JP2010199930A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ローリングシャッター制御する場合のフリッカに起因する色の不具合を適切に抑制する撮像装置を提供すること。
【解決手段】撮像装置は、複数の電荷蓄積型光電変換素子が第１方向と該第１方向と交差する第２方向とに配列された撮像素子４０９と、第１方向に沿った複数の電荷蓄積型光電変換素子からなる第１素子列と第２方向の異なる位置で第１方向に沿った複数の電荷蓄積型光電変換素子からなる第２素子列とを異なるタイミングで蓄積制御するローリングシャッター制御手段４０７、４０８と、撮像素子４０９に入射する光に含まれる複数の色成分ごとの発光周期を示すタイミングを検出する検出手段４０７と、検出手段４０７による検出タイミングに基づいて、ローリングシャッター制御手段４０８に蓄積制御を開始させる開始指示手段４０７とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、撮像装置に関する。

商用交流電源によって点灯制御される蛍光灯などの照明下において、撮像素子のライン間で露光タイミングが異なる方式で撮像する場合に生じるフリッカ補正を行う技術が知られている（特許文献１参照）。

特開２００８−１０９３７０号公報

フリッカによる影響を受けた後から補正する場合、補正演算のための負荷が大きくなるという問題があった。

本発明による撮像装置は、複数の電荷蓄積型光電変換素子が第１方向と該第１方向と交差する第２方向とに配列された撮像素子と、第１方向に沿った複数の電荷蓄積型光電変換素子からなる第１素子列と２方向の異なる位置で第１方向に沿った複数の電荷蓄積型光電変換素子からなる第２素子列とを異なるタイミングで蓄積制御するローリングシャッター制御手段と、撮像素子に入射する光に含まれる複数の色成分ごとの発光周期を示すタイミングを検出する検出手段と、検出手段による検出タイミングに基づいて、ローリングシャッター制御手段に蓄積制御を開始させる開始指示手段とを備えることを特徴とする。

本発明による撮像装置では、ローリングシャッター制御する場合のフリッカに起因する色の不具合を適切に抑制できる。

本発明の一実施の形態による電子カメラの要部構成を説明する図である。 蛍光灯による照明光の光量特性を例示する図である。 シャッター制御に必要な構成を例示する図である。 シャッター制御を説明するタイムチャートである。 ローリングシャッター制御を例示する拡大図である。

以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。図１は、本発明の一実施の形態による電子カメラの要部構成を説明する図である。図１において、カメラ本体１００に対して着脱可能に構成されるレンズ鏡筒２００が装着されている。

被写体からの光は、レンズ鏡筒２００の撮影光学系１および絞り２を介してカメラ本体１００へ入射される。カメラ本体１００に入射した被写体光は、レリーズ前は破線で示すように位置するクイックリターンミラー（以下メインミラーと呼ぶ）３で上方のファインダー部へ導かれて拡散スクリーン６に結像する。また、カメラ本体１００に入射した被写体光の一部はサブミラー４で下方へ反射され、測距素子５にも入射する。測距素子５は、レンズ鏡筒２００による焦点調節状態を検出する焦点検出処理において用いられる。

拡散スクリーン６に結像した被写体光はさらに、コンデンサレンズ７を介してペンタプリズム８へ入射する。ペンタプリズム８は、入射された被写体光を接眼レンズ９へ導く。

レリーズ後はメインミラー３が実線で示される位置へ回動し、被写体光はフォーカルプレーンシャッター１４を介して撮像素子１５へ導かれ、撮像面上に被写体像を結ぶ。撮像素子１５は、たとえば、画素に対応する複数の電荷蓄積型の光電変換素子を備えたＣＭＯＳイメージセンサによって構成される。撮像素子１５は、撮像面上の被写体像を撮像し、被写体像の明るさに応じた光電変換信号を出力する。

撮像素子１５は電子シャッター機能を有しており、いわゆるローリングシャッターによって各画素の露光制御を行う。ローリングシャッターでは、画素の露光・読出しタイミング（蓄積制御のタイミング）が撮像面における水平方向の画素並び（水平ライン）ごとに異なっている。シャッター制御の詳細については後述する。

光センサ１０は、Ｒ色成分を透過して他の色成分を遮断するフィルタを通して外部の光を受光するフォトトランジスタによって構成される。光センサ１１は、Ｇ色成分を透過して他の色成分を遮断するフィルタを通して外部の光を受光するフォトトランジスタによって構成される。光センサ１２は、Ｂ色成分を透過して他の色成分を遮断するフィルタを通して外部の光を受光するフォトトランジスタによって構成される。

本実施形態の電子カメラは、蛍光灯による照明光のもとでの撮影画像に生じる色つき防止を図る。この場合の蛍光灯は、商用周波数の交流電源を用いて点灯制御される（非インバータ方式）ものをいう。つまり、商用周波数の２倍の周波数（たとえば、商用周波数５０Ｈｚの場合に１００Ｈｚ）で点滅を繰り返す蛍光灯である。

図２は、蛍光灯による照明光の光量特性を例示する図である。図２において、横軸は時間を表し、縦軸は発光量を表す。図２の例では、Ｒ色、Ｇ色およびＢ色の各成分の光が１／１００秒の周期で発光を繰り返す。そして、Ｂ色光の残光時間と、Ｒ色光およびＧ色光の残光時間とが異なっており、Ｂ色光の残光時間が他の色成分の光の残光時間より短い。

図２に例示したように、発光量が周期的に変動する蛍光灯のもとで上記ローリングシャッター制御を行う場合、図中Ａで示した区間において撮像素子１５の露光・蓄積を行うと、撮像素子１５から読出されるデータにＢ色成分のデータが含まれないことになり、いわゆる色つきが生じる。以下の説明は、このような色つきを防止するためのシャッター制御を中心に行う。

図３は、本実施形態によるシャッター制御に必要な構成を例示する図である。図３において、光センサ４０１〜光センサ４０３は、それぞれ図１における光センサ１０〜光センサ１２に対応する。

Ｒ色光を受光した光センサ４０１は、周期的に変化する光電変換信号を経路Ｓ１を介して波形整形回路４０４へ出力する。波形整形回路４０４は、入力された周期信号に基づいて、Ｒ色光の消光タイミングを示す周期的なパルス信号を生成して出力する。

Ｇ色光を受光した光センサ４０２は、周期的に変化する光電変換信号を経路Ｓ２を介して波形整形回路４０５へ出力する。波形整形回路４０５は、入力された周期信号に基づいて、Ｇ色光の消光タイミングを示す周期的なパルス信号を生成して出力する。

Ｂ色光を受光した光センサ４０３は、周期的に変化する光電変換信号を経路Ｓ３を介して波形整形回路４０６へ出力する。波形整形回路４０６は、入力された周期信号に基づいて、Ｂ色光の消光タイミングを示す周期的なパルス信号を生成して出力する。

波形生成回路４０４〜波形整形回路４０６からのパルス信号は、それぞれ経路Ｓ４〜Ｓ６を介してマイコン４０７へ送られる。マイコン４０７は、波形整形回路４０４〜波形整形回路４０６からの３つのパルス信号に基づいて、シャッター制御に必要なタイミングを駆動回路４０８へ指示する。マイコン４０７はさらに、フォーカルプレーンシャッター１４の開閉制御をシャッター駆動回路（不図示）へ指示する。

駆動回路４０８は、指示されたタイミングに基づいて撮像素子４０９を駆動するための駆動信号を生成し、撮像素子４０９をローリングシャッター制御する。撮像素子４０９は、図１における撮像素子１５に対応する。図４は、本実施形態によるシャッター制御を説明するタイムチャートである。なお、図４では、Ｒ色光の消光タイミングとＧ色光の消光タイミングとの間にも差がある（すなわちＲ色光およびＧ色光の間で残光時間が異なる）場合を例に説明する。

図４において、蛍光灯は１／１００秒の周期で発光−消光を繰り返している。波形１〜波形３は、それぞれ光センサ４０１〜光センサ４０３の出力波形である。波形１の周期波形は、Ｒ色光の受光光量に相当する。波形２の周期波形は、Ｇ色光の受光光量に相当する。波形３の周期波形は、Ｂ色光の受光光量に相当する。これら３成分の光のうち、Ｒ色光の残光時間が１番長くて１／１００秒である。この１／１００秒を、以降フリッカー周期Ｔ１と呼ぶ。本例では、Ｒ色光の消光タイミングが次周期の発光タイミングと一致する。

Ｇ色光の残光時間は、フリッカー周期Ｔ１より短い。つまり、Ｇ色光の消光タイミングはＲ色光の消光タイミングより早い。また、Ｂ色光の残光時間は、Ｇ色光の残光時間より短い。つまり、Ｂ色光の消光タイミングはＧ色光の消光タイミングより早い。

波形４は、波形整形回路４０４の出力波形であって、Ｒ色光の消光および発光タイミングを示す周期的なパルス信号列８ｐである。波形５は、波形整形回路４０５の出力波形であって、Ｇ色光の消光タイミングを示す周期的なパルス信号列９ｐである。波形６は、波形整形回路４０６の出力波形であって、Ｂ色光の消光タイミングを示す周期的なパルス信号列１０ｐである。

マイコン４０７（図３）は、波形整形回路４０４〜波形整形回路４０６からの３つのパルス信号の立ち上がりタイミングを用いて、以下のようにシャッター制御のタイミングを生成する。図４では、電子カメラの不図示のレリーズボタンが押下操作されることにより、時刻ｔｘにおいて撮影開始指示がマイコン４０７へ入力される。ここで、シャッター開始時刻ｔｓからシャッター終了時刻ｔｅまでをシャッター期間Ｔ２とし、上記３成分の光のうち最短の残光時間（本例ではＢ色光の残光時間）をｔ２とする。

図５は、ローリングシャッター制御を例示する図であり、図４における時刻２／１００秒から３／１００秒までの１／１００秒間を拡大した図に相当する。図５において、撮像素子１５の第１水平ラインから第Ｎ水平ラインまで、それぞれタイミングをずらして露光・読出しが制御される。第１水平ラインの露光・読み出し開始時刻がシャッター開始時刻ｔｓに相当し、第Ｎ水平ラインの露光・読出し終了時刻がシャッター終了時刻ｔｅに相当する。ここで、各水平ラインの露光時間ＳＨは、電子カメラに設定されているシャッター秒時に対応する。このシャッター秒時Ｔｖは、たとえばシャッター速度優先オートモードやマニュアルモードの場合は、撮影者によるシャッター秒時設定操作によって設定されているシャッター秒時である。また、絞り優先オートモードやプログラムオートモードの場合は、マイコン４０７が公知の自動露出演算によって決定するシャッター秒時である。

シャッター期間Ｔ２は、ローリングシャッター制御の開始時点（ｔｓ）から終了時点（ｔｅ）までを含む期間であって、上記シャッター秒時Ｔｖおよび水平ライン数に応じて変動する。すなわち、水平ライン数Ｎが大きいほどシャッター期間Ｔ２が長くなり、シャッター秒時Ｔｖが長いほどシャッター期間Ｔ２が長くなる。また、水平ライン間での露光・読出しタイミングのずらし量が大きいほどシャッター期間Ｔ２が長くなる。

マイコン４０７は、ｔ２＞Ｔ２が成立する場合に、撮影開始指示された時刻ｔｘの次のＲ色光の消光（発光）タイミングｔｙから次式（１）で算出される時間ｔ１が経過した時点をシャッター開始時刻ｔｓとする。Ｒ色光は、上述したように上記３成分の光のうち最長の残光時間を有する光である。
ｔ１＝(ｔ２−Ｔ２)／２ （１）

なお、撮影開始指示された時刻ｔｘから次のＲ色光の消光（発光）タイミングｔｙまでの時間が所定時間（たとえば５／１０００秒）未満の場合は、時刻ｔｘの次のさらに次のＲ色光の消光（発光）タイミングをｔｙとしてよい。

マイコン４０７は、シャッター開始時刻ｔｓからシャッター期間Ｔ２が経過した時点をシャッター終了時刻ｔｅとする。すなわち、シャッター開始時刻ｔｓからシャッター終了時刻ｔｅまでの間に図５に例示したローリングシャッター制御を行わせるように、駆動回路４０８へ指示を送る。

マイコン４０７はさらに、シャッター開始時刻ｔｓまでにフォーカルプレーンシャッター１４を開き、シャッター終了時刻ｔｅ以降にフォーカルプレーンシャッター１４を閉じるように、シャッター駆動回路（不図示）へ指示を送る。

波形７は、このようなシャッター制御を表すシャッター制御信号波形である。以上のようなシャッター制御によれば、図５に例示するように、蛍光灯の３成分の光が共通に発光する部分であって残光時間の略中央にシャッター期間（ローリングシャッター期間）Ｔ２を設定するので、蛍光灯の３色成分の光の発光中に各水平ラインの露光・読出しが行われる。

以上説明した実施形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）電子カメラは、複数の電荷蓄積型光電変換素子が水平方向と該水平方向と交差する垂直方向とに配列された撮像素子１５、およびマイコン４０７を備え、マイコン４０７は、撮像素子１５の水平方向に沿った複数の電荷蓄積型光電変換素子からなる第１水平ラインと、垂直方向の異なる位置で水平方向に沿った複数の電荷蓄積型光電変換素子からなる第２水平ラインとを異なるタイミングで蓄積制御するように駆動回路４０８にローリングシャッター制御させ、撮像素子１５に入射する光に含まれる複数の色成分ＲＧＢごとの発光周期を示すタイミングを検出し、該検出タイミングに基づいて上記蓄積制御を開始させるようにした。これにより、ローリングシャッター制御する場合のフリッカに起因する色の不具合を適切に抑制できる。補正演算を行う場合に比べてマイコン４０７の負荷が小さいことも利点である。

（２）マイコン４０７は、非蓄積型の光センサ４０１，４０２，４０３の出力に基づいて複数の色成分ＲＧＢごとの発光周期を示すタイミングを検出するので、蓄積時間を要することなく、リアルタイムに上記タイミングを検出できる。

（３）マイコン４０７は、複数の色成分ＲＧＢのうち発光周期（残光時間）が最も短い色成分Ｂの発光周期の略中央で蓄積制御を行うように、駆動回路４０８へ蓄積制御の開始を指示するようにした。色成分Ｂの発光量が高い状態で蓄積制御させることにより、撮像素子１５から読出されるデータにＢ色成分のデータが含まれることとなり、Ｂ色成分のデータが含まれないことに起因する「色つき」現象の発生を適切に防止できる。

（４）マイコン４０７は、複数の色成分ＲＧＢのうち発光周期（残光時間）が最も短い色成分Ｂの発光周期ｔ２が露光時間Ｔ２より長い場合に駆動回路４０８へ蓄積制御の開始を指示するので、上記「色つき」現象の発生を適切に防止できる。

（５）マイコン４０７は、複数の色成分ＲＧＢのうち発光周期（残光時間）が最も長い色成分の光（Ｒ色光）の発光タイミングであって、撮影開始指示された時刻ｔｘの次の発光タイミングｔｙから、時間ｔ１が経過した時点を露光時間Ｔ２の開始時刻ｔｓとした。時間ｔ１を設けることで、蛍光灯の発光量が増してから露光時間Ｔ２を開始できるから、タイミングｔｙから露光時間Ｔ２を開始する場合に比べて、高輝度の画像を取得できる。

（変形例１）
本実施形態ではＢ色光の残光時間が短い例を説明したが、蛍光管の種類によってはＲ色光やＧ色光の残光時間の方が短い場合も想定される。この場合は、最短の残光時間（Ｒ色光またはＧ色光）をｔ２とすればよい。

（変形例２）
上式（１）によって算出した時間ｔ１の値の増減をユーザーが指示できるように構成してもよい。この場合のマイコン４０７は、たとえば、メニュー操作画面を表示器４１１（図３）に表示させ、該メニュー操作画面において「シャッター期間開始時刻の調節」項目の選択指示がなされた場合に「調節用画面」を表示器４１１にさらに表示させる。そして、操作部材４１０からの操作信号に応じて、時間ｔ１の値を増減させる。これにより、ユーザーが所望するタイミングでローリングシャッタ制御を行わせることができる。

（変形例３）
一眼レフタイプの電子カメラを例に説明したが、一眼レフタイプでない電子カメラであっても構わない。また、フォーカルプレーンシャッター１４を備えていなくてもよい。

（変形例４）
上記の説明では、ＣＭＯＳイメージセンサを撮像素子１５として用いた場合の露光・読み出しを説明したが、ＣＣＤイメージセンサを撮像素子１５として用いる場合にも本発明を適用できる。この場合は、ＣＣＤイメージセンサの蓄積時間を上記シャッター期間Ｔ２とする。そして、ＣＭＯＳイメージセンサの撮像面上を、フォーカルプレーンシャッター１４の羽根で形成された水平方向のスリット開口が垂直方向に移動し、いわゆるスリット露光を行うようにフォーカルプレーンシャッター１４が開閉制御される。スリット露光時間は、シャッター秒時Ｔｖに対応する。

これにより、ＣＣＤイメージセンサの撮像面における水平方向の画素並び（水平ライン）ごとの露光タイミングが徐々に異なるように撮像素子１５の蓄積動作が制御される。変形例４によれば、ＣＣＤイメージセンサの蓄積時間Ｔ２の中で、各水平ラインの露光時間はＴｖに制御される。

以上の説明はあくまで一例であり、上記の実施形態の構成に何ら限定されるものではない。

４０１…光センサＲ
４０２…光センサＧ
４０３…光センサＢ
４０４−４０６…波形整形回路
４０７…マイコン
４０８…駆動回路
４０９…撮像素子
４１０…操作部材
４１１…表示器

Claims (7)

1. 複数の電荷蓄積型光電変換素子が第１方向と該第１方向と交差する第２方向とに配列された撮像素子と、
   前記第１方向に沿った複数の電荷蓄積型光電変換素子からなる第１素子列と前記第２方向の異なる位置で前記第１方向に沿った複数の電荷蓄積型光電変換素子からなる第２素子列とを異なるタイミングで蓄積制御するローリングシャッター制御手段と、
   前記撮像素子に入射する光に含まれる複数の色成分ごとの発光周期を示すタイミングを検出する検出手段と、
   前記検出手段による検出タイミングに基づいて、前記ローリングシャッター制御手段に前記蓄積制御を開始させる開始指示手段とを備えることを特徴とする撮像装置。
2. 請求項１に記載の撮像装置において、
   前記検出手段は、非蓄積型の光電変換素子の出力に基づいて前記複数の色成分ごとの発光周期を示すタイミングを検出することを特徴とする撮像装置。
3. 請求項１または２に記載の撮像装置において、
   前記開始指示手段は、前記複数の色成分のうち発光周期が最も短い色成分の発光周期の略中央で前記蓄積制御を行うように前記ローリングシャッター制御手段へ前記蓄積制御の開始を指示することを備えることを特徴とする撮像装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の撮像装置において、
   前記開始指示手段は、前記複数の色成分のうち発光周期が最も短い色成分の発光周期が前記露光時間より長い場合に前記ローリングシャッター制御手段へ前記蓄積制御の開始を指示することを備えることを特徴とする撮像装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の撮像装置において、
   前記開始指示手段はさらに、前記ローリングシャッター制御手段へ前記蓄積制御の開始を指示するタイミングをずらすことを特徴とする撮像装置。
6. 請求項５に記載の撮像装置において、
   前記開始指示手段は、前記複数の色成分の発光周期が重ならない期間を避けるように前記ローリングシャッター制御手段へ前記蓄積制御の開始を指示するタイミングを変更することを特徴とする撮像装置。
7. 請求項５または６に記載の撮像装置において、
   前記開始指示手段は、操作部材からの操作信号に応じて、前記ローリングシャッター制御手段へ前記蓄積制御の開始を指示するタイミングを変更することを特徴とする撮像装置。

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