないことも言うまでもなく、各ＬＥＤのパルス発光の周期が１水平ラインあたりの露光時間の１／ｎとなるように設定すればデューティ比は図２０に示したもの以外のパターンを、それぞれ独立して設定可能である。

図２０では、赤色で発光するＬＥＤをＬＥＤ１、緑色で発光するＬＥＤをＬＥＤ２、青色で発光するＬＥＤをＬＥＤ３とし、それぞれパルス発光の周期がＣＭＯＳイメージセンサ１０８への露光時間の１／４、１／３、１／２となるように設定した場合について示している。その結果、各水平ラインに対するＬＥＤ１からの照射量の積分値は８、ＬＥＤ２からの照射量の積分値は３、ＬＥＤ３からの照射量の積分値は１０となり、いずれのＬＥＤから発光される光も画面全体に均一に照射されていることが分かる。

なお、各ＬＥＤのパルス発光の周期は、撮像装置１００を用いて撮影する撮影環境や、撮像装置１００のＣＭＯＳイメージセンサ１０８の分光特性などを鑑みて、ホワイトバランスの演算に有利となるように色ごとの積分値を決定することが好ましい。

以上、本発明の第１の実施形態にかかる、ＬＥＤパルス仕様決定部１５０におけるパルス仕様決定方法について説明した。

以上説明したように、本発明の第１の実施形態によれば、ＣＭＯＳイメージセンサのローリングモードのように、ライン間で露光タイミングが異なる撮像素子を用いる場合であっても、ＬＥＤのパルス発光の周期を１水平ラインあたりの露光時間の１／ｎとなるように設定することで、パルス発光する発光部からの光を画面全体で均一に照射することができる。そして、パルス発光する発光部からの光を画面全体で均一に照射できるので、撮影画像のノイズの発生を抑制することが可能となる。さらに、全ての水平ラインを露光している間、常にＬＥＤを発光させる必要が無いので、ＬＥＤの損傷を抑えたり、ＬＥＤをフラッシュとして使用した場合でも大きな光量で被写体を照射したりすることが可能となる。

（第２の実施形態）
本発明の第１の実施形態では、同一の波長で発光するＬＥＤを１つ設けてＬＥＤのパルス発光の周期を１水平ラインあたりの露光時間の１／ｎとなるように設定する、撮像装置および撮像方法について説明した。しかし、同一の波長で発光するＬＥＤが１つだけでは、被写体を照射するために十分な光量が得られない場合が考えられる。そこで、本発明の第２の実施形態では、同一の波長で発光するＬＥＤを複数個用意してフラッシュとして用いて、被写体を照射する撮像装置および撮像方法について説明する。

本発明の第２の実施形態にかかる撮像装置は、本発明の第１の実施形態にかかる撮像装置１００と比較して、ＬＥＤを複数設けている点を除いて構成はほぼ同一であるため詳細な説明は省略する。以下では、本発明の第２の実施形態にかかる撮像装置において、複数のＬＥＤのパルス発光の周期をＣＭＯＳイメージセンサ１０８への露光時間の１／ｎに設定した場合の露光時間とＬＥＤのパルス発光との関係について説明する。

図２１は、本発明の第２の実施形態にかかる撮像装置において、複数のＬＥＤのパルス発光の周期をＣＭＯＳイメージセンサ１０８への露光時間の１／ｎに設定した場合の露光時間とＬＥＤのパルス発光との関係について説明する説明図である。図２１では、１つの水平ラインの露光時間がＶＤ周期未満である場合について示したものであるが、本発明はかかる例に限られず、１つの水平ラインの露光時間がＶＤ周期と同一であってもよい。ここでも、上記と同様に水平ラインの数はいずれも１２本と仮定して説明するが、本発明においては水平ラインの数はかかる例に限られないことは言うまでもない。また、設定するパルスの周期やデューティ比はかかる例に限られないことも言うまでもなく、ＬＥＤのパルス発光の周期がＣＭＯＳイメージセンサ１０８への露光時間の１／ｎとなるように設定すればデューティ比は図２１に示したもの以外のパターンを設定可能である。

図２１を用いて説明すると、図１２では、各ＬＥＤのパルスの周期をＣＭＯＳイメージセンサ１０８への露光時間の１／１となるように設定している。そして、それぞれのＬＥＤを同一のタイミングで発光させるように駆動すると、瞬間的に流れる電流値が一気に高まるため、スイッチ１５４やＬＥＤドライバ１５６にかかる負荷が大きくなる。そのため、各ＬＥＤ間のパルス発光の位相をずらすことで流れる電流値を平均化し、回路への負担を軽減させてもよい。その結果、各水平ラインに対する照射量の積分値はいずれも３となり、画面全体に均一にＬＥＤからの光が照射されていることが分かる。

なお、１パルスあたりの発光量を多くすると、図２２に示したように、発光量はパルス波形のような矩形にはならず、立ち上がり時にオーバーシュートが発生するおそれがある。このオーバーシュートによるムラを軽減するためには、露光時間に対するパルス周期を短くすること以外にも、複数のＬＥＤをグループ分けして、グループ間で位相をずらして発光制御を行ってもよい。複数のＬＥＤをグループ分けして、グループ間で位相をずらして発光制御することで、画面全体にオーバーシュートの影響を分散させることができる。

また、この本発明の第２の実施形態では、同一波長で発光する複数のＬＥＤをフラッシュとして用いたが、同一波長で発光する複数のＬＥＤを一つのＬＥＤ群として、それぞれ異なる波長で発光する複数のＬＥＤ群をフラッシュとして用いた場合でも、同じように各ＬＥＤの発光タイミングをずらすことで画面全体に均一にＬＥＤからの光を照射することができる。なお、この場合にはＬＥＤ群単位で独立して発光制御を行ってもよい。

以上説明したように、本発明の第２の実施形態によれば、ＣＭＯＳイメージセンサのローリングモードのように、ライン間で露光タイミングが異なる撮像素子を用いる場合であっても、同一波長で発光する複数のＬＥＤのパルス発光の周期を１水平ラインあたりの露光時間の１／ｎとなるように設定し、ＬＥＤ間でパルスの位相をずらして発光することで、パルス発光する発光部からの光を画面全体で均一に照射することができる。そして、パルス発光する発光部からの光を画面全体で均一に照射できるので、撮影画像のノイズの発生を抑制することが可能となる。さらに、全ての水平ラインを露光している間、常にＬＥＤを発光させる必要が無いので、ＬＥＤの損傷を抑えたり、ＬＥＤをフラッシュとして使用した場合でも大きな光量で被写体を照射したりすることが可能となる。

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、本発明は係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。

例えば、制御部１２８とＬＥＤドライバ１５６との間に通信機能を設け、制御部１２８から予め送られた指示に基づき、ＬＥＤドライバ１５６は複数の発光パターンを生成して出力してもよい。そして、この場合には、スイッチ１５４はＬＥＤ１５８の発光の開始と終了のみの制御を行ってもよい。

また例えば、上記実施形態では全ての水平ラインを一度に同時に露光できる期間が存在しない場合について説明したが、ＶＤの周期が短くなると、手ブレを起こしにくいシャッタ速度でも全ての水平ラインを一度に同時に露光できる期間が存在する場合も考えられる。この場合には、全ての水平ラインを一度に同時に露光できる期間においてＬＥＤからの発光量が十分確保できると判断したときは、当該期間においてＬＥＤから発光するように発光制御を行い、ＬＥＤからの発光量が十分確保できないと判断したときは、上記実施形態にようにＬＥＤの発光時間を制御してもよい。

本発明は、撮像装置および撮像方法に適用可能であり、特にＸ−Ｙアドレス型撮像素子を備え、ＬＥＤのようにパルス発光する発光手段をフラッシュとして用いる撮像装置および撮像方法に適用可能である。

撮像素子にＣＣＤイメージセンサを用いた場合の露光時間とＬＥＤのパルス発光との関係について示す説明図である。 ＣＭＯＳイメージセンサのローリングモードを用いた場合の露光時間とＬＥＤのパルス発光との関係について示す説明図である。 水平ラインごとに露光開始・終了のタイミングが異なる場合について説明する説明図である。 露光時間中ＬＥＤを点灯し続けて被写体を照射する場合の、露光時間とＬＥＤのパルス発光との関係について示す説明図である。 本発明の第１の実施形態にかかる撮像装置の構成について示す説明図である。 本発明の第１の実施形態にかかる、ＬＥＤパルス仕様決定部１５０におけるパルス仕様決定方法について説明する流れ図である。 本発明の第１の実施形態にかかる撮像装置における露光時間とＬＥＤのパルス発光との関係について示す説明図である。 本発明の第１の実施形態にかかる撮像装置における露光時間とＬＥＤのパルス発光との関係について示す説明図である。 本発明の第１の実施形態にかかる撮像装置における露光時間とＬＥＤのパルス発光との関係について示す説明図である。 本発明の第１の実施形態にかかる撮像装置における露光時間とＬＥＤのパルス発光との関係について示す説明図である。 本発明の第１の実施形態にかかる撮像装置における露光時間とＬＥＤのパルス発光との関係について示す説明図である。 本発明の第１の実施形態にかかる撮像装置における露光時間とＬＥＤのパルス発光との関係について示す説明図である。 本発明の第１の実施形態にかかる撮像装置における露光時間とＬＥＤのパルス発光との関係について示す説明図である。 本発明の第１の実施形態にかかる撮像装置における露光時間とＬＥＤのパルス発光との関係について示す説明図である。 本発明の第１の実施形態にかかる撮像装置における露光時間とＬＥＤのパルス発光との関係について示す説明図である。 本発明の第１の実施形態にかかる撮像装置における露光時間とＬＥＤのパルス発光との関係について示す説明図である。 ＬＥＤのパルス発光の周期を露光時間のｋ／ｎに設定した場合の露光時間とＬＥＤのパルス発光との関係について示す説明図である。 ＬＥＤのパルス発光の周期を露光時間のｋ／ｎに設定した場合の露光時間とＬＥＤのパルス発光との関係について示す説明図である。 ＬＥＤのパルス発光の周期を露光時間のｋ／ｎに設定した場合の露光時間とＬＥＤのパルス発光との関係について示す説明図である。 本発明の第１の実施形態にかかる撮像装置における露光時間とＬＥＤのパルス発光との関係について示す説明図である。 本発明の第２の実施形態にかかる撮像装置における露光時間とＬＥＤのパルス発光との関係について示す説明図である。 １パルスあたりの発光量を多くした場合に生じるオーバーシュートの例について示す説明図である。

符号の説明

１００ 撮像装置
１０２ ズームレンズ
１０４ 絞り
１０６ フォーカスレンズ
１０２ａ、１０４ａ、１０６ａ 駆動装置
１０８ ＣＭＯＳイメージセンサ
１１０ ＣＤＳ回路
１１２ Ａ／Ｄ変換器
１１４ 画像入力コントローラ
１１６ 画像信号処理部
１２０ 圧縮処理部
１２２ ＬＣＤドライバ
１２４ ＬＣＤ
１２８ 制御部
１３２ 操作部
１３４ メモリ
１３６ ＶＲＡＭ
１３８ メディアコントローラ
１４０ 記録メディア
１４４ タイミングジェネレータ
１４６ 適正ＡＥ算出部
１４８ 露光制御部
１５０ ＬＥＤパルス仕様決定部
１５１ ＡＷＢ決定部
１５２ ＰＷＭ
１５４ スイッチ
１５６ ＬＥＤドライバ
１５８ ＬＥＤ

Claims (12)

1. Ｘ−Ｙアドレス型撮像素子を備え、前記Ｘ−Ｙアドレス型撮像素子に露光して被写体を撮像する撮像装置であって、
   撮像操作に連動して、前記被写体に向けて発光・非発光を繰り返すパルス発光部と、
   前記パルス発光部の発光・非発光の１周期を前記Ｘ−Ｙアドレス型撮像素子への露光時間の１／ｎ（ｎは１以上の整数）となるように発光制御する発光時間制御部と、
   を含むことを特徴とする、撮像装置。
2. 前記発光時間制御部は、前記Ｘ−Ｙアドレス型撮像素子の露光タイミングを水平ラインごとに異なるように露光する場合に前記パルス発光部に対して発光制御することを特徴とする、請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記発光時間制御部は、露光期間中に前記パルス発光部に対して発光制御することを特徴とする、請求項１または２に記載の撮像装置。
4. 前記発光時間制御部は、前記被写体の撮像に要する露光量に基づいて、前記パルス発光部に対して発光制御することを特徴とする、請求項１または２に記載の撮像装置。
5. 前記パルス発光部は、同一の、またはそれぞれ異なる波長で発光する複数の発光部でなり、
   前記発光時間制御部は、同一の、またはそれぞれ異なる波長で発光する各前記発光部に対して独立して発光・非発光の１周期を制御することを特徴とする、請求項１に記載の撮像装置。
6. 各前記発光部は、同一の波長で発光する場合、それぞれ異なる位相で発光することを特徴とする、請求項５に記載の撮像装置。
7. 前記発光時間制御部は、前記Ｘ−Ｙアドレス型撮像素子の露光タイミングを水平ラインごとに異なるように露光する場合に各前記発光部に対して発光制御することを特徴とする、請求項５または６に記載の撮像装置。
8. 前記発光時間制御部は、露光期間中に各前記発光部に対して発光制御することを特徴とする、請求項５〜７のいずれかに記載の撮像装置。
9. 前記発光時間制御部は、被写体の撮像に要する露光量に基づいて、各前記発光部に対して発光制御することを特徴とする、請求項５〜７のいずれかに記載の撮像装置。
10. 前記発光時間制御部は、各前記発光部に対して発光・非発光の１周期が異なるように制御することを特徴とする、請求項５または６に記載の撮像装置。
11. 前記発光時間制御部は、各前記発光部に対してデューティ比が異なるように制御することを特徴とする、請求項５または６に記載の撮像装置。
12. Ｘ−Ｙアドレス型撮像素子に露光して被写体を撮像する撮像方法であって、
    撮像操作に連動して、前記被写体に向けて発光・非発光を繰り返すパルス発光ステップと、
    前記パルス発光ステップの発光・非発光の１周期を露光時間の１／ｎ（ｎは１以上の整数）となるように発光制御する発光時間制御ステップと、
    を含むことを特徴とする、撮像方法。

Images