JP3778114B2

JP3778114B2 - 露光制御方法、露光制御回路、撮像装置、プログラム、記憶媒体

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Publication number: JP3778114B2
Application number: JP2002087477A
Authority: JP
Inventors: 耕一湯畑; 勝巳加藤
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2002-03-27
Filing date: 2002-03-27
Publication date: 2006-05-24
Anticipated expiration: 2022-03-27
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、露光制御方法、露光制御回路、撮像装置、並びにプログラムおよび当該プログラムを格納したコンピュータ読取り可能な記憶媒体に関する。より詳細には、撮像素子の電子シャッタ機能を利用してフリッカを抑制する機能を備えた場合における露光制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
被写体画像を撮像する撮像装置においては、たとえばＣＣＤ(Charge Coupled Device) 撮像素子やＣＭＯＳ型撮像素子などの撮像素子に入射する光量を制御する仕組み（以下入射光量制御という）が採られている。
【０００３】
この入射光量制御には、撮像レンズにメカニカルな絞り機構を設けたもの（以下メカアイリスともいう）、撮像レンズにメカニカルなシャッタ機構を設けたもの（以下メカシャッタともいう）、あるいは撮像素子のセンサ部における信号電荷の蓄積時間（露光時間）の制御が可能ないわゆる電子シャッタ機能を利用するものなどがある。これらは、単独で使用されてもよいが、メカアイリスはメカシャッタや電子シャッタと組み合わせて使用されることもある。
【０００４】
電子シャッタの基本原理は、センサ部において信号電荷（光電荷）を読み出す直前の所望期間だけ電荷を蓄積し、それ以前の信号電荷を別の場所（たとえば基板）に掃き出すことで実現している。たとえば、垂直同期信号ＶＤに同期したタイミングで信号電荷をセンサ部から垂直転送レジスタに読み出すが、その読出タイミングから遡ったある時期（露光タイミング）に、それ以前にセンサ部に蓄積された信号電荷をたとえば基板に掃き出すために基板にシャッタパルスを印加する。この露光タイミングから読出タイミングまでの期間が露光期間（露光時間）となる。
【０００５】
ところで、撮像装置においては、定常的に明るさが変化しない光源下での撮像の場合は問題ないが、たとえば蛍光灯のように周期的な発光特性を有しかつ撮像素子の露光周期と同期していない光源下での撮像の場合、フリッカ（特に画面輝度のちらつきを輝度フリッカという）が発生する。
【０００６】
ここで、「フリッカ」とは、光源の照度変化と、撮像装置の露光周期との関わりで映像信号が変化する現象のことである。たとえば、周波数ｆの商用電源を使用した光源における＝1／ｎｆ（ｎは通常２）秒周期の照度変化と、撮像装置のフィールド周期ｆｖのビート成分で映像信号の輝度信号成分が変化し、これにより出力画像が変化し、この周期が人間の目の残像特性にも関係して画像がちらついて感じられる現象のことである。特に、フィールド周波数が６０ＨｚのＮＴＳＣ方式でのｆ＝５０Ｈｚの地域や、フィールド周波数が５０ＨｚのＰＡＬ方式でのｆ＝６０Ｈｚの地域では極端に有害で、しかも白熱電球より蛍光灯の方が、発光特性上照度変化があり、顕著である。
【０００７】
たとえば、蛍光灯の発光周期は１０ｍｓで、６０Ｈｚの露光動作の１周期は１６．７ｍｓであると、これらの最小公倍数は５０ｍｓとなり、３回の露光動作で両者の関係は元に戻る。したがって、露光期間の種類としては３種類となり、これらの間で撮像素子の出力信号レベルが異なることが、２０Ｈｚのフリッカ発生の原因となる。
【０００８】
また、電子シャッタ機能を使用する場合、高速シャッタモードにすればするほど１フィールド期間に撮像素子に電荷を蓄積する蓄積時間が短くなるため、フリッカの振幅が通常のシャッタ速度である１／６０秒の場合よりも大きくなり、電子シャッタ速度が速くなればなるほどフリッカが顕著となり、画面上のチラツキ（特に画像輝度）として画質を著しく劣化させる。
【０００９】
また、蛍光灯に使用されている蛍光体には緑色と赤色と青色との３色があり、各色の発色しはじめるタイミングは同じであるが、光量が減少し、最後に消えるまでの時間には差がある。一般的には、前記３色のうち、特に緑色の発光時間が長く、ついで赤色、最も短いのが青色である。したがって、高速シャッタのシャッタタイミングによっては、前記発色光のうち１色あるいは２色のみの光成分しかとらえることができない場合が発生する。
【００１０】
つまり、１フィールドごとに蛍光灯の発色光成分すなわち色温度が異なることになり、カラー画像の撮像装置に不可欠なホワイトバランス処理を行なうにあたり、１フィールドごとにホワイトバランスが変化することになる。したがって、映像信号には前記輝度フリッカと同様な周期で色信号成分のフリッカが発生することになる。以下、この色信号成分のフリッカを色フリッカといい、前述の輝度フリッカと色フリッカの両者を纏めて光源フリッカという。
【００１１】
このような光源フリッカを防止する一手法として、撮像素子のシャッタモードを光源の点滅周期に応じて切り替える方法が広く知られている。たとえば、ＮＴＳＣ方式仕様の５０Ｈｚ電源地域では１／１００秒とする。電子シャッタ速度１／１００の秒が蛍光灯点滅周期１／１００秒と同期するので、電子シャッタ動作の位相と蛍光灯点滅の位相がどのようにずれていても、固定された電子シャッタ速度である１／１００秒の間に撮像素子に入射される光量が一定に保たれ、光源フリッカ（輝度フリッカおよび色フリッカともに）が生じないようになる。
【００１２】
しかしながら、この場合は、光源フリッカを防止できても、電子シャッタを利用した露光制御は不可能となってしまう。このため、被写体照度が高い側では、照度上昇に伴って撮像素子が電子的に飽和することがある。あるいは、撮像素子が飽和しなくても、後段の信号処理系が飽和することもある。これら場合、画像輝度が増大し、画像が白っぽく潰れてしまう。
【００１３】
この対策として、メカアイリスと組み合わせることで、光源フリッカを防止しつつ画像潰れが生じないように露光制御することが考えられる。ところが、今日では、撮像装置本体のローコスト化のために、メカニカルな絞り機構（メカアイリス）を取り除き、撮像素子に内蔵された電子シャッタ機能だけで露光制御を行なうように構成することが多い。このような露光制御を電子アイリスという。
【００１４】
このようなメカアイリス機構を持たず電子アイリスにより露光制御する撮像装置にあっては、光源フリッカ防止のときに、撮像素子が飽和しない限りにおいて、被写体照度の変動にかかわりなく画像輝度を一定にするための手法として、撮像素子から出力された信号を自動利得制御することも考えられる。以下、本明細書においては、撮像素子への入射光量を制御する入射光量制御だけでなく、この自動利得制御も含めて、露光制御という。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、自動利得制御を機能させたとしても、自動利得制御が働く被写体照度範囲を超えてより高照度側になると、ＡＧＣゲインがゲイン下限値の０ｄＢで固定となってしまうため、照度上昇に伴って画像輝度が増大してしまう。メカアイリスがあれば、入射光量を絞ることで画像が飽和しないように画像輝度を適正レベルに保つことができるが、前述のように、今日の撮像装置の多くはメカアイリスがないので、画像輝度の増大（飽和現象）を防止することはできない。
【００１６】
この場合、光源の点滅周期よりシャッタ速度を速くすれば、画像の輝度の高い部分の飽和を回避できるが、シャッタ速度を速くした分だけ１フィールド期間に撮像素子に電荷を蓄積する蓄積時間が短くなり、光源フリッカが目立つようになる。
【００１７】
このように、電子アイリスにより露光制御をする従来の撮像装置では、自動利得制御を機能させたとしても、被写体照度の変動にかかわりなく画像輝度を一定にできるのは、被写体照度がある範囲内にある場合に限られ、適応できる被写体照度の範囲に限界があり、特に高照度側では、光源フリッカが発生しても画像輝度を適切にするか、画像が多少飽和気味になっても光源フリッカを抑制するかの２者択一となっていた。
【００１８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、光源フリッカを抑制しつつ、画像が飽和しない、良好な画像を取得し得る被写体照度の範囲を拡張することができる露光制御方法を提供することを目的する。
【００１９】
また本発明は、このような露光制御方法を適用した露光制御回路、あるいはこの露光制御回路を搭載した撮像装置を提供することを目的とする。
【００２０】
さらに本発明は、前記露光制御方法をマイクロプロセッサなどのコンピュータにより実施するためのプログラム、およびこのプログラムを格納したコンピュータ読取り可能な記録媒体を提供することを目的とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明に係る露光制御方法においては、先ず、撮像素子からの撮像信号に基づいて測光データを取得しながら、測光データを略一定に保つように撮像信号に基づく所定の画像信号のゲイン値をプラスの範囲（０ｄＢを含む）で制御し、かつ、光源の点滅に起因するフリッカ成分を抑圧するように、撮像素子の電子シャッタのシャッタ速度を点滅周期に同期させて（たとえば光源を駆動する電源の周波数の２倍に対応するシャッタ速度に設定）被写体画像を撮像する。そして、設定したゲイン値、点滅周期に同期するように設定したシャッタ速度、および測光データの３つの情報に基づいて取得される被写体照度が、予め定められた条件に合致するときには、マイナスゲインに切り替える。
【００２２】
このマイナスゲインの切替えは、撮像素子に設定されたシャッタ速度下において取得される撮像信号に基づく画像信号の大きさが小さくなるようにするのがよい。つまり、そのゲイン値では測光データを一定に維持できないようになったら、マイナスゲインを設定する。これにより、撮像素子で得られた撮像信号自体はお大きいままであるが、ゲイン調整後の撮像信号が小さくなり、その結果、再度、測光データを一定に維持できるようになる。
【００２３】
なお、このようにマイナスゲインに設定すると、実際には撮像素子で取得されていた信号成分が、消失してしまう。そこで、マイナスゲインに設定する際には、その消失信号成分を使用して、画像を補正することが望ましい。
【００２４】
本発明に係る露光制御回路は、撮像素子からの撮像信号に基づいて取得された測光データに基づいて、その測光データを略一定に保ち、かつ、光源の点滅に起因するフリッカ成分を抑圧するように、利得制御部に設定するゲイン値と、シャッタ速度設定部に設定する、光源の点滅に起因するフリッカ成分を抑圧可能なシャッタ速度（たとえば光源を駆動する電源の周波数の２倍に対応するシャッタ速度）との組合わせを決定するとともに、利得制御部に設定するゲイン値、シャッタ速度設定部に設定する点滅周期に同期したシャッタ速度、および測光部が取得した測光データの３つの情報に基づいて取得される被写体照度が、予め定められた条件に合致するときには、マイナスのゲイン値を利得制御部に指示する露光制御部とを備えた。
【００２５】
本発明に係る露光制御回路は、撮像素子からの撮像信号に基づいて測光データを取得する測光部を備えてもよい。
【００２６】
本発明に係る撮像装置は、シャッタ速度を切替可能な撮像素子と、撮像素子からの撮像信号に基づいて画像を生成する画像信号処理部と、撮像素子からの撮像信号に基づいて測光データを取得する測光部と、撮像信号に基づく所定の画像信号のゲイン値を制御する利得制御部と、撮像素子の電子シャッタのシャッタ速度を切り替えるシャッタ速度設定部とを備える。またこの撮像装置は、測光部により取得された測光データに基づいて、この測光データを略一定に保ち、かつ、光源の点滅に起因するフリッカ成分を抑圧するように、利得制御部に対するゲイン値と光源の点滅に起因するフリッカ成分を抑圧可能なシャッタ速度（たとえば光源を駆動する電源の周波数の２倍に対応するシャッタ速度）との組合わせを決定し、この決定したシャッタ速度の切替指示をシャッタ速度設定部に通知するとともに、決定したゲイン値を利得制御部に通知する露光制御部を備える。
【００２７】
そして、この露光制御部は、利得制御部に設定したゲイン値、シャッタ速度設定部に設定した点滅周期に同期したシャッタ速度、および測光部が取得した測光データの３つの情報に基づいて取得される被写体照度が、予め定められた条件に合致するときには、マイナスのゲイン値を利得制御部に指示する。
【００２８】
利得制御部は、ゲイン量を少なくとも正の範囲内で任意に調整可能な第１の利得制御部と、予め定められた固定マイナスゲインに設定する第２の利得制御部とを有するものであるのが好ましい。そしてこの場合、露光制御部は、第１の利得制御部に対する正のゲインと、第２の利得制御部に設定する固定マイナスゲインとの総和がマイナスのゲイン値となるように、つまり総合ゲインがマイナスとなるようにゲイン値を決定する。
【００２９】
なお、第２の利得制御部に固定マイナスゲインを設定させた瞬間には、そのままでは露光制御に不連続が生じる。そこで、露光制御部は、第２の利得制御部に対して固定マイナスゲインに設定させた略瞬間には、この固定マイナスゲインを補う分のプラスゲインを第１の利得制御部に対して設定することが望ましい。
【００３０】
本発明に係る撮像装置においては、撮像素子からのアナログの撮像信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換部を備え、第１の利得制御部および第２の利得制御部は、Ａ／Ｄ変換部から出力されたデジタルデータのゲインを切り替えるものとすることが望ましい。つまり、第１および第２の利得制御部は、デジタルパートに設置されていることが望ましい。
【００３１】
この場合、露光制御部は、第２の利得制御部が固定マイナスゲインに設定した条件下において、被写体照度の上昇に伴うアナログ撮像信号の上昇分を補正するように、第１の利得制御部に対するゲイン値を決定することが望ましい。
【００３２】
また本発明に係る撮像装置においては、利得制御部がマイナスゲインに設定することにより失われる消失信号成分を記憶する記憶部を備えたものとすることが望ましい。この場合、画像信号処理部は、記憶部に記憶された消失信号成分を使用して画像を補正することが望ましい。
【００３３】
本発明に係るプログラムは、本発明に係る露光制御方法を、電子計算機（コンピュータ）を用いてソフトウェアで実現するために好適なものである。なお、プログラムは、コンピュータ読取り可能な記憶媒体に格納されて提供されてもよいし、有線あるいは無線による通信手段を介して配信されてもよい。
【００３４】
【作用】
上記構成によれば、フリッカ成分を抑圧するようなシャッタ速度に設定し、かつ測光データを略一定に保つようにゲイン値を制御して被写体画像を撮像する。そして、設定したゲイン値、シャッタ速度、および測光データの３つの情報に基づいて取得される被写体照度が、所定条件に合致したら、利得をマイナスに切り替える。たとえば、先ず、フリッカ成分を抑圧可能なシャッタ速度にして、ゲイン値をプラスの範囲で制御しながら撮像する。そして、ゲイン値、シャッタ速度、および測光データの関係が、所定条件に達したら、具体的には、そのゲイン値では測光データを一定に維持できないようになったら、マイナスゲインを設定する。これにより、再度、測光データを一定に維持可能にする。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００３６】
図１は、本発明に係る撮像装置の第１実施形態を示すブロック図である。第１実施形態の撮像装置１０は、光源の一例である蛍光灯１９に照射された被写体１８からの反射光を集光するレンズ１１と、レンズ１１を介して得られた光学像を光電変換する撮像素子１２と、撮像素子１２からのアナログ撮像信号を増幅するプリアンプ１３と、プリアンプ１３からのアナログ撮像信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部１４と、撮像素子１２を駆動する駆動部１５と、タイミング信号生成部２００や露光制御部２６０などを含むデジタル信号処理部（ＤＳＰ；Disital Signal Processor）２０とを備えた構成となっている。
【００３７】
上記構成の撮像装置１０において、レンズ１１は、被写体１８の画像を撮像素子１２の撮像面上に結像させる。撮像素子１２としては、ＣＣＤ（Charge Coupled Device)撮像素子やＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor ）型撮像素子などの固体撮像素子が用いられる。この撮像素子１２は、タイミング信号生成部２００から発生された各種のタイミング信号に基づいて駆動部１５によって駆動され、その撮像面上に結像された被写体画像を画素単位で電気信号に変換し、撮像信号としてプリアンプ１３に供給する。
【００３８】
撮像素子１２としてＣＣＤ撮像素子を用いる場合、タイミング信号生成部２００は、撮像素子１２のセンサ部に蓄積された信号電荷を読み出すための読出パルスＸＳＧ、垂直転送クロックφＶ１〜φＶ４（４相駆動の場合）、水平転送クロックφＨ１，φＨ２（２相駆動の場合）、および電子シャッタ速度を規定するシャッタパルスＸＳＵＢなどを生成し、駆動部１５に供給する。駆動部１５は、タイミング信号生成部２００から供給された種々のパルスを所定レベルの電圧信号に変換し撮像素子１２に供給する。
【００３９】
撮像素子１２は、基板にシャッタパルスＸＳＵＢを印加し、各センサ部に蓄積された信号電荷を基板に掃き出させることによってセンサ部での信号電荷の蓄積時間（露光時間）を制御する電子シャッタ機能を有している。すなわち、通常の動作時には、一定の設定電圧（基板電圧）で基板をバイアスしておくことで、センサ部に信号電荷が蓄積されるのに対し、電子シャッタ時には、基板電圧にさらにシャッタパルスＸＳＵＢを加えることにより、基板側のバリアが崩れ、センサ部に蓄積された信号電荷が基板へ掃き出される。
【００４０】
プリアンプ１３は、入射光の強弱に応じて信号の大小が変化する撮像素子１２からの間歇的な撮像信号を連続的な撮像信号に変換する相関二重サンプリング（Cor-related Double Sampling；以下“ＣＤＳ”という）部１３０と、ＣＤＳ部１３０からのアナログ撮像信号の信号レベルを所定レベルに利得制御するアナログＡＧＣ（Auto Gain Control ）部１３２とを有する。
【００４１】
このプリアンプ１３は、撮像素子１２から出力される撮像信号をＣＤＳ部１３０によりサンプルホールドして必要なデータを取り出すとともに、適正なレベルに合わせるためにアナログＡＧＣ部１３２にてゲインコントロールを行なう。このプリアンプ１３の出力信号は、Ａ／Ｄ変換部１４に供給される。Ａ／Ｄ変換部１４は、プリアンプ１３の出力信号をアナログ信号からディジタル信号に変換してデジタル信号処理部２０に供給する。
【００４２】
デジタル信号処理部２０は、撮像素子１２に対する電子シャッタ速度を設定するシャッタ速度設定部の機能を有するタイミング信号生成部（タイミングジェネレータ；ＴＧ）２００と、Ａ／Ｄ変換部１４からのデジタル撮像信号を所定レベルに利得制御するデジタル増幅部２１０とを備えている。この第１実施形態では、デジタル増幅部２１０が、本発明に係る自動利得制御部として機能する。
【００４３】
タイミング信号生成部２００は、露光制御部２６０から電子シャッタ制御信号ＳＣを受け取り、この電子シャッタ制御信号ＳＣに含まれるシャッタ速度変数ＳＳで表されたシャッタ速度に対応するシャッタパルスＸＳＵＢを生成し、読出パルスＸＳＧ、垂直転送クロックφＶ１〜φＶ４、水平転送クロックφＨ１，φＨ２などの種々のパルス信号とともに、駆動部１５に供給する。駆動部１５は、タイミング信号生成部２００から供給された種々のパルス信号に基づいて、所定レベルの駆動パルス信号を生成し撮像素子１２に供給する。
【００４４】
またデジタル信号処理部２０は、Ａ／Ｄ変換部１４から供給されるデジタル撮像信号をＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の原色信号に分離する原色分離部２２２、原色分離部２２２からの原色信号に基づいて色信号と輝度信号とをそれぞれ分離／生成する色信号処理部２３０、輝度信号処理部２４０、および輝度信号／色信号に基づいて映像信号ＶＤを生成するエンコーダ部２４８を含む映像信号処理部（カメラ信号処理部）２２０と、Ｄ／Ａ変換部２８０とを有する。
【００４５】
Ａ／Ｄ変換部１４をデジタル信号処理部２０内に設ける構成を採ることもでき、またＤ／Ａ変換部２８０をデジタル信号処理部２０外に設ける構成を採ることもできる。
【００４６】
色信号処理部２３０は、ホワイトバランスアンプ２３２、ガンマ補正部２３３、色差マトリクス部２３４などを有する。ホワイトバランスアンプ２３２は、図示しないホワイトバランスコントローラから供給されるゲイン信号に基づき、原色分離部２２２から供給される原色信号のゲインを調整（ホワイトバランス調整）し、ガンマ補正部２３３および輝度信号処理部２４０に供給する。
【００４７】
ガンマ補正部２３３は、ホワイトバランスが調整された原色信号に基づいて、忠実な色再現のためのガンマ（γ）補正を行ない、ガンマ補正された各色用の出力信号Ｒ，Ｇ，Ｂを色差マトリクス部２３４に入力する。色差マトリクス部２３４は、色差マトリクス処理を行なって得た色差信号Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙをエンコーダ部２４８に入力する。
【００４８】
輝度信号処理部２４０は、原色分離部２２２から供給される原色信号に基づいて比較的周波数が高い成分までをも含む輝度信号ＹＨを生成する高周波輝度信号生成部２４２と、ホワイトバランスアンプ２３２から供給されるホワイトバランスが調整された原色信号に基づいて比較的周波数が低い成分のみを含む輝度信号ＹＬを生成する低周波輝度信号生成部２４４と、２種類の輝度信号ＹＨ，ＹＬに基づいて輝度信号Ｙを生成しエンコーダ部２４８に供給する輝度信号生成部２４６とを有する。
【００４９】
エンコーダ部２４８は、色信号副搬送波に対応するデジタル信号で色差信号Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙをデジタル変調した後、輝度信号処理部２４０にて生成された輝度信号Ｙと合成して、デジタル映像信号ＶＤ（＝Ｙ＋Ｓ＋Ｃ；Ｓは同期信号、Ｃはクロマ信号）に変換した後、Ｄ／Ａ変換部２８０に入力する。Ｄ／Ａ変換部２８０は、デジタル映像信号ＶＤをアナログ映像信号Ｖに変換する。
【００５０】
さらにデジタル信号処理部２０は、デジタル増幅部２１０からの出力信号の一例である輝度信号ＹＬに基づいて被写体照度を示す測光データＤＬを取得する測光部２５０と、測光部２５０により得られた測光データＤＬを略一定に保つように、光源としての蛍光灯１９などの点滅周期に同期した電子シャッタ速度とデジタル増幅部２００におけるゲイン値との組合せを決定し、この決定した電子シャッタ速度を示す電子シャッタ制御信号ＳＣをタイミング信号生成部２００に通知するとともに、決定したゲイン値を示すゲイン制御信号ＧＣ２をデジタル増幅部２１０に指示する露光制御部２６０とを有する。
【００５１】
電子シャッタ制御信号ＳＣは、電子シャッタ速度を示すシャッタ速度変数ＳＳを含む。ゲイン制御信号ＧＣ２は、後述するデジタルＡＧＣ部２１２に対するデジタルゲインの設定値であるＡＧＣゲイン変数ＧＧと、後述するマイナスゲイン切替部２１４に対するマイナスゲイン設定のための切替信号を含む。
【００５２】
測光部２５０は、画面分割測光、輝度ピーク検出、および積算データ出力などの機能を持ち、輝度信号処理部２４０より処理中の輝度信号ＹＬの信号振幅データを受けて、輝度信号ＹＬを積算して被写体照度に対応する測光データＤＬを取得し、露光制御部２６０に出力する
露光制御部２６０は、測光部２５０から入力された測光データＤＬに基づいてこの測光データＤＬの値が常に一定になるようにデジタル増幅部２１０に対してゲイン制御信号ＧＣ２を出力するとともに、タイミング信号生成部２００に対して電子シャッタ制御信号ＳＣを出力する。なお、露光制御部２６０は、必要に応じて、アナログＡＧＣ部１３２に対しても、ゲイン制御信号ＧＣ１を出力する。
【００５３】
上記構成の撮像装置１０における一連の撮像動作について簡単に説明すると以下の通りである。撮像素子１２の結像面には、レンズ１１などの光学系を介して入射された被写体１８の光学像が結像される。撮像素子１２は、タイミング信号生成部２００からの種々のタイミング信号に応答して駆動され、その結像面に結像した光学像に対応するアナログ撮像信号を出力する。撮像素子１２から出力されるアナログ撮像信号は不連続となっているが、ＣＤＳ部１３０により連続的なアナログ撮像信号に変換され、アナログＡＧＣ部１３２に入力される。
【００５４】
アナログＡＧＣ部１３２は、露光制御部２６０からのゲイン制御信号ＧＣ１に対応してアナログ撮像信号を増幅する。たとえば、ゲイン制御信号ＧＣ１がアクティブであれば、出力レベルが一定レベルになるよう、自動利得制御を作動させる。この増幅されたアナログ撮像信号はＡ／Ｄ変換部１４でデジタル撮像信号に変換された後にデジタル信号処理部２０に入力される。
【００５５】
デジタル信号処理部２０において、デジタル撮像信号は、色信号処理部２３０や輝度信号処理部２４０によって色成分と輝度成分とに対して所要の各処理が施される。そして、デジタル信号処理部２０で処理されて得られたアナログ映像信号Ｖは、撮像装置１０内の他の機能部分に出力されたり、図示しない出力端子を介して、装置外部に出力される。また、デジタル信号処理部２０は、輝度信号ＹＬを測光部２５０に供給する。
【００５６】
測光部２５０は、入力された輝度信号ＹＬの所望部分（たとえば測光パターンに応じて）を積算し、被写体照度の測定値としての測光データＤＬを露光制御部２６０に供給する。露光制御部２６０は、測光データＤＬの値が一定となるようにゲイン制御信号ＧＣ２をデジタル増幅部２１０に供給するとともに、電子シャッタ制御信号ＳＣをタイミング信号生成部２００に供給する。
【００５７】
図２は、撮像装置１０における露光制御機能を説明する図であって、図２（Ａ）は露光制御機能に直目した機能ブロック図、図２（Ｂ）はＡ／Ｄ変換直後の撮像データとデジタル増幅部２１０にて処理された撮像データとの関係を示す図である。
【００５８】
図２（Ａ）に示すように、蛍光灯１９に照らされた被写体１８の光学像が撮像素子１２に結像され、撮像素子１２により取得されたアナログ撮像信号がアナログＡＧＣ部１３２に入力される。アナログＡＧＣ部１３２は、露光制御部２６０からのゲイン制御信号ＧＣ１がアクティブ（オン）のときには、“＋０ｄＢ〜＋６ｄＢ”までの範囲内で、自身の出力端における信号レベルが一定となるように、利得（ゲイン）を自動制御する一方、ゲイン制御信号ＧＣ１がインアクティブ（オフ）のときには、“＋０ｄＢ”すなわち入力された撮像信号をそのままのレベルで出力する。アナログＡＧＣ部１３２から出力された撮像信号は、Ａ／Ｄ変換部１４にてデジタル化され、デジタル増幅部２１０に入力される。
【００５９】
また図２（Ａ）に示すように、デジタル増幅部２１０は、×１．０（等倍；＋０ｄＢ）〜×５．０倍（＋１４ｄＢ）の範囲内で信号レベルを増幅するデジタルＡＧＣ部２１２と、×１．０（等倍；＋０ｄＢ）、×１／２倍（−６ｄＢ）、および×１／４倍（−１２ｄＢ）の何れかで増幅（実質的には減衰）した後、映像信号処理部２２０に供給するマイナスゲイン切替部２１４とを有している。
【００６０】
デジタルＡＧＣ部２１２に対するゲイン設定は、露光制御部２６０からのゲイン制御信号ＧＣ２に含まれているＡＧＣゲイン変数ＧＧによってなされる。また、マイナスゲイン切替部２１４は、デジタルデータのビットシフトによって、前記の減衰度を切り替える。このため、マイナスゲイン切替部２１４のマイナスゲインＳＷ１，ＳＷ２には、露光制御部２６０からゲイン制御信号ＧＣ２が入力されている。
【００６１】
マイナスゲイン切替部２１４は、マイナスゲインＳＷ１，ＳＷ２の何れか一方がアクティブ（オン）のときには、デジタルデータを１ビット分右（ＬＳＢ側）にシフトすることで、×１／２倍（−６ｄＢ）に、さらに両方がアクティブ（オン）のときには、デジタルデータを２ビット分右（ＬＳＢ側）にシフトすることで、×１／４倍（−１２ｄＢ）にする。このように、マイナスゲイン切替えは、Ａ/Ｄ変換後のデータをデジタル的に１／２もしくは１／４にする（データの右シフトを行なう）ことにより容易に実現できる。
【００６２】
たとえば図２（Ｂ）に示すように、Ａ／Ｄ変換部１４から“Ｂ７ｈ”（ｈはヘキサデータを示す；以下同様）なる撮像データがデジタル増幅部２１０に入力され、デジタルＡＧＣ部２１２にて×１．５倍（約＋３．５ｄＢ）に増幅されたとき、デジタルＡＧＣ部２１２からは“１１２ｈ”なる撮像データが出力される。
【００６３】
マイナスゲイン切替部２１４は、マイナスゲインＳＷ１のみがアクティブ（オン）のときには、デジタルデータを１ビット右シフトすることで“８９ｈ”なる撮像データを出力し、マイナスゲインＳＷ２もアクティブ（オン）のときには、デジタルデータを２ビット右シフトすることで“４４ｈ”なる撮像データを出力する。この場合、結果として、Ａ／Ｄ変換後の撮像データ“Ｂ７ｈ”は、“−８．５ｄＢ”に減衰した撮像データ“４４ｈ”となる。
【００６４】
次に、上記撮像装置１０における露光制御機能について詳細に説明する。なお、以下で説明する実施形態においては、フィールドレート（垂直周波数）６０Ｈｚ駆動の撮像素子１２を用いた撮像装置１０を例にあげる。また、撮像装置１０における露光制御機能は、ローコスト化のために、メカニカルな絞り機構（メカアイリス）を備えず、ＡＧＣ（自動利得制御）と電子シャッタ速度の切替えを組み合わせた電子アイリス制御で実現する。
【００６５】
この６０Ｈｚ駆動の撮像装置１０は、商用電源周波数が６０Ｈｚの地域（たとえば日本では関西地域）で用いるときには、電子シャッタ速度を任意の値に設定しても光源フリッカは殆ど起こらないが、商用電源周波数が５０Ｈｚの地域（たとえば日本では関東地域）で用いる場合、１００Ｈｚで発光している蛍光灯１９と６０Ｈｚで露光動作している撮像素子１２の組合せを例にとると、露光期間の種類が３種類となり、これらの間で撮像素子１２からの撮像信号のレベルが異なることがフリッカの発生原因となる。
【００６６】
本実施形態の撮像装置１０では、この周波数関係にある場合に、電子シャッタ速度を商用電源周波数に同期した速度（特に１／５０または１／１００秒が有効）に設定することで、撮像信号のレベルを揃えフリッカを抑圧する。なお、電子シャッタ速度を１／５０または１／１００秒に設定することでフリッカを抑圧できる点に関しては周知であるので、詳細な説明は割愛するなお電子シャッタ速度を１／５０秒に設定すると、露光時間がフィールドレートよりも長くなるので、動いている被写体１８を撮像するとちらつきが生じる。。
【００６７】
また、レベルが揃えられた撮像信号の絶対レベル（詳しくは、低周波輝度信号生成部２４４で生成された輝度信号ＹＬ）が所定レベルに維持されるように、デジタル増幅部２１０における増幅利得を制御する。
【００６８】
図３は、露光制御部２６０による露光制御の電子シャッタ機能とＡＧＣ（自動利得制御）機能との関係を示す特性図である。ここで、図３（Ａ）の特性図に示す横軸は被写体照度（撮像素子１２に入力する光量）、縦軸はゲイン量（ＡＧＣ量）である。なお、横軸の被写体照度に対応させて電子シャッタ速度（撮像素子１２における電荷の蓄積時間）の切替線ＳＳ（Shutter Speed ）、および合成ゲインの特性線ＣＬ０（ＣＬ;Characteristic Line）も併せて示してある。つまり、図３（Ａ）は、シャッタ速度切替えと対応しての被写体照度とＡＧＣゲインの関係を示す。
【００６９】
また図３（Ｂ）の特性図に示す横軸は被写体照度、縦軸はＡ／Ｄ変換部１４から出力されるデジタル撮像信号のレベルであり、被写体照度とデジタルパートへ入力される撮像信号の関係を示す。また図３（Ｃ）の特性図に示す横軸は被写体照度、縦軸は画像の明るさ（すなわち画像輝度）であり、被写体照度と画像輝度の関係を示す。
【００７０】
被写体照度ＤＬ１以上が本来の第１のシャッタ速度である１／１００秒に対応し、被写体照度ＤＬ２以上が本来の第２のシャッタ速度である１／２００秒に対応し、被写体照度ＤＬ３以上が本来の第３のシャッタ速度である１／４００秒に対応している。ここで、“本来の”とは、フリッカ防止を一切考慮しない場合において、被写体照度に応じて電子シャッタ速度を光源である蛍光灯１９の点滅周期に同期した速度を選択する場合の設定値である。
【００７１】
被写体照度がＤＬ１以下およびＤＬ３以上では、デジタルパートの総合ＡＧＣゲインは“＋０ｄＢ”に設定される。また、被写体照度がＤＬ０以下のときにおいて、露光制御部２６０からのゲイン制御信号ＧＣ１がアクティブのときには、アナログＡＧＣ部１３２におけるＡＧＣゲインはゲイン上限値ＡＧＣｍａｘ（本例では＋６ｄＢ）となっている。
【００７２】
この被写体照度が“ＤＬ０”以下の区間では、アナログＡＧＣによる補正が不足するので、図３（Ｂ）に示すように、画面の明るさ（画像輝度）が低下する。なお、被写体照度が“ＤＬ０”以下のとき電子シャッタ速度を１／５０秒に設定して、あるいはデジタルＡＧＣを作動させることで、画像の明るさが一定に保持される範囲をさらに低照度側に延長させてもよい。
【００７３】
被写体照度が“ＤＬ０〜ＤＬ１”の範囲（図中のＡで示す区間）では、電子シャッタ速度を１／１００秒に維持したままとする。このＡ区間は、アナログＡＧＣ部１３２におけるＡＧＣゲインが上限値ＡＧＣｍａｘから“＋０ｄＢ”まで直線的に減少する第１の負性特性線ＣＬ１となっている。すなわち、このＡ区間は、１／１００秒のシャッタ値で制御し、光量が少ないときはシャッタ速度１／１００秒のままアナログＡＧＣゲインを上げることで、図３（Ｂ）に示すように、アナログ撮像信号（すなわちＡ／Ｄ出力）を一定レベルに維持する。
【００７４】
この区間Ａでは、シャッタ速度は１／１００秒に固定されているのでフリッカを防止できるとともに、アナログＡＧＣによって画像の明るさを一定に保持することができ、図３（Ｃ）に示すように、画像の明るさを一定に保持することができ、適正な露光制御を実現することができる。
【００７５】
被写体照度がＤＬ１以上の区間は本来、適切な輝度の画像にしようとすると、１／１００秒より短い蓄積時間でシャッタ速度を設定したい領域である。たとえば、丁度にＤＬ１のとき、通常であればシャッタ速度を１／２００秒に切り替える。しかしながら本実施形態では、シャッタ速度を１／１００秒に維持する。その一方で、マイナスゲインＳＷを制御しつつデジタルＡＧＣを作動させることで、適正な画像が得られるようにする。
【００７６】
たとえば被写体照度が“ＤＬ１〜ＤＬ２”の範囲（図中のＢの左半分Ｂ１で示す区間）では、マイナスゲイン切替部２１４の一方のマイナスゲインＳＷをアクティブ（オン）にして、その減衰分をデジタルＡＧＣ部２１２による利得制御で補正する。すなわち、区間Ｂ１では、デジタルＡＧＣゲインがＡＧＣ１から“＋０ｄＢ”まで直線的に減少する第２の負性特性線ＣＬ２となる。
【００７７】
この区間Ｂ１では、シャッタ速度は１／１００秒に固定されているのでフリッカを防止できる。また図３（Ｂ）に示すように、アナログ撮像信号（すなわちＡ／Ｄ出力）は上昇するものの、デジタルパートにてマイナスゲインで減衰させた分だけ輝度信号レベルを下げることができる。またマイナスゲインとデジタルＡＧＣの総合ゲインによって、図３（Ｃ）に示すように、画像の明るさを一定に保持することができ、適正な露光制御を実現することができる。
【００７８】
被写体照度が丁度ＤＬ１のときのデジタルＡＧＣの立ち上がりの頂点に相当するデジタルＡＧＣゲインであるＡＧＣ１の値は、ａ点つまりシャッタ速度が１／１００秒かつマイナスゲインが“＋０ｄＢ”のときの測光データＤＬの値と、ｂ点つまりシャッタ速度が１／１００秒かつ一方のマイナスゲインＳＷがオンのときにデジタルＡＧＣのゲインがＡＧＣ１のときの測光データＤＬの値とを同じにするような値に定める。本例では、一方のマイナスゲインＳＷがオンのときには“−６ｄＢ”となるので、ＡＧＣ１を＋６ｄＢに設定する。
【００７９】
また被写体照度が“ＤＬ２〜ＤＬ３”の範囲（図中のＢの右半分Ｂ２で示す区間）では、マイナスゲイン切替部２１４の両方のマイナスゲインＳＷをアクティブ（オン）にして、その減衰分をデジタルＡＧＣ部２１２による利得制御で補正する。すなわち、区間Ｂ２では、デジタルＡＧＣゲインがＡＧＣ２から“＋０ｄＢ”まで直線的に減少する第３の負性特性線ＣＬ３となる。
【００８０】
この区間Ｂ２でも、シャッタ速度は１／１００秒に固定されているのでフリッカを防止できる。また図３（Ｂ）に示すように、アナログ撮像信号（すなわちＡ／Ｄ出力）はさらに上昇するものの、デジタルパートにてマイナスゲインで減衰させた分だけ輝度信号レベルを下げることができる。またマイナスゲインとデジタルＡＧＣの総合ゲインによって、図３（Ｃ）に示すように、画像の明るさを一定に保持することができ、適正な露光制御を実現することができる。
【００８１】
被写体照度が丁度ＤＬ２のときのデジタルＡＧＣの立ち上がりの頂点に相当するデジタルＡＧＣゲインであるＡＧＣ２の値は、ｃ点つまりシャッタ速度が１／１００秒かつマイナスゲインが“−６ｄＢ”のときの測光データＤＬの値と、ｄ点つまりシャッタ速度が１／１００秒かつ両方のマイナスゲインＳＷがオンのときにデジタルＡＧＣのゲインがＡＧＣ２のときの測光データＤＬの値とを同じにするような値に定める。本例では、両方のマイナスゲインＳＷがオンのときには“−１２ｄＢ”となり、一方のマイナスゲインＳＷによって“−６ｄＢ”が設定されているので、ＡＧＣ２を＋６ｄＢに設定する。つまり、本例では、ＡＧＣ１＝ＡＧＣ２とする。
【００８２】
このように、Ｂ区間では、シャッタ速度を１／１００秒固定とすることでフリッカフリーにするとともに、１／１００秒固定としたことによりアナログ撮像信号が上昇する分をマイナスゲインによって下げる。さらにこの間は、デジタルＡＧＣを作動させることで、すなわちデジタルパートの総合ゲインによって、デジタル撮像信号の出力レベルを安定化させることで、画像輝度を一定に保持する。
【００８３】
区間Ｂ（Ｂ１およびＢ２）において、アナログＡＧＣでマイナスゲインの切替制御をせず、デジタルパートでマイナスゲインの切替制御をし、さらに減衰分をデジタルＡＧＣを用いて補正するのは、なるべく前段での信号の飽和などを防ぎたいからである。つまり、ＡＧＣ制御の全てをアナログパートで受け持つこととすると、非常に広いダイナミックレンジを確保してＡＧＣループを形成なければならず、実際には飽和や過渡応答などの点で問題を生じ易いからである。
【００８４】
なお、このようにする場合、アナログパート（Ａ／Ｄ変換も含む）は、十分なダイナミックレンジをとる必要があるものの、ＡＧＣ制御を小さく（前例は最大で＋６ｄＢ）もしくは不要とすることができ、安定した露光制御を実現することができる。
【００８５】
次に、被写体照度が“ＤＬ３”以上の範囲（図中のＣで示す区間）は、マイナスゲインＳＷとデジタルＡＧＣで制御できる領域よりさらに光量の多い場合である。このケースは、室外などの場合が多く、フリッカは発生しない条件下であることが多いと想定される。そこで、この区間Ｃでは、両方のマイナスゲインＳＷをインアクティブ（オフ；＋０ｄＢに戻す）にして、１／１００秒未満の高速なシャッタ速度で露光制御を行なう。したがってこの区間Ｃでは、任意のシャッタ速度への切替え（以下シャッタフリーという）によって、アナログ撮像信号を安定化させる。これにより、デジタルパートのＡＧＣを作動させなくても、画像の明るさを一定に保持することができ、適正な露光制御を実現することができる。
【００８６】
すなわち、撮像装置１０は、被写体照度がＤＬ３以下の状態では、シャッタ速度１／１００秒で動作し、被写体照度がＤＬ３以上の状態では、シャッタフリーで動作する。そして、第１の負性特性線ＣＬ１において被写体照度がＤＬ０から増加するにつれてアナログＡＧＣゲインは直線的に減少し、被写体照度ＤＬ１つまりａ点のときにアナログＡＧＣゲインは“＋０ｄＢ”となる。この間、自動利得制御（アナログＡＧＣ）により画像輝度は一定値を保つ。
【００８７】
さたに被写体照度“ＤＬ１〜ＤＬ２”の範囲（Ｂ１区間）では、被写体照度とＡＧＣゲインとの関係は第２の負性特性線ＣＬ２となり、被写体照度“ＤＬ２〜ＤＬ３”の範囲（Ｂ２区間）では、被写体照度とＡＧＣゲインとの関係は第３の負性特性線ＣＬ３となる。これらの間（Ｂ区間）では、デジタルパートの自動利得制御（デジタルＡＧＣ）により画像輝度は一定値を保つ。さらに被写体照度“ＤＬ３”以上の範囲（Ｃ区間）では、シャッタフリーによる制御により画像輝度は一定値を保つ。
【００８８】
フリッカフリーに対応した従来の露光制御によれば、第１の負性特性線ＣＬ１に沿って被写体照度が“ＤＬ１”よりも少しでも高くなると、ＡＧＣゲイン（アナログおよびデジタルともに）は“＋０ｄＢ”に固定化されてしまう結果、画像輝度は、図３（Ｂ）に示すように増加し始め、画像が飽和してしまう。
【００８９】
しかし、上記実施形態における露光制御によれば、ＡＧＣゲインが第１の負性特性線ＣＬ１を降下して“＋０ｄＢ”になった段階で、デジタルパートのＡＧＣゲイン制御を切り替える。つまり、被写体照度が“ＤＬ１”（第１マイナスゲイン切替ポイント）に到達すると、マイナスゲイン切替部２１４にて所定のマイナスゲインに設定し（前例では−６ｄＢ）するとともに、マイナスゲイン分を補うように、デジタルＡＧＣ部２１２のゲイン量をゲインＡＧＣ１に、すなわちａ点からｂ点まで一気に立ち上げる。
【００９０】
そして、被写体照度が“ＤＬ１”よりさらに増加すると、デジタルＡＧＣゲインは、ＡＧＣ１から“＋０ｄＢ”に向けて第２の負性特性線ＣＬ２に沿って降下するようになる。つまり、図３（Ｃ）に示すように、自動利得制御が効いて画像輝度が一定に保持されている状態がより高照度側に向けて続く。
【００９１】
また、被写体照度が“ＤＬ１〜ＤＬ２”の範囲でデジタルＡＧＣゲインが第２の負性特性線ＣＬ２に沿って下降して“ＤＬ２”に到達になった段階で、デジタルパートのマイナスゲインをさらに切り替える。つまり、被写体照度が“ＤＬ２”（第２マイナスゲイン切替ポイント）に到達すると、マイナスゲイン切替部２１４にてマイナスゲインをもう１段階アップさせる（前例ではトータルで−１２ｄＢに設定する）とともに、このマイナスゲインのアップ分を補うように、デジタルＡＧＣ部２１２のゲイン量をゲインＡＧＣ２に、すなわちｃ点からｄ点まで一気に立ち上げる。
【００９２】
そして、被写体照度が“ＤＬ２”よりさらに増加すると、デジタルＡＧＣゲインは、ＡＧＣ２から“＋０ｄＢ”に向けて第３の負性特性線ＣＬ３に沿って降下するようになる。つまり、自動利得制御が効いて画像輝度が一定に保持されている状態が一層高照度側に向けて続く。
【００９３】
図４は、露光制御部２６０による露光制御の処理手順におけるメイン処理を示すフローチャートである。メイン処理は、初期設定処理（Ｓ１００）、ＡＧＣ制御処理（Ｓ２００）、マイナスゲイン切替判定処理（Ｓ３００）、マイナスゲイン／デジタルＡＧＣ切替処理（Ｓ４００）、およびシャッタ速度制御処理（Ｓ５００）からなる。
【００９４】
初期設定処理（Ｓ１００）においては、たとえば電源投入に伴って初期のシャッタ速度を決定する。ＡＧＣ制御処理（Ｓ２００）においては、測光部２５０からの測光データＤＬが収束範囲に入るようにゲイン制御信号ＧＣや電子シャッタ制御信号ＳＣを制御する。マイナスゲイン切替判定処理（Ｓ３００）においては、シャッタ速度とＡＧＣゲインとの関係がマイナスゲイン切替えの要件を満たすか否かを判定する。マイナスゲイン／デジタルＡＧＣ切替処理（Ｓ４００）においては、マイナスゲイン切替部２１４を、所定のマイナスゲイン（前例では＋０ｄＢ、−６ｄＢ、−１２ｄＢの何れか）のモードに切り替える。シャッタ速度制御処理（Ｓ５００）においては、マイナスゲイン切替部２１４が“−１２ｄＢ”モードから“＋０ｄＢ”モードに切り替えられたとき、電子シャッタ速度を切り替えることで露光量を制御するシャッタフリーモードに切り替える。
【００９５】
図５は、初期設定処理（Ｓ１００）の具体例を示すフローチャートである。露光制御部２６０は、第１マイナスゲイン切替ポイントにおける補正分のＡＧＣゲイン（ＡＧＣ１）および第２マイナスゲイン切替ポイントにおける補正分のＡＧＣゲイン（ＡＧＣ２）を、図示しない不揮発性メモリより読み込んで、主メモリとしての図示しないＲＡＭの所定のアドレスに格納する（Ｓ１０２）。このＡＧＣ１、ＡＧＣ２の値は、マイナスゲイン切替部２１４におけるマイナスゲインの切替設定値に応じて、定められるのは前述の通りである。
【００９６】
次に露光制御部２６０は、不揮発性メモリより電源投入前の前回使用時の最終的なマイナスゲインの設定値、シャッタ速度、露光モードなどを読み込み（Ｓ１０４）、主メモリ９のＲＡＭに設定されるシャッタ速度変数ＳＳにその前回の最終のマイナスゲインの設定値やシャッタ速度などを初期データとしてセットし（Ｓ１０６）、ＡＧＣ制御処理（Ｓ２００）の先頭ステップに進む（Ｓ１０８）。
【００９７】
この初期設定処理（Ｓ１００）を用いると、撮像装置１０の設置場所が固定されているなどしていて、前回使用の条件と今回使用の条件とが似ており、撮像装置１０周辺の照度変化が少ないときに有効である。たとえば、電源再投入の都度、周辺照度を測定し、その照度に応じて適切なシャッタ速度を演算する必要がなく、シャッタ速度の初期値設定が迅速に行なえる。
【００９８】
図６は、ＡＧＣ制御処理（Ｓ２００）の具体例を示すフローチャートである。露光制御部２６０は、先ず、シャッタモードが“Ｌ”にセットされているか否かを判定する（Ｓ２０１）。“Ｌ”以外（すなわち“Ｈ”）のときには（Ｓ２０１−ＮＯ）、シャッタ速度制御処理（Ｓ５００）の先頭ステップに進む（Ｓ２２０）。
【００９９】
一方、シャッタモードが“Ｌ”のときには（Ｓ２０１−ＹＥＳ）、露光制御部２６０は、測光部２５０より測光データＤＬを読み込み（Ｓ２０２）、測光データＤＬの値が収束範囲の最大値より大きいか否かを判定する（Ｓ２０４）。測光データＤＬの値が最大値以下のときには（Ｓ２０４−ＮＯ）、直ちに測光データＤＬの値が収束範囲の最小値より小さいか否かを判定する（Ｓ２０８）。一方、測光データＤＬの値が最大値よりも大きい場合には（Ｓ２０４−ＹＥＳ）、デジタルＡＧＣの利得（ゲイン値）が下がるよう、主メモリのＲＡＭに設定されるＡＧＣゲイン変数ＧＧを一定量αだけ減少（デクリメント）した後（Ｓ２０６）、測光データＤＬの値が収束範囲の最小値より小さいか否かを判定する（Ｓ２０８）。
【０１００】
測光データＤＬの値が最小値以上のときには（Ｓ２０８−ＮＯ）、直ちにＡＧＣ制御処理を終了してマイナスゲイン切替判定処理（Ｓ３００）の先頭ステップに進む（Ｓ２１２）。一方、測光データＤＬの値が最小値よりも小さいときには（Ｓ２０８−ＹＥＳ）、デジタルＡＧＣの利得（ゲイン値）が上がるよう、ＡＧＣゲイン変数ＧＧを一定量αだけ増加（インクリメント）した後（Ｓ２１０）、マイナスゲイン切替判定処理（Ｓ３００）の先頭ステップに進む（Ｓ２１２）。
【０１０１】
このＡＧＣ制御処理（Ｓ２００）を繰り返す（後述するマイナスゲイン切替判定処理からリーターンする）ことにより、測光データＤＬの値は、最小値と最大値とで規定される収束範囲内に収束する。つまり、図３（Ａ）において、第２の負性特性線ＣＬ２または第３の負性特性線ＣＬ３に沿ってデジタルＡＧＣのゲインが制御され、また、図３（Ｃ）において、画像輝度が一定値に保たれる。
【０１０２】
図７は、マイナスゲイン切替判定処理（Ｓ３００）の具体例を示すフローチャートである。露光制御部２６０は、先ず、ＡＧＣゲイン変数ＧＧにセットされている値が“０ｄＢ”になっているか否かを判定する（Ｓ３０２）。“０ｄＢ”になっている場合には（Ｓ３０２−ＹＥＳ）、マイナスゲイン切替部２１４が“０ｄＢ”モードになっているか否かを判定する（Ｓ３０４）。“０ｄＢ”モードのときには（Ｓ３０４−ＹＥＳ）、マイナスゲイン／デジタルＡＧＣ切替処理（Ｓ４００）の先頭ステップに進む（Ｓ３３０）。
【０１０３】
つまり、ステップＳ３０２およびステップＳ３０４の判定がともに肯定的となるときは、ＡＧＣゲイン変数ＧＧが“０ｄＢ”かつマイナスゲイン切替部２１４が“０ｄＢ”モードであるということ（第１のケースという）であり、これは、図３（Ａ）において第１の負性特性線ＣＬ１を降下してａ点に到達したということに対応している。そしてこのときは、マイナスゲイン切替部２１４を、“−６ｄＢ”モードに切り替えるために、マイナスゲイン／デジタルＡＧＣ切替処理（Ｓ４００）に進む（Ｓ３３０）。
【０１０４】
また、ステップＳ３０４において判断が否定的となるときは（Ｓ３０４−ＮＯ）、ＡＧＣゲイン変数ＧＧにセットされている値が“０ｄＢ”になっているか否かを判定する（Ｓ３１２）。“０ｄＢ”になっている場合には（Ｓ３１２−ＹＥＳ）、マイナスゲイン切替部２１４が“−６ｄＢ”モードになっているか否かを判定する（Ｓ３１４）。“−６ｄＢ”モードのときには（Ｓ３１４−ＹＥＳ）、マイナスゲイン／デジタルＡＧＣ切替処理（Ｓ４００）の先頭ステップに進む。
【０１０５】
つまりこのときは、ＡＧＣゲイン変数ＧＧが“０ｄＢ”かつマイナスゲイン切替部２１４が“−６ｄＢ”モードであるということ（第２のケースという）であり、これは、図３（Ａ）において第２の負性特性線ＣＬ２を下降してｃ点に達したということに対応している。そしてこのときは、マイナスゲイン切替部２１４を、“−１２ｄＢ”モードに切り替えるために、マイナスゲイン／デジタルＡＧＣ切替処理（Ｓ４００）に進む。
【０１０６】
また、ステップＳ３１４において判断が否定的となるときは（Ｓ３１４−ＮＯ）、ＡＧＣゲイン変数ＧＧにセットされている値が“０ｄＢ”になっているか否かを判定する（Ｓ３２２）。“０ｄＢ”になっている場合には（Ｓ３２２−ＹＥＳ）、マイナスゲイン切替部２１４が“−１２ｄＢ”モードになっているか否かを判定する（Ｓ３２４）。“−１２ｄＢ”モードのときには（Ｓ３２４−ＹＥＳ）、マイナスゲイン／デジタルＡＧＣ切替処理（Ｓ４００）の先頭ステップに進む（Ｓ３３０）。
【０１０７】
つまりこのときは、ＡＧＣゲイン変数ＧＧが“０ｄＢ”かつマイナスゲイン切替部２１４が“−１２ｄＢ”モードであるということ（第３のケースという）であり、これは、図３（Ａ）において第３の負性特性線ＣＬ３を下降してｅ点に達したということに対応している。そして、このときは、マイナスゲイン切替部２１４を、“＋０ｄＢ”モードに切り替える（戻す）ために、マイナスゲイン／デジタルＡＧＣ切替処理（Ｓ４００）に進む。
【０１０８】
ステップＳ３０２，Ｓ３１２，Ｓ３２２，Ｓ３２４において判断が否定的となるときはＡＧＣ制御処理（Ｓ２００）の先頭ステップに進む（戻る）（Ｓ３４０）。つまり、上記の第１〜第３の３つのケース以外では、マイナスゲインの切替えは行なわない。
【０１０９】
なお、ＡＧＣゲイン変数ＧＧが“０ｄＢ”にセットされているか否かの判断のステップＳ３１２，Ｓ３２２は、実際上はなくてもよく省略することができる。これは、ステップＳ３０４の判定が否定的であるときは、ＡＧＣゲイン変数ＧＧは“０ｄＢ”になっているからである。
【０１１０】
図８は、マイナスゲイン／デジタルＡＧＣ切替処理（Ｓ４００）の具体例を示すフローチャートである。露光制御部２６０は、ゲイン制御信号ＧＣ２のマイナスゲインＳＷ１に対応するコマンドがインアクティブにセットされているか否かを判定する（Ｓ４０２）。インアクティブのときには（Ｓ４０２−ＹＥＳ）、露光制御部２６０は、マイナスゲインＳＷ１に対応するコマンドをアクティブにすることで、マイナスゲイン切替部２１４を“−６ｄＢ”モードに設定する（Ｓ４０４）。
【０１１１】
また、これに伴うゲイン低下を補正するべく、デジタルＡＧＣ部２１２に対してのゲイン設定値を示すＡＧＣゲイン変数ＧＧを、“＋０ｄＢ”からＡＧＣ１（本例では“＋６ｄＢ”）に変更設定する（Ｓ４０６）。本例では、これを受けて、デジタルＡＧＣ部２１２は、デジタルデータを１ビット分左（ＭＳＢ側）にシフトすることで、デジタルデータを×２倍（＋６ｄＢ）する。つまり、マイナスゲイン切替部２１４における減衰度の切替えと同じように、ビットシフトによって、マイナスゲイン切替分を補正する。
【０１１２】
また、ステップＳ４０２の判定が否定的なときには、ゲイン制御信号ＧＣ２のマイナスゲインＳＷ２に対応するコマンドがインアクティブにセットされているか否かを判定する（Ｓ４１２）。インアクティブのときには（Ｓ４１２−ＹＥＳ）、露光制御部２６０は、マイナスゲインＳＷ２に対応するコマンドも（つまりマイナスゲインＳＷ１，ＳＷ２の両者を）アクティブにすることで、マイナスゲイン切替部２１４を“−１２ｄＢ”のモードに設定する（Ｓ４１４）。
【０１１３】
また、これに伴うゲイン低下を補正するべく、デジタルＡＧＣ部２１２に対してのゲイン設定値を、“＋０ｄＢ”からＡＧＣ２（本例では“＋６ｄＢ”）に変更設定する（Ｓ４１６）。本例では、これを受けて、デジタルＡＧＣ部２１２は、デジタルデータを１ビット分左（ＭＳＢ側）にシフトすることで、デジタルデータを×２倍（＋６ｄＢ）する。
【０１１４】
そしてＡＧＣゲイン変数ＧＧを変更した後には（Ｓ４０６，Ｓ４１６）、何れの場合にも、現在設定されているＡＧＣゲイン変数ＧＧの値を不揮発性メモリの所定のアドレスに格納し、ＡＧＣ制御処理（Ｓ２００）の先頭ステップに戻る（Ｓ４３０）。
【０１１５】
一方、ステップＳ４１２の判定が否定的であって、マイナスゲイン切替部２１４が“−１２ｄＢ”モードにセットされているときには、ＡＧＣゲイン変数ＧＧを“＋０ｄＢ”に固定するとともに（Ｓ４２２）、ゲイン制御信号ＧＣ２のマイナスゲインＳＷ１，ＳＷ２の両者に対応するコマンドをインアクティブにすることで、マイナスゲイン切替部２１４を“＋０ｄＢ”のモードに設定する（Ｓ４２４）。また、電子シャッタ速度をシャッタフリーのモードに切り替えるために、シャッタモードを“Ｈ”に設定し、現在設定されているＡＧＣゲイン変数ＧＧの値およびシャッタモードの値を不揮発性メモリの所定のアドレスに格納し、シャッタ速度制御処理（Ｓ５００）の先頭ステップに進む（Ｓ４４０）。
【０１１６】
ここで、ステップＳ４０４，Ｓ４０６は、図３（Ａ）において、第１マイナスゲイン切替ポイント（ａ点，ｂ点）上で、マイナスゲイン切替部２１４を“−６ｄＢ”モードに移行させるとともに、デジタルＡＧＣゲインを０ｄＢ（ａ点）からＡＧＣ１（ｂ点）へと切り替えることに対応している。同じく、ステップＳ４１４，Ｓ４１６は、第２マイナスゲイン切替ポイント（ｃ点，ｄ点）上で、マイナスゲイン切替部２１４を“−１２ｄＢ”モードに移行させるとともに、デジタルＡＧＣゲインを０ｄＢ（ｃ点）からＡＧＣ２（ｂ点）へと切り替えることに対応している。さらに、ステップＳ４２２，Ｓ４２４，Ｓ４２６は、第３マイナスゲイン切替ポイント（ｅ点）上で、マイナスゲイン切替部２１４を“＋０ｄＢ”モードに戻し、デジタルＡＧＣを停止しさせ、シャッタフリーによる露光制御に移行させることに対応している。
【０１１７】
図９は、シャッタ速度制御処理（Ｓ５００）の具体例を示すフローチャートである。露光制御部２６０は、シャッタモードが“Ｈ”にセットされているか否かを判定する（Ｓ５０２）。“Ｈ”以外（すなわち“Ｌ”）のときには（Ｓ５０２−ＮＯ）、ＡＧＣ制御処理（Ｓ２００）の先頭ステップに進む（Ｓ５０４）。
【０１１８】
一方、シャッタモードが“Ｈ”のときには（Ｓ５０２−ＹＥＳ）、露光制御部２６０は、測光データＤＬを監視しながら、この測光データＤＬが所定範囲に収束するように、電子シャッタ制御信号ＳＣを制御してタイミング信号生成部２００から発せられるシャッタパルスＸＳＵＢの発生時期を制御する。
【０１１９】
すなわち、露光制御部２６０は、先ず、測光部２５０より測光データＤＬを読み込み（Ｓ５１２）、測光データＤＬの値が収束範囲の最大値より大きいか否かを判定する（Ｓ５１４）。測光データＤＬの値が最大値以下のときには（Ｓ５１４−ＮＯ）、直ちに測光データＤＬの値が収束範囲の最小値より小さいか否かを判定する（Ｓ５１８）。一方、測光データＤＬの値が最大値よりも大きい場合には（Ｓ５１４−ＹＥＳ）、電子シャッタ速度が速くなるように主メモリのＲＡＭに設定されるシャッタ速度変数ＳＳを一定量βだけ減少（デクリメント）した後（Ｓ５１６）、測光データＤＬの値が収束範囲の最小値より小さいか否かを判定する（Ｓ５１８）。
【０１２０】
測光データＤＬの値が最小値以上のときには、直ちに測光部２５０より測光データＤＬを再度読み込むべくステップＳ５１２に戻る（Ｓ５１８−ＮＯ）。一方、測光データＤＬの値が最小値よりも小さいときには（Ｓ５１８−ＹＥＳ）、電子シャッタ速度が遅くなるようにシャッタ速度変数ＳＳを一定量βだけ増加（インクリメント）した後（Ｓ５２０）、測光データＤＬを再度読み込むべくステップＳ５１２に戻る。
【０１２１】
つまり、測光データＤＬが収束範囲よりも高い場合には電子シャッタ速度が速くなるように、反対に測光データＤＬが収束範囲よりも低い場合には電子シャッタ速度が遅くなるように、シャッタパルスＸＳＵＢのタイミング制御を行ない、駆動部１５を介して撮像素子１２の露光時間をコントロールする。
【０１２２】
このシャッタ速度の切替え（Ｓ５１２〜Ｓ５２０）を繰り返すことにより、測光データＤＬの値は、最小値と最大値とで規定される収束範囲内に収束する。つまり、図３（Ａ）のＣ区間におて、１／１００秒未満の高速なシャッタ速度で露光制御が実行され、また、常に自動的に収束範囲として定められた一定レベルの撮像信号が得られ、図３（Ｃ）において、画像輝度が一定値に保たれる。
【０１２３】
なお、ＡＧＣゲイン変数ＧＧが“０ｄＢ”にセットされているか否かの判断のステップＳ３１２，Ｓ３２２は、実際上はなくてもよく省略することができる。これは、ステップＳ３０４の判定が否定的であるときは、ＡＧＣゲイン変数ＧＧは“０ｄＢ”になっているからである。
【０１２４】
なお、上記各処理の具体例の説明は、被写体照度が漸次増える方向における処理についてのものであるが、これとは逆方向の処理にする場合でも、基本的な処理は上記と変わらない。ただし、マイナスゲインの切替ポイントの判定処理時には、ＡＧＣゲイン変数ＧＧの設定値ＡＧＣ１，ＡＧＣ２がマイナスゲインの切替分（本例では“＋６ｄＢ”）にあることをその判定基準にするなどの変更を加える。またこの切替ポイントでは、アナログのＡＧＣほどではないにしても、ハンティングが生じることもあり得る。この場合、たとえばヒステリシスを持たせた制御手法を採用することで、ハンティングを防止することができる。
【０１２５】
以上説明したように、第１実施形態の露光制御によれば、ＡＧＣ制御とシャッタ速度切替えとを組み合わせ、さらに所定範囲の照度（ＤＬ１〜ＤＬ３）ではマイナスゲイン設定と組み合わせるようにしたので、広い範囲の照度に亘って、フリッカや飽和を生じさせることなく、画像の明るさを一定に保つように露光量を制御することができる。つまり、フリッカフリーで、かつ、画像輝度を安定化させるための自動利得制御機能の、被写体照度に対するダイナミックレンジを拡張することができる。
【０１２６】
たとえば、シャッタの蓄積時間を蛍光灯の発光特性の周期（点滅周期）に同期したまま、明るい場所で撮影しても、飽和することなく適切な光量の画像を出力することができる。また、蛍光灯下の室内を撮影したとき、画像中に明るい部分がある場合でも、フリッカを発生することを防ぐことができる。
【０１２７】
また、ビットシフトでマイナスゲイン設定ができるから、比較的、回路変更が容易にマイナスゲインＳＷを付加することができる。加えて、タイミング信号生成部２００、測光部２５０、さらには露光制御部２６０は、従来のものの微小な変更で済むので、露光制御機能の全体としても、回路変更や制御アルゴリズムの変更が比較的容易に済む。
【０１２８】
また、露光制御が自動的になされるので、シャッタ速度やマイナスゲインの手動切替などが不要であり、ユーザの手を煩わせることがなく、操作性がよい。
【０１２９】
図１０は、本発明に係る撮像装置の第２実施形態を示すブロック図である。ここで図１０（Ａ）は露光制御機能に直目した機能ブロック図、図１０（Ｂ）はＡ／Ｄ変換直後の撮像データとデジタル増幅部２１０にて処理された撮像データとの関係を示す図である。図１０（Ｂ）において、Ａ／Ｄ変換部１４から出力される撮像データは、“Ｂ７ｈ”であり、図２（Ｂ）に示したものと同じである。
【０１３０】
第１実施形態では、マイナスゲイン切替部２１４が“−６ｄＢ”または“−１２ｄＢ”モードに設定された際、デジタルデータのビットシフトによりデジタルデータのＬＳＢ側の１ビット分もしくは２ビット分のデータが消失する。このビットシフトにより失われる情報の差分（消失分の絶対量）は小さいものの、アナログパートにて取得してあった微細な情報を失う点では、たとえば鮮鋭度の高い画像を得る要求に対しては不利である。
【０１３１】
そこで、第２実施形態の撮像装置１０のデジタル増幅部２１０は、マイナスゲイン切替部２１４によるビットシフトで失われるデータを保持する記憶部２１６，２１８を備え、マイナスゲイン切替部２１４が、“−６ｄＢ”または“−１２ｄＢ”モードに設定された際、デジタルデータのビットシフトにより失われる情報を、映像信号処理部２２０にて使用可能にした点が、第１実施形態と異なる。
【０１３２】
図１０（Ｂ）に示すように、マイナスゲイン切替部２１４が“＋０ｄＢ”モードに設定されると、ビットシフトはないので、マイナスゲイン切替部２１４は、ＬＳＢ０用の記憶部２１６およびＬＳＢ１用の記憶部２１８をクリアする。これにより何れからも、“０；ゼロ”なる消失データが出力される。
【０１３３】
次に“−６ｄＢ”モードに設定されると、マイナスゲイン切替部２１４は、入力データにおけるＬＳＢ０の値をＬＳＢ０用の記憶部２１６にセットする。本例では、記憶部２１６から“０；ゼロ”なる消失データが出力される。
【０１３４】
また“−１２ｄＢ”モードに設定されると、入力データにおけるＬＳＢ１の値をＬＳＢ１用の記憶部２１８にセットする。本例では、記憶部２１８から“１”なる消失データが出力される。ここで、記憶部２１６，２１８に保持されるデータは、結果として、ＬＳＢ０やＬＳＢ１に有効データ“１”が存在していたか否かを示す判定フラグとなる。
【０１３５】
映像信号処理部２２０は、この記憶部２１６，２１８に保持されている情報を使って、所定の処理をする。たとえば、処理過程においてまるめ処理（切り捨て／切り上げ）をする際、記憶部２１６，２１８に保持されている情報が“１”のときには、消失分が処理済データに反映されるように、まるめ処理を補正する。たとえば、通常であれば、切り捨てするものを切り上げにする。
【０１３６】
これにより、マイナスゲイン切替部２１４が“−６ｄＢ”や“−１２ｄＢ”モードに設定された場合であっても、たとえば精度のよいホワイトバランス制御ができ、あるいは高精細な画像を得ることができる。
【０１３７】
なお、ビットシフトにより失われる情報の変化周波数は一義的でないが、その絶対量は微量であり、主に比較的周波数が高い成分までをも含む輝度信号ＹＨに対しての影響度合いが高いと考えられる。したがって、高周波輝度信号生成部２４２のみが、記憶部２１６，２１８に保持されている情報を使った処理を実行するようにしてもよい。
【０１３８】
図１１は、本発明に係る撮像装置の第３実施形態を示すブロック図である。メモリカードなどの記録媒体を挿脱可能に構成した点、およびインターネットなどの通信網との接続が可能に構成した点が、第１および第２実施形態と異なる。
【０１３９】
すなわち、この第３実施形態の撮像装置１０は、第１あるいは第２実施形態の撮像装置１０に加えて、ＣＰＵ９０２、ＲＯＭ（Read Only Memory）９０４、ＲＡＭ９０６、メモリ読出部９０７、および通信Ｉ／Ｆ（インターフェース）９０８を備える。記録媒体９２４は、たとえば、ＣＰＵ９０２にソフトウェア処理をさせるためのプログラムデータや、測光データＤＬの収束範囲、マイナスゲイン切替部２１４におけるマイナスゲインの設定値などのデータを登録するなどのために利用される。メモリ読出部９０７は、記録媒体９２４から読み出したデータをＲＡＭ９０６に格納（インストール）する。通信Ｉ／Ｆ９０８は、インターネットなどの通信網との間の通信データの受け渡しを仲介する。
【０１４０】
このような構成の撮像装置１０は、上記第１あるいは第２実施形態に示した撮像装置１０の基本的な構成および動作と同様とすることができる。また、上述した処理をコンピュータに実行させるプログラムは、フラッシュメモリ、ＩＣカード、あるいはミニチュアーカードなどの不揮発性の半導体メモリカードなどの記録媒体９２４を通じて配布される。さらに、サーバなどからインターネットなどの通信網を経由して前記プログラムをダウンロードして取得したり、あるいは更新してもよい。
【０１４１】
記録媒体９２４の一例としてのＩＣカードやミニチュアーカードなどの半導体メモリには、上記実施形態で説明した撮像装置１０（特にその主要部である測光部２５０や露光制御部２６０）における処理の一部または全ての機能を格納することができる。したがって、以下のプログラムや当該プログラムを格納した記憶媒体を提供することができる。たとえば、測光部用のプログラム、すなわちＲＡＭ９０６などにインストールされるソフトウェアは、上記実施形態に示された測光部２５０と同様に、画面分割測光、輝度ピーク検出、あるいは積算データ出力などの各機能部をソフトウェアとして備える。
【０１４２】
同様に、露光制御部用のプログラム、すなわちＲＡＭ９０６などにインストールされるソフトウェアは、上記実施形態に示された露光制御部２６０と同様に、測光データＤＬを測光部としての機能部から受け取り、測光データＤＬが一定レベルに保持され、かつ蛍光灯照明下においてもフリッカが生じないように、タイミング信号生成部２００に対して電子シャッタ制御信号ＳＣを発し、あるいはデジタルＡＧＣ部２１２に対してのＡＧＣゲイン変数ＧＧを制御し、さらには、所定照度のときにはマイナスゲイン切替部２１４をマイナスゲインモードに設定するなどの各機能部をソフトウェアとして備える。
【０１４３】
そしてメモリ読出部９０７は、記憶媒体９２４からプログラムデータまたは測光データＤＬの収束範囲などのデータを読み取ってＣＰＵ９０２に渡す。そしてソフトウエアは記憶媒体９２４からＲＡＭ９０６にインストールされる。なお、ＲＯＭ９０４にプログラムデータの一部または収束範囲などのデータの一部をインストールしておいてもよい。ＲＡＭ９０６は、メモリ読出部９０７によって読み出された種々のデータまたはプログラムや、ＣＰＵ９０２がプログラムを実行することにより作成されたデータを記憶するとともに、記憶したデータまたはプログラムを読み取ってＣＰＵ９０２に渡す。
【０１４４】
ソフトウエアは、ＲＡＭ９０６に読み出された後にＣＰＵ９０２により実行される。たとえばＣＰＵ９０２は、記録媒体の一例であるＲＯＭ９０４およびＲＡＭ９０６に格納されたプログラムに基づいて上記の露光制御処理を実行することにより、上記処理を実行するための機能をソフトウェア的に実現することができる。すなわち、コンピュ−タを用いたデジタル信号処理によって、露光制御処理を実現することができる。それぞれの記憶媒体９２４には、それぞれのユーザ仕様に合わせた測光データＤＬの収束範囲あるいはマイナスゲイン設定値などのデータや、それに基づく適切な上記の露光制御処理を記述したプログラムを、他のユーザの設定内容に影響されることなく保持させておくことができる。
【０１４５】
こうすることで、たとえば、測光データＤＬの収束範囲あるいはマイナスゲイン設定値などのデータを、さらにはそれに基づく適切な上記の露光制御処理を、ユーザ仕様に合わせて、適宜設定できる。また、記憶媒体９２４の交換だけで、個々のユーザ仕様に合わせた処理に容易に切り替えることができる。
【０１４６】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることができ、そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。また、上記の実施形態は、クレームにかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組合せの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【０１４７】
たとえば、上記実施形態では、マイナスゲイン設定値として、−６ｄＢおよび−１２ｄＢのみを設定可能とすることで、ビットシフトのみでマイナスゲインの設定を可能にしていたが、任意の値が設定されるものであってもよい。この場合、設定値に合わせるための演算回路が必要になるので、回路規模が大きくなる。
【０１４８】
また上記実施形態では、デジタルパートにて、マイナスゲインの切替えをするようにしていたが、先にも述べたように、アナログパートにて実行してもよい。また、デジタルＡＧＣ部２１２とマイナスゲイン切替部２１４とを逆の配置、つまり、マイナスゲイン切替部２１４の後段にデジタルＡＧＣ部２１２を配した構成であってもよい。さらに、測光部２５０や露光制御部２６０を除く部分の構成は、上記実施形態以外の構成をとってもよい。
【０１４９】
また、たとえばフリッカ検知部を備え、フリッカを検知したときに限って、光源の点滅周期に同期した電子シャッタ速度に設定する露光制御を実行するようにしてもよい。フリッカ検知の手法としては、たとえば１００Ｈｚで発光している蛍光灯と６０Ｈｚで露光動作している撮像素子の組合せを例にとると、露光期間の種類が３種類となり、これらの間で撮像素子からの撮像信号のレベルが異なることがフリッカの発生原因となる。
【０１５０】
よって、たとえば、１画面分の輝度積算値を、垂直同期信号のタイミングで毎ＶＤ入力し、各積算値のレベル比較を毎ＶＤ行なって、３ＶＤおきのピークパターンを検出し、その検出数がある期間内で所定の確率を越えたらフリッカ有りと判定するとよい。また上記実施形態では、蛍光灯の点滅周期と撮像素子の露光周期との関わりで生じるフリッカについて説明したが、光源は蛍光灯に限るものではない。
【０１５１】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、ＡＧＣ制御とシャッタ速度切替えとを組み合わせ、さらに所定範囲の照度ではマイナスゲイン設定と組み合わせるようにしたので、広い範囲の照度に亘って、フリッカや画像飽和を生じさせることなく、画像の明るさを適正レベルに保つように露光制御を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る撮像装置の第１実施形態を示すブロック図である。
【図２】撮像装置における露光制御機能を説明する図である。
【図３】露光制御部による露光制御の電子シャッタ機能とＡＧＣ機能との関係を示す特性図である。
【図４】露光制御部による露光制御の処理手順におけるメイン処理を示すフローチャートである。
【図５】初期設定処理（Ｓ１００）の具体例を示すフローチャートである。
【図６】ＡＧＣ制御処理（Ｓ２００）の具体例を示すフローチャートである。
【図７】マイナスゲイン切替判定処理（Ｓ３００）の具体例を示すフローチャートである。
【図８】マイナスゲイン／デジタルＡＧＣ切替処理（Ｓ４００）の具体例を示すフローチャートである。
【図９】シャッタ速度制御処理（Ｓ５００）の具体例を示すフローチャートである。
【図１０】本発明に係る撮像装置の第２実施形態を示すである。
【図１１】本発明に係る撮像装置の第３実施形態を示すブロック図である。
【符号の説明】
１０…撮像装置、１１…レンズ、１２…撮像素子、１３…プリアンプ、１４…Ａ／Ｄ変換部、１５…駆動部、１８…被写体、１９…蛍光灯、２０…デジタル信号処理部、１３０…ＣＤＳ部、１３２…アナログＡＧＣ部、２００…タイミング信号生成部、２１０…デジタル増幅部、２１２…デジタルＡＧＣ部、２１４…マイナスゲイン切替部、２２０…映像信号処理部、２３０…色信号処理部、２３１…原色分離部、２３２…ホワイトバランスアンプ、２３３…ガンマ補正部、２３４…色差マトリクス部、２４０…輝度信号処理部、２４２…高周波輝度信号生成部、２４４…低周波輝度信号生成部、２４６…輝度信号生成部、２４８…エンコーダ部、２５０…測光部、２６０…露光制御部、ＤＬ…測光データＤＬ、ＧＣ１，ＧＣ２…ゲイン制御信号、ＳＣ…電子シャッタ制御信号

Claims

撮像素子からの撮像信号に基づいて測光データを取得しながら、当該測光データを略一定に保つように前記撮像信号に基づく所定の画像信号のゲイン値をプラスの範囲で制御し、かつ、前記光源の点滅に起因するフリッカ成分を抑圧するように、前記撮像素子の電子シャッタのシャッタ速度を前記点滅の周期に同期させて、前記被写体画像を撮像し、
前記設定したゲイン値、前記点滅の周期に同期するように設定したシャッタ速度、および前記測光データの３つの情報に基づいて取得される被写体照度が、予め定められた条件に合致するとき、マイナスゲインに切り替えることを特徴とする露光制御方法。
前記撮像素子の前記設定されたシャッタ速度にて取得される前記ゲイン値が調整された撮像信号に基づく前記画像信号の大きさがゲイン調整前よりも小さくなるように前記マイナスゲインを設定することを特徴とする請求項１に記載の露光制御方法。
前記マイナスゲインに設定することにより失われる消失信号成分を使用して、前記所定の画像信号に基づいて生成される画像を補正することを特徴とする請求項１に記載の露光制御方法。
撮像素子からの撮像信号に基づいて取得された測光データに基づいて、当該測光データを略一定に保ち、かつ、前記光源の点滅に起因するフリッカ成分を抑圧するように、前記撮像信号に基づく所定の画像信号のゲイン値を制御する利得制御部に設定するゲイン値と、前記撮像素子の電子シャッタのシャッタ速度を切り替えるシャッタ速度設定部に対して設定する、前記光源の点滅に起因するフリッカ成分を抑圧可能なシャッタ速度との組合わせを決定するとともに、前記利得制御部に設定するゲイン値、前記シャッタ速度設定部に設定する前記点滅の周期に同期したシャッタ速度、および前記測光部が取得した測光データの３つの情報に基づいて取得される被写体照度が、予め定められた条件に合致するとき、マイナスのゲイン値を前記利得制御部に指示する露光制御部と
を備えたことを特徴とする露光制御回路。
前記撮像素子からの撮像信号に基づいて測光データを取得する測光部を備えたことを特徴とする請求項４に記載の露光制御回路。
光源に照射された被写体画像を撮像する撮像装置であって、
シャッタ速度を切替可能な撮像素子と、
前記撮像素子からの撮像信号に基づいて画像を生成する画像信号処理部と、
前記撮像素子からの撮像信号に基づいて測光データを取得する測光部と、
前記撮像信号に基づく所定の画像信号のゲイン値を制御する利得制御部と、
前記撮像素子の電子シャッタのシャッタ速度を切り替えるシャッタ速度設定部と、
前記測光部により取得された測光データに基づいて、当該測光データを略一定に保ち、かつ、前記光源の点滅に起因するフリッカ成分を抑圧するように、前記利得制御部に対するゲイン値と前記光源の点滅に起因するフリッカ成分を抑圧可能なシャッタ速度との組合わせを決定し、この決定したシャッタ速度の切替指示を前記シャッタ速度設定部に通知するとともに、決定したゲイン値を前記利得制御部に通知する露光制御部と
を備え、
前記露光制御部は、前記利得制御部に設定したゲイン値、前記シャッタ速度設定部に設定した前記点滅の周期に同期したシャッタ速度、および前記測光部が取得した測光データの３つの情報に基づいて取得される被写体照度が、予め定められた条件に合致するとき、マイナスのゲイン値を前記利得制御部に指示する
ことを特徴とする撮像装置。
前記利得制御部は、ゲイン量を少なくとも正の範囲内で任意に調整可能な第１の利得制御部と、予め定められた固定マイナスゲインに設定する第２の利得制御部とを有し、
前記露光制御部は、前記第１の利得制御部に対する正のゲインと、前記第２の利得制御部に設定する固定マイナスゲインとの総和が前記マイナスのゲイン値となるようにゲイン値を決定する
ことを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
前記露光制御部は、前記第２の利得制御部に対して前記固定マイナスゲインに設定させた略瞬間には、当該固定マイナスゲインを補う分のプラスゲインを前記第１の利得制御部に対して設定することを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
前記撮像素子からのアナログの撮像信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換部を備え、
前記第１の利得制御部および前記第２の利得制御部は、前記Ａ／Ｄ変換部から出力されたデジタルデータのゲインを切り替えるものであることを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
前記露光制御部は、前記第２の利得制御部が前記固定マイナスゲインに設定した条件下において、前記被写体照度の上昇に伴う前記アナログの撮像信号の上昇分を補正するように、前記第１の利得制御部に対するゲイン値を決定することを特徴とする請求項９に記載の撮像装置。
前記利得制御部が前記マイナスゲインに設定することにより失われる消失信号成分を記憶する記憶部を備え、
前記画像信号処理部は、前記記憶部に記憶された消失信号成分を使用して、前記所定の画像信号に基づいて生成される画像を補正する
ことを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
前記露光制御部は、前記光源を駆動する電源の周波数の２倍に対応するシャッタ速度を前記シャッタ速度設定部に設定することを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
撮像素子のシャッタ速度と前記撮像素子により得られた撮像信号のゲインとを調整する露光制御処理を電子計算機に実行させるためのプログラムであって、
前記電子計算機を、
前記撮像素子からの撮像信号に基づいて取得された測光データに基づいて、当該測光データを略一定に保ち、かつ、前記光源の点滅に起因するフリッカ成分を抑圧するように、前記撮像信号に基づく所定の画像信号のゲイン値を制御する利得制御部に設定するゲイン値と、前記撮像素子の電子シャッタのシャッタ速度を切り替えるシャッタ速度設定部に設定する、前記光源の点滅に起因するフリッカ成分を抑圧可能なシャッタ速度との組合わせを決定するとともに、前記利得制御部に設定するゲイン値、前記シャッタ速度設定部に設定する前記点滅の周期に同期したシャッタ速度、および前記測光部が取得した測光データの３つの情報に基づいて取得される被写体照度が、予め定められた条件に合致するとき、マイナスのゲイン値を前記利得制御部に指示する露光制御部として機能させることを特徴とするプログラム。
撮像素子のシャッタ速度と前記撮像素子により得られた撮像信号のゲインとを調整する露光制御処理を電子計算機に実行させるためのプログラムを格納したコンピュータ読取り可能な記憶媒体であって、
前記プログラムは、前記電子計算機を、
前記撮像素子からの撮像信号に基づいて取得された測光データに基づいて、当該測光データを略一定に保ち、かつ、前記光源の点滅に起因するフリッカ成分を抑圧するように、前記撮像信号に基づく所定の画像信号のゲイン値を制御する利得制御部に設定するゲイン値と、前記撮像素子の電子シャッタのシャッタ速度を切り替えるシャッタ速度設定部に設定する、前記光源の点滅に起因するフリッカ成分を抑圧可能なシャッタ速度との組合わせを決定するとともに、前記利得制御部に設定するゲイン値、前記シャッタ速度設定部に設定する前記点滅の周期に同期したシャッタ速度、および前記測光部が取得した測光データの３つの情報に基づいて取得される被写体照度が、予め定められた条件に合致するとき、マイナスのゲイン値を前記利得制御部に指示する露光制御部として機能させることを特徴とするコンピュータ読取り可能な記憶媒体。