JP3934786B2 - 画像入力装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、画像入力装置に関し、より詳細には、ＣＣＤ（Charge Coupled Device ）撮像素子等の固体撮像素子を用いて被写体を撮像して得られる画像データを入力するデジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ等の画像入力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の画像入力装置では、連続撮像を行うため、露光毎に画像データを読み出してメモリに蓄える必要があり、固体撮像素子に与えられた画素数に応じてその読み出しに必要な時間は相違する。特に、高画質な画像を得る場合には、固体撮像素子の画素数が多く設定されるので、読み出し時間は長くなる。このため、近年、少ない画素数で高画質化を図るための画素ずらし技術が提案されている。
【０００３】
ここで、従来の高画質化手法について説明する。図１１は従来例による画素ずらしタイミングを説明するタイミングチャートである。図１１に示した画素ずらしタイミングでは、ＣＣＤ撮像素子から画像データを読み出す読み出し時間（ＴＲ）が例えば１／６０〜１／１５秒の範囲に設定されるので、１回目と２回目の露光時間を一定にした場合の電子シャッタを切る時間間隔、すなわち画像データの読み出しを開始するタイミングの時間間隔は読み出し時間（ＴＲ）に画素ずらし時間（ＴＳ）を加えた時間となる。この画素ずらし時間（ＴＳ）は、フォトダイオードから垂直ＣＣＤに電荷を転送する時間（ＴＦ）後に実施される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したように従来例による画像入力装置および画像入力システムでは、画像データの読み出しを開始するタイミングの時間間隔でしか電子シャッタを切って撮像することができないので、手振れ撮像を考慮した上で高速での連続撮像が必要となる動的被写体の撮像や手持ち撮像には不適となり、撮像条件が静的被写体を撮像対象とした静止画撮像に限定されることから、撮像能力を十分発揮できないという問題点があった。
【０００５】
また、連続撮像を行う場合に、暗い被写体の場合には、手振れが起きるため、ぶれた画像になるという問題点もあった。
【０００６】
本発明は、上述の問題点に鑑み、連続撮像時に、被写体が暗い場合でも、高画質・高解像度の画像を得ることが可能な画像入力装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するため、請求項１の発明に係る画像入力装置は、撮影レンズを備えた画像入力装置において、前記撮影レンズにより入射された光を受光することで電荷を蓄積し、画像データを得る撮像素子と、前記撮像素子から読み出された画像データを記憶する記憶手段と、前記撮像素子に対して遮光状態を形成する遮光手段と、前記撮像素子からの読み出しを行うための読出信号を所定時間毎に発生可能な読出信号発生手段と、前記読出信号発生手段よる前記読出信号の発生を条件として、前記撮像素子に蓄積された電荷を取り除く制御信号を発生させる制御信号発生手段と、前記制御信号発生手段により発生された制御信号の出力期間を制御することで、前記撮像素子における露光開始タイミングを制御する露光開始制御手段と、前記撮像素子による撮像が行われているときにストロボ光を発光するストロボ光発光手段と、前記露光開始制御手段による制御で、前記制御信号を発生させてから第１の出力期間が経過した後の前記露光開始タイミングで、前記撮像素子による撮像を開始し、前記読出信号発生手段による前記読出信号の発生時に露光を終了する第１撮像手段と、前記制御信号発生手段が前記第１撮像手段の露光の終了に用いた前記読出信号の発生を条件として前記制御信号を発生させてから、前記露光開始制御手段による制御で前記第１の出力期間より短い第２の出力期間が経過した後の前記露光開始タイミングで、前記撮像素子による撮像を開始し、且つ前記第１撮像手段による撮像の露光時間と等しくなるように、前記遮光手段による遮光動作とともに撮像を終える第２撮像手段と、前記第２撮像手段による撮像開始から第２のストロボ光を発光させるまでの間隔を、前記第１撮像手段による撮像開始から第１のストロボ光を発光させるまでの間隔よりも短くなるように前記ストロボ光発光手段によるストロボ発光動作を制御する制御手段と、前記第１撮像手段により撮像され前記記憶手段に記憶された第１画像データと、前記第２撮像手段により撮像され前記記憶手段に記憶された第２画像データとを合成する画像合成手段と、を備えたものである。
【００１０】
また、請求項２の発明に係る画像入力装置は、撮影レンズを備えた画像入力装置において、前記撮影レンズにより入射された光を受光することで電荷を蓄積し、画像データを得る撮像素子と、前記撮像素子による被写体の撮像範囲を変更する変更手段と、前記撮像素子から読み出された画像データを記憶する記憶手段と、前記撮像素子に対して遮光状態を形成する遮光手段と、前記撮像素子からの読み出しを行うための読出信号を所定時間毎に発生可能な読出信号発生手段と、前記読出信号発生手段よる前記読出信号の発生を条件として、前記撮像素子に蓄積された電荷を取り除く制御信号を発生させる制御信号発生手段と、前記制御信号発生手段により発生された制御信号の出力期間を制御することで、前記撮像素子における露光開始タイミングを制御する露光開始制御手段と、前記撮像素子による撮像が行われているときにストロボ光を発光するストロボ光発光手段と、前記露光開始制御手段による制御で、前記制御信号を発生させてから第１の出力期間が経過した後の前記露光開始タイミングで、前記撮像素子による撮像を開始し、前記読出信号発生手段による前記読出信号の発生時に露光を終了する第１撮像手段と、前記第１撮像手段による撮像の後、前記変更手段による前記撮像範囲の変更を制御する第１制御手段と、前記制御信号発生手段が前記第１撮像手段の露光の終了に用いた前記読出信号の発生を条件として前記制御信号を発生させてから、前記露光開始制御手段による制御で前記第１の出力期間より短い第２の出力期間が経過した後の前記露光開始タイミングで、前記撮像素子による撮像を開始し、且つ前記第１撮像手段による撮像の露光時間と等しくなるように、前記遮光手段による遮光動作とともに撮像を終える第２撮像手段と、前記第２撮像手段による撮像開始から第２のストロボ光を発光させるまでの間隔を、前記第１撮像手段による撮像開始から第１のストロボ光を発光させるまでの間隔よりも短くなるように前記ストロボ光発光手段によるストロボ発光動作を制御する第２制御手段と、前記第１撮像手段により撮像され前記記憶手段に記憶された第１画像データと、前記第２撮像手段により撮像され前記記憶手段に記憶された第２画像データとを合成する画像合成手段と、を備えたものである。
【００１１】
また、請求項３の発明に係る画像入力装置は、請求項１又は２に記載の発明において、前記ストロボ発光手段が、複数のストロボコンデンサを備えているものである。
【００１２】
また、請求項４の発明に係る画像入力装置は、請求項１又は２に記載の発明において、前記ストロボ発光手段が、単一のストロボコンデンサを備えているものである。
【００１３】
また、請求項５の発明に係る画像入力装置は、請求項１又は２に記載の画像入力装置において、前記第１制御手段は、少なくとも、前記ストロボ光を発光させて連続撮像を行うための第１モードと、前記ストロボ光を発光させないで連続撮像を行うための第２モードとを有し、撮像素子による測光値に基づいて得られる露光時間と予め設定された手振れ時間との比較結果に基づいて前記第１モードを実行するか、若しくは、前記第２モードを実行するかを判断するものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明に係る画像入力装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００１５】
図１はこの発明に係る画像入力装置の一実施の形態を示すブロック図であり、同図において、１は画像入力装置の一例であるデジタルスチルカメラ（以下にデジタルカメラと称する）を示している。図１に示したデジタルカメラ１は、主要な構成を大別すると、被写体を撮像してアナログ画像データを得る撮像ブロック２と、この撮像ブロック２で得られたアナログ画像データをデジタル化したデジタル画像データを処理して外部に出力する信号処理ブロック３とを備えている。
【００１６】
このデジタルカメラ１において、撮像ブロック２と信号処理ブロック３間には、画像データをアナログ・デジタル変換するＡ／Ｄ変換部５が設けられ、信号処理ブロック３には、図示せぬモードスイッチ等の操作に応じて信号を発生して信号処理ブロック３にその信号を出力する信号発生器６が接続されている。
【００１７】
撮像ブロック２は、光学レンズ２０、信号処理ブロック３の制御に従って移動可能に設けられた撮像部２１等を有している。撮像部２１は、レンズ２０に入射された光を光学的機構で遮光するシャッタ機構２２と、レンズ２０に入射された光を受光するＣＣＤ２３と、このＣＣＤ２３を支持してＣＣＤ２３の受光面を結像面との間で平行に移動させ同一被写体の撮像範囲を変更して画素ずらしを行う圧電素子２４とを有している。ＣＣＤ２３の出力はＡ／Ｄ変換部５に供給される。
【００１８】
信号処理ブロック３は、例えば、システムコントローラ３０、センサーデータ出力部３１、複数枚のメモリよりなるメモリ群３２、画素ずらし処理部３３等を有している。システムコントローラ３０は、撮像ブロック２の撮像部２１、ストロボ回路４，Ａ／Ｄ変換部５、センサーデータ出力部３１、メモリ群３２、画素ずらし処理部３３、信号発生器６等の各ユニットに結合され、撮像動作、ストロボ発光動作、Ａ／Ｄ変換、メモリのリード／ライト、画素ずらし、キー入力に応じた動作等を制御する。
【００１９】
なお、システムコントローラ３０は、マイクロコンピュータ等で構成され、ＲＯＭに予め記憶しておいた各種プログラム（例えば図８や図９に示したフローチャートに従う処理を実行させるためのプログラム）に従ってマイクロコンピュータを作動させることで、各ユニットの制御や演算処理を実行する。
【００２０】
センサーデータ出力部３１は、Ａ／Ｄ変換部５の出力に結合されデジタル画像データを入力すると共に、システムコントローラ３０の制御に従って後段のメモリ群３２の内のいずれかのメモリに入力デジタル画像データを出力する。メモリ群３２は、複数枚のメモリを有し、システムコントローラ３０の制御に従って、撮像１回当たりにひとつのメモリを画像データ格納用に使用したり、一メモリからデジタル画像データを読み出して後段の画素ずらし処理部３３に供給する。
【００２１】
画素ずらし処理部３３は、メモリ群３２から供給されるデジタル画像データに基づいて画素ずらし処理を施すものであり、具体的には、圧電素子２４により撮像範囲を変更したときの画素ずれ量（例えば、画素１／２ピッチ）に応じて同一被写体における高画質化を行い、最終的に一枚分の画像データを得る。この画素ずらし処理部３３の出力は図示せぬ外部端子に接続され、パーソナルコンピュータ等の外部機器に接続することで送出することができる。
【００２２】
ストロボ回路４は、システムコントローラ３０の制御によりストロボ発光を行うための回路であり、反射鏡や放電管等を備えたストロボ発光を行うストロボ発光部４１，ストロボコンデンサー４２，およびストロボコンデンサー４３等を有している。ストロボコンデンサー４２およびストロボコンデンサー４３の２つのコンデンサを備えているのは連続ストロボ発光に対応するためである。
【００２３】
図２は、図１示したストロボ回路４のストロボコンデンサ４２、４３が、単一のストロボコンデンサ４５に置き代わったものである。このように単一のストロボコンデンサ４５によりストロボ発光部４１に対するパワー供給を行うと、ストロボコンデンサ４５が単一であるがゆえに、そのコンデンサ容量を制御するのが容易になり、連続するストロボ発光の発光量の均一化を図ることができる。その結果、ストロボ発光の発光量の不均一に起因する撮像むらを抑制できる。図２のその他の構成は、図１に示したものと同じであるので、その説明は省略する。
【００２４】
信号発生器６は電子シャッタやシャッタ機構２２を作動させて撮像を行うためのスイッチや各種モードを設定するためのモードスイッチ等を具備している。例えばモードスイッチについては、例えば、モード１からモードＮ（Ｎは３以上の整数）までのＮ種類用意されている。
【００２５】
モード１は、高速連続撮像、画素ずらし、およびストロボ発光処理（後述の図７参照）を行うためのモードであり、モード２は高速連続撮像および画素ずらし処理（後述の図６参照）を行うためのモードであり、モード３は、通常のスピードで１回だけ撮像する通常１回撮像処理（後述の図５参照）を行うためのモードである。
【００２６】
つぎに、撮像素子２３について説明する。図３は撮像ブロック２内の撮像素子２３の構成例を示す回路図である。撮像素子２３はＣＣＤ部２３１と信号検出部２３２とを有している。ＣＣＤ部２３１はマトリクス状に配置されたフォトダイオードＰＤ…、フォトダイオードＰＤ…の垂直方向の電荷を転送するＶＣＣＤ、およびフォトダイオードＰＤ…の水平方向の電荷を転送するＨＣＣＤを有している。
【００２７】
フォトダイオードＰＤ…は光学レンズ２０に入射された光を受光して光電変換を行ってＶＣＣＤ，ＨＣＣＤに電荷を転送する。ＶＣＣＤ，ＨＣＣＤは転送された電荷を信号検出部２３２に出力する。信号検出部２３２は入力された電荷を電圧に変換してこれを画像信号（アナログ画像信号）としてＡ／Ｄ変換部５に出力する。なお、本実施の形態では、撮像素子２３の画素読み出しタイプとして全画素読み出しを採用する。
【００２８】
つぎに、圧電素子２４について説明する。図４は撮像ブロック２内の圧電素子２４の取付構造を示す概略構成図である。積層タイプの圧電素子２４は、一端が基板２６Ａに接続され、他端で撮像素子２３を取り付けた素子ホルダ２５を支持している。素子ホルダ２５は圧電素子２４の作動によって矢印Ｍ方向に移動する。この圧電素子２４は、撮像ブロック２内における取付角度に従って、水平、垂直、対角のいずれかの方向に対して撮像範囲の変更（圧電素子２４の画素ずらし動作）を実施する。
【００２９】
つぎに、モード１〜３の動作について説明する。先ず、モード３について説明する。図５は全画素読み出しタイプにおける画素読み出しタイミングを示すタイミングチャートであり、同図において、Ｔ１は電子シャッタによる露光時間を示している。
【００３０】
図５に示したモード３は、電子シャッタのみ使用してシャッタ機構２２を使用しないモードである。このモード３では、全画素読み出しの読み出し信号は全画素読み出しのための垂直同期信号に同期して発生するため、連写時間は従前の間隔を採用することから、通常の静的被写体の撮像に適する。フォトダイオード制御信号は読み出し信号が出力された後にフォトダイオードＰＤに蓄えられた電荷を取り除くために発生する（図５中、フォトダイオード制御信号の縦線を並記した部分）。このフォトダイオード制御信号によりフォトダイオードＰＤ…から電荷が取り除かれた後、つぎの読み出し信号が発生するまでの間（露光時間Ｔ１）に電子シャッタが作動して露光が行われる。
【００３１】
続いて、モード２について説明する。図６は全画素読み出しタイプにおける高速連続撮像および画素ずらしによる画素読み出しタイミングを示すタイミングチャートであり、同図において、Ｔ２は電子シャッタによる露光時間を示している。図６において、メカシャッタ信号はシャッタ機構２２を作動させる制御信号であり、画素ずらし信号は圧電素子２４を作動させ画素を例えば１／２ピッチずらすために使用される制御信号である。
【００３２】
このモード２でも、読み出し信号は垂直同期信号に同期して発生するが、このモード２では、１回目の撮像による露光が露光時間Ｔ２の経過で終了した後、読み出し信号の発生で撮像素子２３における転送が行われる。その転送のタイミングで画素ずらし信号が発生し、圧電素子２４により撮像素子２３の画素ずらしが行われる。この画素ずらし動作は、転送後に完了するものである。また、この転送後には、画像データはシステムコントローラ３０の制御に従ってメモリ群３２における１回目の撮像用のメモリに書き込まれる。
【００３３】
そして、画素ずらし完了後、続いて２回目の撮像による露光が開始される。その際、連写タイミングは例えば１２〜３２ｍｓｅｃの間隔となる。この２回目の撮像の場合にも露光時間はＴ２であり、１回目と同じ露光時間で同じ露光量が取得される。露光時間Ｔ２が経過すると、そのタイミングでメカシャッタ信号が発生してシャッタ機構２２が作動する。このシャッタ機構２２の光学的機構によって撮像素子２３は遮光される。２回目の撮像で得られた画像データについては、つぎの読み出し信号が発生したときに１回目の撮像のときと同様に転送が行われ、その後に１回目の撮像で書き込んだメモリとは異なるメモリに書き込みが制御される。
【００３４】
モード１について説明する。図７は全画素読み出しタイプにおける高速連続撮像、画素ずらし、およびストロボ発光による画素読み出しタイミングを示すタイミングチャートであり、同図において、Ｔ３は電子シャッタによる露光時間を示している。
【００３５】
図７において、メカシャッタ信号はシャッタ機構２２を作動させる制御信号であり、画素ずらし信号は圧電素子２４を作動させ画素を例えば１／２ピッチずらすために使用される制御信号であり、ストロボ発光信号はストロボ回路４を作動させる制御信号である。
【００３６】
このモード１でも、読み出し信号は垂直同期信号に同期して発生するが、このモード１では、１回目の撮像による露光が開始してからＴＳ１時間経過後、１回目のストロボ発光信号（［１］）が発生し、ストロボ回路４で１回目のストロボ発光が行われる。そして、１回目の撮像による露光が露光時間Ｔ３の経過で終了した後、読み出し信号の発生で撮像素子２３における転送が行われる。その転送のタイミングで画素ずらし信号が発生し、圧電素子２４により撮像素子２３の画素ずらしが行われる。この画素ずらし動作は、転送後に完了するものである。また、この転送後には、画像データはシステムコントローラ３０の制御に従ってメモリ群３２における１回目の撮像用のメモリに書き込まれる。
【００３７】
そして、画素ずらし完了後、続いて２回目の撮像による露光が開始される。その際、連写タイミングは例えば１２〜３２ｍｓｅｃの間隔となる。この２回目の撮像の場合にも露光時間はＴ３であり、１回目と同じ露光時間で同じ露光量が取得される。２回目の撮像による露光が開始してからＴＳ２（ＴＳ２≦ＴＳ１）時間経過後、２回目のストロボ発光信号（▲２▼）が発生し、ストロボ回路４で２回目のストロボ発光が行われる。露光時間Ｔ３が経過すると、そのタイミングでメカシャッタ信号が発生してシャッタ機構２２が作動する。このシャッタ機構２２の光学的機構によって撮像素子２３は遮光される。
【００３８】
２回目の撮像で得られた画像データについては、つぎの読み出し信号が発生したときに１回目の撮像のときと同様に転送が行われ、その後に１回目の撮像で書き込んだメモリとは異なるメモリに書き込みが制御される。
【００３９】
上記モード１によれば、１回目のストロボ発光タイミングはできるだけ１回目の露光完了時間側へシフトして発光するように設定されており、また、２回目のストロボ発光タイミングはできるだけ２回目の露光開始側で発光するように設定されている。換言すると、２回目の撮像開始から２回目のストロボ光を発光させるタイミングを、１回目の撮像開始から１回目のストロボ光を発光させるタイミングよりも短く制御するようにして（ＴＳ１≧ＴＳ２）、ストロボ発光動作を行っている。これにより、ストロボによる露光間隔が短くなり、ぶれのない連続した画像が得られることになる。但し、電子シャッタ露光時間とストロボ発光時間が同じような明るいところでの連写の場合は、発光タイミングは同じとなる。なお、２回目のストロボ発光は、２回目の露光開始と同時に行っても良い。
【００４０】
つぎに、システムコントローラ３０による動作について説明する。まず、モード選択について説明する。図８はモード選択処理を説明するフローチャートである。このモード選択処理では、図示せぬモードスイッチの操作に応じて信号発生器６により発生する操作信号に従ってモード判定が行われる。すなわち、システムコントローラ３０では、操作信号が入力されると、その操作信号に基づいてモードＮｏ．（番号）が判別される（ステップＳ１）。
【００４１】
その判別の結果、モードＮｏ．が「１」であれば、処理はステップＳ２に移行してモード１による高速連続撮像、画素ずらし、およびストロボ発光処理が実行される。また、モードＮｏ．が「２」であれば、処理はステップＳ３に移行してモード２による高速連続撮像および画素ずらし処理が実行される。また、モードＮｏ．が「３」であれば、処理はステップＳ４に移行してモード３による通常の１回撮影処理が行われる。また、モードＮｏ．が「１」〜「３」以外であれば、ステップ５に移行してモードＮo ．に応じた他の撮影処理が実行される。
【００４２】
続いて、モード２（高速連続撮像および画素ずらし処理）について説明する。図９はモード２の実行前に実施される測光値処理を説明するフローチャートであり、図１０は測光値−露光補正値ΔＴｖの対応関係をグラフ化して示す図である。この測光値処理では、まず、初期露出（Ｅｖ０）が絞り値（Ａｖ０）と露光値（Ｔｖ０）との加算により求められる（ステップＳ２１）。そして、撮像素子２３において測光値が取り込まれ（ステップＳ２２）、その測光値に基づいて露光補正値ΔＴｖが求められる（ステップＳ２３）。
【００４３】
このステップＳ２３において、測光値から露光補正値ΔＴｖを求める場合、テーブル参照により求める方法がある。テーブルは図１０に示した測光値−露光補正値ΔＴｖの曲線データを測光値と露光補正値ΔＴｖとが対応するようにデータ化してシステムコントローラ３０に記憶しておけばよい。ステップＳ２４では、ＡＥ（自動露出）を決定するため、露出（Ｅｖ）が、絞り値（Ａｖ０）、露光値（Ｔｖ０）、および露光補正値（ΔＴｖ）の加算によって得られ、続くステップＳ２５では、露光値（Ｔｖ０）と露光補正値（ΔＴｖ）との加算によって１回の撮像にかかる秒時（Ｔ）が求められる。
【００４４】
手振れを起こすまでの時間は手振れ秒時としてシステムコントローラ３０に予め登録されている。つぎのステップＳ２６では、１回分の秒時（Ｔ）を２倍して、その値（Ｔ×２）が手振れ秒時よりも小さければ、ステップＳ２７において、モードスイッチで設定した通りにモード２（高速連続撮像および画素ずらし処理）の処理が実行され、大きければ、ステップＳ２８において、モード設定がモード１（高速連続撮像、画素ずらし、およびストロボ発光処理）に切り替わり、モード１の処理が実行される。
【００４５】
以上説明したように、本実施の形態によれば、ストロボを発光させて高速連続撮像（上記モード１）を行う際に、１回目の撮像によって得られた画像データを撮像素子２３から読み出すタイミングで２回目の撮像を制御し、その２回目の撮像後、２回目の撮像によって得られた画像データを撮像素子２３から読み出すタイミングよりも前のタイミングで遮光動作を制御して、撮像素子２３をシャッタ機構２２により遮光し、また、２回目の撮像開始から２回目のストロボ光を発光させるタイミングを、１回目の撮像開始から１回目のストロボ光を発光させるタイミングよりも短い間隔（ＴＳ１≧ＴＳ２）でストロボ回路４のストロボ発光動作を制御する構成であるので、２回目の撮像制御が、撮像素子２３から画像データを読み出すタイミングに制約されず、１回目の撮像によって得られた画像データを読み出すタイミングで直ちに実施され、また、１回目の撮像と２回目の撮像のストロボ発光間隔が短くなる。
【００４６】
その結果、撮像タイミングの間隔が短縮されて連続撮像が高速化されるので、撮像条件が静的被写体の撮像だけに制約されず動的被写体の撮像や手持ち撮像も可能である。また、ストロボ発光間隔が短縮されるので、暗い被写体の場合にも、連続ストロボ撮影が可能となり、ぶれのない高画質・高解像度の画像を得ることができる。
【００４７】
また、連続撮像（モード１およびモード２）の際に、１回目の撮像後に撮像範囲の変更を制御するようにしたので、１回目、２回目の撮像で異なる撮像範囲を採用することができ、これによって、連続撮像により撮像範囲の相違する複数枚の画像データが得られるので、画素ピッチのずれを利用して画像の高画質化を図る場合に有効性がある。
【００４８】
また、連続撮像（モード１およびモード２）の際に、１回目の撮像によって得られた第１画像データと２回目の撮像によって得られた第２画像データとを合成して画像１枚分の画像データを得るようにしたので、第１、第２画像データを合成することで装置上で画像１枚分の画像データを得ることができ、これによって、連続撮像による複数枚の画像データによる高画質化を図ることが可能である。
【００４９】
また、連続撮像（モード１およびモード２）の際に、１回目の撮像後に撮像範囲の変更を制御し、１回目の撮像によって得られた第１画像データと２回目の撮像によって得られた第２画像データとを合成して画像１枚分の画像データを得るようにしたので、撮像範囲の異なる第１、第２画像データを合成することで装置上で画像１枚分の画像データを得ることができ、これによって、連続撮像により撮像範囲の相違する複数枚の画像データが得られるので、画素ピッチのずれを利用して画像の高画質化を図ることが可能である。
【００５０】
また、圧電素子２４を作動させて被写体の撮像範囲を変更することで撮像素子２３の画素ずらしを行うようにしたので、構成が簡略化され、コンパクト、かつ安価な構成で高画質化・高解像度化を実現することが可能である。
【００５１】
また、ストロボ光を発光させて高速連続撮像を行うためのモード１と、ストロボ光を発光させないで連続撮像を行うためのモード２とを有し、撮像素子２３による測光値に基づいて得られる露光時間と予め設定された手振れ時間との比較結果に基づいてモード２を実行するか、それともモード１を実行するかを判断するようにしたので、撮像時に手振れの生じない時間内に撮像が可能であればモード２を実行し、時間外であればモード１で対処することができ、これによって、連続撮像する場合に、撮像時の状況に応じて適宜最適の撮像を実施することができ、常時（明るい時から暗いときまで）、高画質・高解像度の画像を得ることが可能となる。また、通常モードと画素ずらしモードとの切替が不要なため、光学ローパスフィルタの切替が不要となる。
【００５２】
なお、上記した実施の形態では、圧電素子２４の移動方向（Ｍ）が１方向のみであったが、これに限定されず、垂直、水平のいずれの方向にも移動可能に複数の圧電素子を用いてもよい。また、モード１およびモード２では、１回目の撮像と２回目の撮像に同一露光時間を採用していたが、これに限定されず、１回目よりも２回目の露光時間を長く設定してもよい。
【００５３】
このように、１回目の撮像と２回目の撮像との間で異なる露光時間を使用することにより、同一被写体について複数回の撮像により露光量の異なる複数枚の画像が得られ、その複数枚の画像の合成により高解像度、かつ広ダイナミックレンジの高画質画像を取得することが可能である。
【００５４】
また、前述の実施の形態では、全画素読み出しタイプの撮像素子２３を使用した場合について説明していたが、これに限定されず、フィールド読み出しタイプの撮像素子を用いて全画素読み出しを行うようにしてもよい。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明に係る画像入力装置によれば、撮像素子からの読み出しを行うための読出信号を所定時間毎に発生可能であり、当該読出信号の発生を条件として、撮像素子に蓄積された電荷を取り除く制御信号を発生させる制御信号発生手段を備えるものであって、連続撮像の際に、第１撮像手段で制御信号を発生させてから第１の出力期間が経過した後の露光開始タイミングで、前記撮像素子による撮像を開始して、読出信号の発生時に露光を終了し、第２撮像手段では、第１撮像手段の露光終了に用いた読出信号の発生を条件として制御信号を発生させてから第１の出力期間より短い第２の出力期間した後の露光開始タイミングで、前記撮像素子による撮像を開始し、且つ前記第１撮像手段による撮像の露光時間と等しくなるように、前記遮光手段による遮光動作とともに撮像を終え、第１、第２画像データをそれぞれの読み出しタイミングに従って読み出して記憶した後には第１、第２画像データを合成し、また、第２の撮像開始から第２のストロボ光を発光させるまでの間隔を、第１の撮像開始から第１のストロボ光を発光させるまでの間隔よりも短くなるようにストロボ発光動作を制御する構成であるので、第２の撮像制御が、撮像素子から画像データを読み出すタイミングに制約されず、第１の撮像によって得られた画像データを読み出すタイミングで直ちに実施されると共に、第１、第２画像データを合成することで装置上で画像１枚分の画像データを得ることができ、また、第１の撮像と第２の撮像のストロボ発光間隔が短くなる。
【００６０】
その結果、撮像タイミングの間隔が短縮されて連続撮像が高速化されるので、撮像条件の制約を受けずに動的被写体の撮像や手持ち撮像が可能であると共に、同一被写体の連続撮像による複数枚の画像に基づく合成から１枚分の画像を得るようにしたので、画像の高画質化を図ることが可能である。また、ストロボ発光間隔が短縮されるので、暗い被写体の場合にも、連続ストロボ撮影が可能となり、ぶれのない高画質・高解像度の画像を得ることができる。
【００６１】
また、請求項２の発明に係る画像入力装置によれば、撮像素子からの読み出しを行うための読出信号を所定時間毎に発生可能であり、当該読出信号の発生を条件として、撮像素子に蓄積された電荷を取り除く制御信号を発生させる制御信号発生手段を備えるものであって、連続撮像の際に、第１撮像手段で制御信号を発生させてから第１の出力期間が経過した後の露光開始タイミングで、前記撮像素子による撮像を開始して、読出信号の発生時に露光を終了し、撮像範囲の変更を制御し、第２撮像手段では、第１撮像手段の露光終了に用いた読出信号の発生を条件として制御信号を発生させてから第１の出力期間より短い第２の出力期間した後の露光開始タイミングで、前記撮像素子による撮像を開始し、且つ前記第１撮像手段による撮像の露光時間と等しくなるように、前記遮光手段による遮光動作とともに撮像を終え、第１、第２画像データをそれぞれの読み出しタイミングに従って読み出して記憶した後には第１、第２画像データを合成し、また、第２の撮像開始から第２のストロボ光を発光させるまでの間隔を、第１の撮像開始から第１のストロボ光を発光させるまでの間隔よりも短くなるようにストロボ発光動作を制御する構成であるので、第２の撮像制御が、画像データを撮像素子から読み出すタイミングに制約されず、第１の撮像によって得られた画像データを読み出すタイミングで直ちに実施されると共に、撮像範囲の異なる第１、第２画像データを合成することで装置上で画像１枚分の画像データを得ることができ、また、第１の撮像と第２の撮像のストロボ発光間隔が短くなる。
【００６２】
その結果、撮像タイミングの間隔が短縮されて連続撮像が高速化されるので、撮像条件の制約を受けずに動的被写体の撮像や手持ち撮像が可能であると共に、同一被写体の連続撮像により撮像範囲の相違する複数枚の画像データが得られるので、画素ピッチのずれを利用して画像の高画質化を図ることが可能である。また、ストロボ発光間隔が短縮されるので、暗い被写体の場合にも、連続ストロボ撮影が可能となり、ぶれのない高画質・高解像度の画像を得ることができる。
【００６３】
また、請求項３の発明に係る画像入力装置によれば、ストロボ発光手段が、複数のストロボコンデンサを備えているので、連続発光に耐えうる十分な発光容量を確保することができる。
【００６４】
また、請求項４の発明に係る画像入力装置によれば、ストロボ発光手段が、単一のストロボコンデンサを備え、連続するストロボ発光の発光量の制御が容易になるので、効率的に撮像むらを抑制することができる。
【００６５】
また、請求項５の発明に係る画像入力装置によれば、撮像時に手振れの生じない時間内に撮像が可能であれば第１モードを実行し、時間外であれば第２モードで対処することができ、これによって、連続撮像する場合に、撮像時の状況に応じて適宜最適の撮像を実施することができ、常時（明るい時から暗いときまで）、高画質・高解像度の画像を得ることが可能となる。また、通常モードと画素ずらしモードとの切替が不要なため、光学ローパスフィルタの切替が不要となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る画像入力装置の一実施の形態を示すブロック図である。
【図２】この発明に係る画像入力装置の他の実施の形態を示すブロック図である。
【図３】本実施の形態による撮像素子の構成例を示す回路図である。
【図４】本実施の形態による圧電素子の取付構造を示す概略構成図である。
【図５】本実施の形態による全画素読み出しタイプにおける画素読み出し（モード３）タイミングを示すタイミングチャートである。
【図６】本実施の形態による全画素読み出しタイプにおける高速連続撮像および画素ずらしによる画素読み出し（モード２）タイミングを示すタイミングチャートである。
【図７】本実施の形態による全画素読み出しタイプにおける高速連続撮像、画素ずらし、およびストロボ発光による画素読み出し（モード１）タイミングを示すタイミングチャートである。
【図８】本実施の形態によるモード選択処理を説明するフローチャートである。
【図９】本実施の形態による測光値処理を説明するフローチャートである。
【図１０】本実施の形態による測光値−露光補正値ΔＴｖの対応関係をグラフ化して示す図である。
【図１１】従来例による画素ずらしタイミングを説明するタイミングチャートである。
【符号の説明】
１ デジタルカメラ
２ 撮像ブロック
３ 信号処理ブロック
４ ストロボ回路
５ Ａ／Ｄ変換部
６ 信号発生器
２１ 撮像部
２２ シャッタ機構
２３ 撮像素子
２４ 圧電素子
２５ 素子フォルダ
２６Ａ 基板
３０ システムコントローラ
３１ センサーデータ出力部
３２ メモリ群
３３ 画素ずらし処理部
４１ ストロボ発光部
４２ ストロボコンデンサー
４３ ストロボコンデンサー
２３１ ＣＣＤ部
２３２ 信号検出部
【発明の属する技術分野】
この発明は、画像入力装置に関し、より詳細には、ＣＣＤ（Charge Coupled Device ）撮像素子等の固体撮像素子を用いて被写体を撮像して得られる画像データを入力するデジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ等の画像入力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の画像入力装置では、連続撮像を行うため、露光毎に画像データを読み出してメモリに蓄える必要があり、固体撮像素子に与えられた画素数に応じてその読み出しに必要な時間は相違する。特に、高画質な画像を得る場合には、固体撮像素子の画素数が多く設定されるので、読み出し時間は長くなる。このため、近年、少ない画素数で高画質化を図るための画素ずらし技術が提案されている。
【０００３】
ここで、従来の高画質化手法について説明する。図１１は従来例による画素ずらしタイミングを説明するタイミングチャートである。図１１に示した画素ずらしタイミングでは、ＣＣＤ撮像素子から画像データを読み出す読み出し時間（ＴＲ）が例えば１／６０〜１／１５秒の範囲に設定されるので、１回目と２回目の露光時間を一定にした場合の電子シャッタを切る時間間隔、すなわち画像データの読み出しを開始するタイミングの時間間隔は読み出し時間（ＴＲ）に画素ずらし時間（ＴＳ）を加えた時間となる。この画素ずらし時間（ＴＳ）は、フォトダイオードから垂直ＣＣＤに電荷を転送する時間（ＴＦ）後に実施される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したように従来例による画像入力装置および画像入力システムでは、画像データの読み出しを開始するタイミングの時間間隔でしか電子シャッタを切って撮像することができないので、手振れ撮像を考慮した上で高速での連続撮像が必要となる動的被写体の撮像や手持ち撮像には不適となり、撮像条件が静的被写体を撮像対象とした静止画撮像に限定されることから、撮像能力を十分発揮できないという問題点があった。
【０００５】
また、連続撮像を行う場合に、暗い被写体の場合には、手振れが起きるため、ぶれた画像になるという問題点もあった。
【０００６】
本発明は、上述の問題点に鑑み、連続撮像時に、被写体が暗い場合でも、高画質・高解像度の画像を得ることが可能な画像入力装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するため、請求項１の発明に係る画像入力装置は、撮影レンズを備えた画像入力装置において、前記撮影レンズにより入射された光を受光することで電荷を蓄積し、画像データを得る撮像素子と、前記撮像素子から読み出された画像データを記憶する記憶手段と、前記撮像素子に対して遮光状態を形成する遮光手段と、前記撮像素子からの読み出しを行うための読出信号を所定時間毎に発生可能な読出信号発生手段と、前記読出信号発生手段よる前記読出信号の発生を条件として、前記撮像素子に蓄積された電荷を取り除く制御信号を発生させる制御信号発生手段と、前記制御信号発生手段により発生された制御信号の出力期間を制御することで、前記撮像素子における露光開始タイミングを制御する露光開始制御手段と、前記撮像素子による撮像が行われているときにストロボ光を発光するストロボ光発光手段と、前記露光開始制御手段による制御で、前記制御信号を発生させてから第１の出力期間が経過した後の前記露光開始タイミングで、前記撮像素子による撮像を開始し、前記読出信号発生手段による前記読出信号の発生時に露光を終了する第１撮像手段と、前記制御信号発生手段が前記第１撮像手段の露光の終了に用いた前記読出信号の発生を条件として前記制御信号を発生させてから、前記露光開始制御手段による制御で前記第１の出力期間より短い第２の出力期間が経過した後の前記露光開始タイミングで、前記撮像素子による撮像を開始し、且つ前記第１撮像手段による撮像の露光時間と等しくなるように、前記遮光手段による遮光動作とともに撮像を終える第２撮像手段と、前記第２撮像手段による撮像開始から第２のストロボ光を発光させるまでの間隔を、前記第１撮像手段による撮像開始から第１のストロボ光を発光させるまでの間隔よりも短くなるように前記ストロボ光発光手段によるストロボ発光動作を制御する制御手段と、前記第１撮像手段により撮像され前記記憶手段に記憶された第１画像データと、前記第２撮像手段により撮像され前記記憶手段に記憶された第２画像データとを合成する画像合成手段と、を備えたものである。
【００１０】
また、請求項２の発明に係る画像入力装置は、撮影レンズを備えた画像入力装置において、前記撮影レンズにより入射された光を受光することで電荷を蓄積し、画像データを得る撮像素子と、前記撮像素子による被写体の撮像範囲を変更する変更手段と、前記撮像素子から読み出された画像データを記憶する記憶手段と、前記撮像素子に対して遮光状態を形成する遮光手段と、前記撮像素子からの読み出しを行うための読出信号を所定時間毎に発生可能な読出信号発生手段と、前記読出信号発生手段よる前記読出信号の発生を条件として、前記撮像素子に蓄積された電荷を取り除く制御信号を発生させる制御信号発生手段と、前記制御信号発生手段により発生された制御信号の出力期間を制御することで、前記撮像素子における露光開始タイミングを制御する露光開始制御手段と、前記撮像素子による撮像が行われているときにストロボ光を発光するストロボ光発光手段と、前記露光開始制御手段による制御で、前記制御信号を発生させてから第１の出力期間が経過した後の前記露光開始タイミングで、前記撮像素子による撮像を開始し、前記読出信号発生手段による前記読出信号の発生時に露光を終了する第１撮像手段と、前記第１撮像手段による撮像の後、前記変更手段による前記撮像範囲の変更を制御する第１制御手段と、前記制御信号発生手段が前記第１撮像手段の露光の終了に用いた前記読出信号の発生を条件として前記制御信号を発生させてから、前記露光開始制御手段による制御で前記第１の出力期間より短い第２の出力期間が経過した後の前記露光開始タイミングで、前記撮像素子による撮像を開始し、且つ前記第１撮像手段による撮像の露光時間と等しくなるように、前記遮光手段による遮光動作とともに撮像を終える第２撮像手段と、前記第２撮像手段による撮像開始から第２のストロボ光を発光させるまでの間隔を、前記第１撮像手段による撮像開始から第１のストロボ光を発光させるまでの間隔よりも短くなるように前記ストロボ光発光手段によるストロボ発光動作を制御する第２制御手段と、前記第１撮像手段により撮像され前記記憶手段に記憶された第１画像データと、前記第２撮像手段により撮像され前記記憶手段に記憶された第２画像データとを合成する画像合成手段と、を備えたものである。
【００１１】
また、請求項３の発明に係る画像入力装置は、請求項１又は２に記載の発明において、前記ストロボ発光手段が、複数のストロボコンデンサを備えているものである。
【００１２】
また、請求項４の発明に係る画像入力装置は、請求項１又は２に記載の発明において、前記ストロボ発光手段が、単一のストロボコンデンサを備えているものである。
【００１３】
また、請求項５の発明に係る画像入力装置は、請求項１又は２に記載の画像入力装置において、前記第１制御手段は、少なくとも、前記ストロボ光を発光させて連続撮像を行うための第１モードと、前記ストロボ光を発光させないで連続撮像を行うための第２モードとを有し、撮像素子による測光値に基づいて得られる露光時間と予め設定された手振れ時間との比較結果に基づいて前記第１モードを実行するか、若しくは、前記第２モードを実行するかを判断するものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明に係る画像入力装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００１５】
図１はこの発明に係る画像入力装置の一実施の形態を示すブロック図であり、同図において、１は画像入力装置の一例であるデジタルスチルカメラ（以下にデジタルカメラと称する）を示している。図１に示したデジタルカメラ１は、主要な構成を大別すると、被写体を撮像してアナログ画像データを得る撮像ブロック２と、この撮像ブロック２で得られたアナログ画像データをデジタル化したデジタル画像データを処理して外部に出力する信号処理ブロック３とを備えている。
【００１６】
このデジタルカメラ１において、撮像ブロック２と信号処理ブロック３間には、画像データをアナログ・デジタル変換するＡ／Ｄ変換部５が設けられ、信号処理ブロック３には、図示せぬモードスイッチ等の操作に応じて信号を発生して信号処理ブロック３にその信号を出力する信号発生器６が接続されている。
【００１７】
撮像ブロック２は、光学レンズ２０、信号処理ブロック３の制御に従って移動可能に設けられた撮像部２１等を有している。撮像部２１は、レンズ２０に入射された光を光学的機構で遮光するシャッタ機構２２と、レンズ２０に入射された光を受光するＣＣＤ２３と、このＣＣＤ２３を支持してＣＣＤ２３の受光面を結像面との間で平行に移動させ同一被写体の撮像範囲を変更して画素ずらしを行う圧電素子２４とを有している。ＣＣＤ２３の出力はＡ／Ｄ変換部５に供給される。
【００１８】
信号処理ブロック３は、例えば、システムコントローラ３０、センサーデータ出力部３１、複数枚のメモリよりなるメモリ群３２、画素ずらし処理部３３等を有している。システムコントローラ３０は、撮像ブロック２の撮像部２１、ストロボ回路４，Ａ／Ｄ変換部５、センサーデータ出力部３１、メモリ群３２、画素ずらし処理部３３、信号発生器６等の各ユニットに結合され、撮像動作、ストロボ発光動作、Ａ／Ｄ変換、メモリのリード／ライト、画素ずらし、キー入力に応じた動作等を制御する。
【００１９】
なお、システムコントローラ３０は、マイクロコンピュータ等で構成され、ＲＯＭに予め記憶しておいた各種プログラム（例えば図８や図９に示したフローチャートに従う処理を実行させるためのプログラム）に従ってマイクロコンピュータを作動させることで、各ユニットの制御や演算処理を実行する。
【００２０】
センサーデータ出力部３１は、Ａ／Ｄ変換部５の出力に結合されデジタル画像データを入力すると共に、システムコントローラ３０の制御に従って後段のメモリ群３２の内のいずれかのメモリに入力デジタル画像データを出力する。メモリ群３２は、複数枚のメモリを有し、システムコントローラ３０の制御に従って、撮像１回当たりにひとつのメモリを画像データ格納用に使用したり、一メモリからデジタル画像データを読み出して後段の画素ずらし処理部３３に供給する。
【００２１】
画素ずらし処理部３３は、メモリ群３２から供給されるデジタル画像データに基づいて画素ずらし処理を施すものであり、具体的には、圧電素子２４により撮像範囲を変更したときの画素ずれ量（例えば、画素１／２ピッチ）に応じて同一被写体における高画質化を行い、最終的に一枚分の画像データを得る。この画素ずらし処理部３３の出力は図示せぬ外部端子に接続され、パーソナルコンピュータ等の外部機器に接続することで送出することができる。
【００２２】
ストロボ回路４は、システムコントローラ３０の制御によりストロボ発光を行うための回路であり、反射鏡や放電管等を備えたストロボ発光を行うストロボ発光部４１，ストロボコンデンサー４２，およびストロボコンデンサー４３等を有している。ストロボコンデンサー４２およびストロボコンデンサー４３の２つのコンデンサを備えているのは連続ストロボ発光に対応するためである。
【００２３】
図２は、図１示したストロボ回路４のストロボコンデンサ４２、４３が、単一のストロボコンデンサ４５に置き代わったものである。このように単一のストロボコンデンサ４５によりストロボ発光部４１に対するパワー供給を行うと、ストロボコンデンサ４５が単一であるがゆえに、そのコンデンサ容量を制御するのが容易になり、連続するストロボ発光の発光量の均一化を図ることができる。その結果、ストロボ発光の発光量の不均一に起因する撮像むらを抑制できる。図２のその他の構成は、図１に示したものと同じであるので、その説明は省略する。
【００２４】
信号発生器６は電子シャッタやシャッタ機構２２を作動させて撮像を行うためのスイッチや各種モードを設定するためのモードスイッチ等を具備している。例えばモードスイッチについては、例えば、モード１からモードＮ（Ｎは３以上の整数）までのＮ種類用意されている。
【００２５】
モード１は、高速連続撮像、画素ずらし、およびストロボ発光処理（後述の図７参照）を行うためのモードであり、モード２は高速連続撮像および画素ずらし処理（後述の図６参照）を行うためのモードであり、モード３は、通常のスピードで１回だけ撮像する通常１回撮像処理（後述の図５参照）を行うためのモードである。
【００２６】
つぎに、撮像素子２３について説明する。図３は撮像ブロック２内の撮像素子２３の構成例を示す回路図である。撮像素子２３はＣＣＤ部２３１と信号検出部２３２とを有している。ＣＣＤ部２３１はマトリクス状に配置されたフォトダイオードＰＤ…、フォトダイオードＰＤ…の垂直方向の電荷を転送するＶＣＣＤ、およびフォトダイオードＰＤ…の水平方向の電荷を転送するＨＣＣＤを有している。
【００２７】
フォトダイオードＰＤ…は光学レンズ２０に入射された光を受光して光電変換を行ってＶＣＣＤ，ＨＣＣＤに電荷を転送する。ＶＣＣＤ，ＨＣＣＤは転送された電荷を信号検出部２３２に出力する。信号検出部２３２は入力された電荷を電圧に変換してこれを画像信号（アナログ画像信号）としてＡ／Ｄ変換部５に出力する。なお、本実施の形態では、撮像素子２３の画素読み出しタイプとして全画素読み出しを採用する。
【００２８】
つぎに、圧電素子２４について説明する。図４は撮像ブロック２内の圧電素子２４の取付構造を示す概略構成図である。積層タイプの圧電素子２４は、一端が基板２６Ａに接続され、他端で撮像素子２３を取り付けた素子ホルダ２５を支持している。素子ホルダ２５は圧電素子２４の作動によって矢印Ｍ方向に移動する。この圧電素子２４は、撮像ブロック２内における取付角度に従って、水平、垂直、対角のいずれかの方向に対して撮像範囲の変更（圧電素子２４の画素ずらし動作）を実施する。
【００２９】
つぎに、モード１〜３の動作について説明する。先ず、モード３について説明する。図５は全画素読み出しタイプにおける画素読み出しタイミングを示すタイミングチャートであり、同図において、Ｔ１は電子シャッタによる露光時間を示している。
【００３０】
図５に示したモード３は、電子シャッタのみ使用してシャッタ機構２２を使用しないモードである。このモード３では、全画素読み出しの読み出し信号は全画素読み出しのための垂直同期信号に同期して発生するため、連写時間は従前の間隔を採用することから、通常の静的被写体の撮像に適する。フォトダイオード制御信号は読み出し信号が出力された後にフォトダイオードＰＤに蓄えられた電荷を取り除くために発生する（図５中、フォトダイオード制御信号の縦線を並記した部分）。このフォトダイオード制御信号によりフォトダイオードＰＤ…から電荷が取り除かれた後、つぎの読み出し信号が発生するまでの間（露光時間Ｔ１）に電子シャッタが作動して露光が行われる。
【００３１】
続いて、モード２について説明する。図６は全画素読み出しタイプにおける高速連続撮像および画素ずらしによる画素読み出しタイミングを示すタイミングチャートであり、同図において、Ｔ２は電子シャッタによる露光時間を示している。図６において、メカシャッタ信号はシャッタ機構２２を作動させる制御信号であり、画素ずらし信号は圧電素子２４を作動させ画素を例えば１／２ピッチずらすために使用される制御信号である。
【００３２】
このモード２でも、読み出し信号は垂直同期信号に同期して発生するが、このモード２では、１回目の撮像による露光が露光時間Ｔ２の経過で終了した後、読み出し信号の発生で撮像素子２３における転送が行われる。その転送のタイミングで画素ずらし信号が発生し、圧電素子２４により撮像素子２３の画素ずらしが行われる。この画素ずらし動作は、転送後に完了するものである。また、この転送後には、画像データはシステムコントローラ３０の制御に従ってメモリ群３２における１回目の撮像用のメモリに書き込まれる。
【００３３】
そして、画素ずらし完了後、続いて２回目の撮像による露光が開始される。その際、連写タイミングは例えば１２〜３２ｍｓｅｃの間隔となる。この２回目の撮像の場合にも露光時間はＴ２であり、１回目と同じ露光時間で同じ露光量が取得される。露光時間Ｔ２が経過すると、そのタイミングでメカシャッタ信号が発生してシャッタ機構２２が作動する。このシャッタ機構２２の光学的機構によって撮像素子２３は遮光される。２回目の撮像で得られた画像データについては、つぎの読み出し信号が発生したときに１回目の撮像のときと同様に転送が行われ、その後に１回目の撮像で書き込んだメモリとは異なるメモリに書き込みが制御される。
【００３４】
モード１について説明する。図７は全画素読み出しタイプにおける高速連続撮像、画素ずらし、およびストロボ発光による画素読み出しタイミングを示すタイミングチャートであり、同図において、Ｔ３は電子シャッタによる露光時間を示している。
【００３５】
図７において、メカシャッタ信号はシャッタ機構２２を作動させる制御信号であり、画素ずらし信号は圧電素子２４を作動させ画素を例えば１／２ピッチずらすために使用される制御信号であり、ストロボ発光信号はストロボ回路４を作動させる制御信号である。
【００３６】
このモード１でも、読み出し信号は垂直同期信号に同期して発生するが、このモード１では、１回目の撮像による露光が開始してからＴＳ１時間経過後、１回目のストロボ発光信号（［１］）が発生し、ストロボ回路４で１回目のストロボ発光が行われる。そして、１回目の撮像による露光が露光時間Ｔ３の経過で終了した後、読み出し信号の発生で撮像素子２３における転送が行われる。その転送のタイミングで画素ずらし信号が発生し、圧電素子２４により撮像素子２３の画素ずらしが行われる。この画素ずらし動作は、転送後に完了するものである。また、この転送後には、画像データはシステムコントローラ３０の制御に従ってメモリ群３２における１回目の撮像用のメモリに書き込まれる。
【００３７】
そして、画素ずらし完了後、続いて２回目の撮像による露光が開始される。その際、連写タイミングは例えば１２〜３２ｍｓｅｃの間隔となる。この２回目の撮像の場合にも露光時間はＴ３であり、１回目と同じ露光時間で同じ露光量が取得される。２回目の撮像による露光が開始してからＴＳ２（ＴＳ２≦ＴＳ１）時間経過後、２回目のストロボ発光信号（▲２▼）が発生し、ストロボ回路４で２回目のストロボ発光が行われる。露光時間Ｔ３が経過すると、そのタイミングでメカシャッタ信号が発生してシャッタ機構２２が作動する。このシャッタ機構２２の光学的機構によって撮像素子２３は遮光される。
【００３８】
２回目の撮像で得られた画像データについては、つぎの読み出し信号が発生したときに１回目の撮像のときと同様に転送が行われ、その後に１回目の撮像で書き込んだメモリとは異なるメモリに書き込みが制御される。
【００３９】
上記モード１によれば、１回目のストロボ発光タイミングはできるだけ１回目の露光完了時間側へシフトして発光するように設定されており、また、２回目のストロボ発光タイミングはできるだけ２回目の露光開始側で発光するように設定されている。換言すると、２回目の撮像開始から２回目のストロボ光を発光させるタイミングを、１回目の撮像開始から１回目のストロボ光を発光させるタイミングよりも短く制御するようにして（ＴＳ１≧ＴＳ２）、ストロボ発光動作を行っている。これにより、ストロボによる露光間隔が短くなり、ぶれのない連続した画像が得られることになる。但し、電子シャッタ露光時間とストロボ発光時間が同じような明るいところでの連写の場合は、発光タイミングは同じとなる。なお、２回目のストロボ発光は、２回目の露光開始と同時に行っても良い。
【００４０】
つぎに、システムコントローラ３０による動作について説明する。まず、モード選択について説明する。図８はモード選択処理を説明するフローチャートである。このモード選択処理では、図示せぬモードスイッチの操作に応じて信号発生器６により発生する操作信号に従ってモード判定が行われる。すなわち、システムコントローラ３０では、操作信号が入力されると、その操作信号に基づいてモードＮｏ．（番号）が判別される（ステップＳ１）。
【００４１】
その判別の結果、モードＮｏ．が「１」であれば、処理はステップＳ２に移行してモード１による高速連続撮像、画素ずらし、およびストロボ発光処理が実行される。また、モードＮｏ．が「２」であれば、処理はステップＳ３に移行してモード２による高速連続撮像および画素ずらし処理が実行される。また、モードＮｏ．が「３」であれば、処理はステップＳ４に移行してモード３による通常の１回撮影処理が行われる。また、モードＮｏ．が「１」〜「３」以外であれば、ステップ５に移行してモードＮo ．に応じた他の撮影処理が実行される。
【００４２】
続いて、モード２（高速連続撮像および画素ずらし処理）について説明する。図９はモード２の実行前に実施される測光値処理を説明するフローチャートであり、図１０は測光値−露光補正値ΔＴｖの対応関係をグラフ化して示す図である。この測光値処理では、まず、初期露出（Ｅｖ０）が絞り値（Ａｖ０）と露光値（Ｔｖ０）との加算により求められる（ステップＳ２１）。そして、撮像素子２３において測光値が取り込まれ（ステップＳ２２）、その測光値に基づいて露光補正値ΔＴｖが求められる（ステップＳ２３）。
【００４３】
このステップＳ２３において、測光値から露光補正値ΔＴｖを求める場合、テーブル参照により求める方法がある。テーブルは図１０に示した測光値−露光補正値ΔＴｖの曲線データを測光値と露光補正値ΔＴｖとが対応するようにデータ化してシステムコントローラ３０に記憶しておけばよい。ステップＳ２４では、ＡＥ（自動露出）を決定するため、露出（Ｅｖ）が、絞り値（Ａｖ０）、露光値（Ｔｖ０）、および露光補正値（ΔＴｖ）の加算によって得られ、続くステップＳ２５では、露光値（Ｔｖ０）と露光補正値（ΔＴｖ）との加算によって１回の撮像にかかる秒時（Ｔ）が求められる。
【００４４】
手振れを起こすまでの時間は手振れ秒時としてシステムコントローラ３０に予め登録されている。つぎのステップＳ２６では、１回分の秒時（Ｔ）を２倍して、その値（Ｔ×２）が手振れ秒時よりも小さければ、ステップＳ２７において、モードスイッチで設定した通りにモード２（高速連続撮像および画素ずらし処理）の処理が実行され、大きければ、ステップＳ２８において、モード設定がモード１（高速連続撮像、画素ずらし、およびストロボ発光処理）に切り替わり、モード１の処理が実行される。
【００４５】
以上説明したように、本実施の形態によれば、ストロボを発光させて高速連続撮像（上記モード１）を行う際に、１回目の撮像によって得られた画像データを撮像素子２３から読み出すタイミングで２回目の撮像を制御し、その２回目の撮像後、２回目の撮像によって得られた画像データを撮像素子２３から読み出すタイミングよりも前のタイミングで遮光動作を制御して、撮像素子２３をシャッタ機構２２により遮光し、また、２回目の撮像開始から２回目のストロボ光を発光させるタイミングを、１回目の撮像開始から１回目のストロボ光を発光させるタイミングよりも短い間隔（ＴＳ１≧ＴＳ２）でストロボ回路４のストロボ発光動作を制御する構成であるので、２回目の撮像制御が、撮像素子２３から画像データを読み出すタイミングに制約されず、１回目の撮像によって得られた画像データを読み出すタイミングで直ちに実施され、また、１回目の撮像と２回目の撮像のストロボ発光間隔が短くなる。
【００４６】
その結果、撮像タイミングの間隔が短縮されて連続撮像が高速化されるので、撮像条件が静的被写体の撮像だけに制約されず動的被写体の撮像や手持ち撮像も可能である。また、ストロボ発光間隔が短縮されるので、暗い被写体の場合にも、連続ストロボ撮影が可能となり、ぶれのない高画質・高解像度の画像を得ることができる。
【００４７】
また、連続撮像（モード１およびモード２）の際に、１回目の撮像後に撮像範囲の変更を制御するようにしたので、１回目、２回目の撮像で異なる撮像範囲を採用することができ、これによって、連続撮像により撮像範囲の相違する複数枚の画像データが得られるので、画素ピッチのずれを利用して画像の高画質化を図る場合に有効性がある。
【００４８】
また、連続撮像（モード１およびモード２）の際に、１回目の撮像によって得られた第１画像データと２回目の撮像によって得られた第２画像データとを合成して画像１枚分の画像データを得るようにしたので、第１、第２画像データを合成することで装置上で画像１枚分の画像データを得ることができ、これによって、連続撮像による複数枚の画像データによる高画質化を図ることが可能である。
【００４９】
また、連続撮像（モード１およびモード２）の際に、１回目の撮像後に撮像範囲の変更を制御し、１回目の撮像によって得られた第１画像データと２回目の撮像によって得られた第２画像データとを合成して画像１枚分の画像データを得るようにしたので、撮像範囲の異なる第１、第２画像データを合成することで装置上で画像１枚分の画像データを得ることができ、これによって、連続撮像により撮像範囲の相違する複数枚の画像データが得られるので、画素ピッチのずれを利用して画像の高画質化を図ることが可能である。
【００５０】
また、圧電素子２４を作動させて被写体の撮像範囲を変更することで撮像素子２３の画素ずらしを行うようにしたので、構成が簡略化され、コンパクト、かつ安価な構成で高画質化・高解像度化を実現することが可能である。
【００５１】
また、ストロボ光を発光させて高速連続撮像を行うためのモード１と、ストロボ光を発光させないで連続撮像を行うためのモード２とを有し、撮像素子２３による測光値に基づいて得られる露光時間と予め設定された手振れ時間との比較結果に基づいてモード２を実行するか、それともモード１を実行するかを判断するようにしたので、撮像時に手振れの生じない時間内に撮像が可能であればモード２を実行し、時間外であればモード１で対処することができ、これによって、連続撮像する場合に、撮像時の状況に応じて適宜最適の撮像を実施することができ、常時（明るい時から暗いときまで）、高画質・高解像度の画像を得ることが可能となる。また、通常モードと画素ずらしモードとの切替が不要なため、光学ローパスフィルタの切替が不要となる。
【００５２】
なお、上記した実施の形態では、圧電素子２４の移動方向（Ｍ）が１方向のみであったが、これに限定されず、垂直、水平のいずれの方向にも移動可能に複数の圧電素子を用いてもよい。また、モード１およびモード２では、１回目の撮像と２回目の撮像に同一露光時間を採用していたが、これに限定されず、１回目よりも２回目の露光時間を長く設定してもよい。
【００５３】
このように、１回目の撮像と２回目の撮像との間で異なる露光時間を使用することにより、同一被写体について複数回の撮像により露光量の異なる複数枚の画像が得られ、その複数枚の画像の合成により高解像度、かつ広ダイナミックレンジの高画質画像を取得することが可能である。
【００５４】
また、前述の実施の形態では、全画素読み出しタイプの撮像素子２３を使用した場合について説明していたが、これに限定されず、フィールド読み出しタイプの撮像素子を用いて全画素読み出しを行うようにしてもよい。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明に係る画像入力装置によれば、撮像素子からの読み出しを行うための読出信号を所定時間毎に発生可能であり、当該読出信号の発生を条件として、撮像素子に蓄積された電荷を取り除く制御信号を発生させる制御信号発生手段を備えるものであって、連続撮像の際に、第１撮像手段で制御信号を発生させてから第１の出力期間が経過した後の露光開始タイミングで、前記撮像素子による撮像を開始して、読出信号の発生時に露光を終了し、第２撮像手段では、第１撮像手段の露光終了に用いた読出信号の発生を条件として制御信号を発生させてから第１の出力期間より短い第２の出力期間した後の露光開始タイミングで、前記撮像素子による撮像を開始し、且つ前記第１撮像手段による撮像の露光時間と等しくなるように、前記遮光手段による遮光動作とともに撮像を終え、第１、第２画像データをそれぞれの読み出しタイミングに従って読み出して記憶した後には第１、第２画像データを合成し、また、第２の撮像開始から第２のストロボ光を発光させるまでの間隔を、第１の撮像開始から第１のストロボ光を発光させるまでの間隔よりも短くなるようにストロボ発光動作を制御する構成であるので、第２の撮像制御が、撮像素子から画像データを読み出すタイミングに制約されず、第１の撮像によって得られた画像データを読み出すタイミングで直ちに実施されると共に、第１、第２画像データを合成することで装置上で画像１枚分の画像データを得ることができ、また、第１の撮像と第２の撮像のストロボ発光間隔が短くなる。
【００６０】
その結果、撮像タイミングの間隔が短縮されて連続撮像が高速化されるので、撮像条件の制約を受けずに動的被写体の撮像や手持ち撮像が可能であると共に、同一被写体の連続撮像による複数枚の画像に基づく合成から１枚分の画像を得るようにしたので、画像の高画質化を図ることが可能である。また、ストロボ発光間隔が短縮されるので、暗い被写体の場合にも、連続ストロボ撮影が可能となり、ぶれのない高画質・高解像度の画像を得ることができる。
【００６１】
また、請求項２の発明に係る画像入力装置によれば、撮像素子からの読み出しを行うための読出信号を所定時間毎に発生可能であり、当該読出信号の発生を条件として、撮像素子に蓄積された電荷を取り除く制御信号を発生させる制御信号発生手段を備えるものであって、連続撮像の際に、第１撮像手段で制御信号を発生させてから第１の出力期間が経過した後の露光開始タイミングで、前記撮像素子による撮像を開始して、読出信号の発生時に露光を終了し、撮像範囲の変更を制御し、第２撮像手段では、第１撮像手段の露光終了に用いた読出信号の発生を条件として制御信号を発生させてから第１の出力期間より短い第２の出力期間した後の露光開始タイミングで、前記撮像素子による撮像を開始し、且つ前記第１撮像手段による撮像の露光時間と等しくなるように、前記遮光手段による遮光動作とともに撮像を終え、第１、第２画像データをそれぞれの読み出しタイミングに従って読み出して記憶した後には第１、第２画像データを合成し、また、第２の撮像開始から第２のストロボ光を発光させるまでの間隔を、第１の撮像開始から第１のストロボ光を発光させるまでの間隔よりも短くなるようにストロボ発光動作を制御する構成であるので、第２の撮像制御が、画像データを撮像素子から読み出すタイミングに制約されず、第１の撮像によって得られた画像データを読み出すタイミングで直ちに実施されると共に、撮像範囲の異なる第１、第２画像データを合成することで装置上で画像１枚分の画像データを得ることができ、また、第１の撮像と第２の撮像のストロボ発光間隔が短くなる。
【００６２】
その結果、撮像タイミングの間隔が短縮されて連続撮像が高速化されるので、撮像条件の制約を受けずに動的被写体の撮像や手持ち撮像が可能であると共に、同一被写体の連続撮像により撮像範囲の相違する複数枚の画像データが得られるので、画素ピッチのずれを利用して画像の高画質化を図ることが可能である。また、ストロボ発光間隔が短縮されるので、暗い被写体の場合にも、連続ストロボ撮影が可能となり、ぶれのない高画質・高解像度の画像を得ることができる。
【００６３】
また、請求項３の発明に係る画像入力装置によれば、ストロボ発光手段が、複数のストロボコンデンサを備えているので、連続発光に耐えうる十分な発光容量を確保することができる。
【００６４】
また、請求項４の発明に係る画像入力装置によれば、ストロボ発光手段が、単一のストロボコンデンサを備え、連続するストロボ発光の発光量の制御が容易になるので、効率的に撮像むらを抑制することができる。
【００６５】
また、請求項５の発明に係る画像入力装置によれば、撮像時に手振れの生じない時間内に撮像が可能であれば第１モードを実行し、時間外であれば第２モードで対処することができ、これによって、連続撮像する場合に、撮像時の状況に応じて適宜最適の撮像を実施することができ、常時（明るい時から暗いときまで）、高画質・高解像度の画像を得ることが可能となる。また、通常モードと画素ずらしモードとの切替が不要なため、光学ローパスフィルタの切替が不要となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係る画像入力装置の一実施の形態を示すブロック図である。
【図２】この発明に係る画像入力装置の他の実施の形態を示すブロック図である。
【図３】本実施の形態による撮像素子の構成例を示す回路図である。
【図４】本実施の形態による圧電素子の取付構造を示す概略構成図である。
【図５】本実施の形態による全画素読み出しタイプにおける画素読み出し（モード３）タイミングを示すタイミングチャートである。
【図６】本実施の形態による全画素読み出しタイプにおける高速連続撮像および画素ずらしによる画素読み出し（モード２）タイミングを示すタイミングチャートである。
【図７】本実施の形態による全画素読み出しタイプにおける高速連続撮像、画素ずらし、およびストロボ発光による画素読み出し（モード１）タイミングを示すタイミングチャートである。
【図８】本実施の形態によるモード選択処理を説明するフローチャートである。
【図９】本実施の形態による測光値処理を説明するフローチャートである。
【図１０】本実施の形態による測光値−露光補正値ΔＴｖの対応関係をグラフ化して示す図である。
【図１１】従来例による画素ずらしタイミングを説明するタイミングチャートである。
【符号の説明】
１ デジタルカメラ
２ 撮像ブロック
３ 信号処理ブロック
４ ストロボ回路
５ Ａ／Ｄ変換部
６ 信号発生器
２１ 撮像部
２２ シャッタ機構
２３ 撮像素子
２４ 圧電素子
２５ 素子フォルダ
２６Ａ 基板
３０ システムコントローラ
３１ センサーデータ出力部
３２ メモリ群
３３ 画素ずらし処理部
４１ ストロボ発光部
４２ ストロボコンデンサー
４３ ストロボコンデンサー
２３１ ＣＣＤ部
２３２ 信号検出部
Claims (5)
- 撮影レンズを備えた画像入力装置において、
前記撮影レンズにより入射された光を受光することで電荷を蓄積し、画像データを得る撮像素子と、
前記撮像素子から読み出された画像データを記憶する記憶手段と、
前記撮像素子に対して遮光状態を形成する遮光手段と、
前記撮像素子からの読み出しを行うための読出信号を所定時間毎に発生可能な読出信号発生手段と、
前記読出信号発生手段よる前記読出信号の発生を条件として、前記撮像素子に蓄積された電荷を取り除く制御信号を発生させる制御信号発生手段と、
前記制御信号発生手段により発生された制御信号の出力期間を制御することで、前記撮像素子における露光開始タイミングを制御する露光開始制御手段と、
前記撮像素子による撮像が行われているときにストロボ光を発光するストロボ光発光手段と、
前記露光開始制御手段による制御で、前記制御信号を発生させてから第１の出力期間が経過した後の前記露光開始タイミングで、前記撮像素子による撮像を開始し、前記読出信号発生手段による前記読出信号の発生時に露光を終了する第１撮像手段と、
前記制御信号発生手段が前記第１撮像手段の露光の終了に用いた前記読出信号の発生を条件として前記制御信号を発生させてから、前記露光開始制御手段による制御で前記第１の出力期間より短い第２の出力期間が経過した後の前記露光開始タイミングで、前記撮像素子による撮像を開始し、且つ前記第１撮像手段による撮像の露光時間と等しくなるように、前記遮光手段による遮光動作とともに撮像を終える第２撮像手段と、
前記第２撮像手段による撮像開始から第２のストロボ光を発光させるまでの間隔を、前記第１撮像手段による撮像開始から第１のストロボ光を発光させるまでの間隔よりも短くなるように前記ストロボ光発光手段によるストロボ発光動作を制御する制御手段と、
前記第１撮像手段により撮像され前記記憶手段に記憶された第１画像データと、前記第２撮像手段により撮像され前記記憶手段に記憶された第２画像データとを合成する画像合成手段と、
を備えたことを特徴とする画像入力装置。 - 撮影レンズを備えた画像入力装置において、
前記撮影レンズにより入射された光を受光することで電荷を蓄積し、画像データを得る撮像素子と、
前記撮像素子による被写体の撮像範囲を変更する変更手段と、
前記撮像素子から読み出された画像データを記憶する記憶手段と、
前記撮像素子に対して遮光状態を形成する遮光手段と、
前記撮像素子からの読み出しを行うための読出信号を所定時間毎に発生可能な読出信号発生手段と、
前記読出信号発生手段よる前記読出信号の発生を条件として、前記撮像素子に蓄積された電荷を取り除く制御信号を発生させる制御信号発生手段と、
前記制御信号発生手段により発生された制御信号の出力期間を制御することで、前記撮像素子における露光開始タイミングを制御する露光開始制御手段と、
前記撮像素子による撮像が行われているときにストロボ光を発光するストロボ光発光手段と、
前記露光開始制御手段による制御で、前記制御信号を発生させてから第１の出力期間が経過した後の前記露光開始タイミングで、前記撮像素子による撮像を開始し、前記読出信号発生手段による前記読出信号の発生時に露光を終了する第１撮像手段と、
前記第１撮像手段による撮像の後、前記変更手段による前記撮像範囲の変更を制御する第１制御手段と、
前記制御信号発生手段が前記第１撮像手段の露光の終了に用いた前記読出信号の発生を条件として前記制御信号を発生させてから、前記露光開始制御手段による制御で前記第１ の出力期間より短い第２の出力期間が経過した後の前記露光開始タイミングで、前記撮像素子による撮像を開始し、且つ前記第１撮像手段による撮像の露光時間と等しくなるように、前記遮光手段による遮光動作とともに撮像を終える第２撮像手段と、
前記第２撮像手段による撮像開始から第２のストロボ光を発光させるまでの間隔を、前記第１撮像手段による撮像開始から第１のストロボ光を発光させるまでの間隔よりも短くなるように前記ストロボ光発光手段によるストロボ発光動作を制御する第２制御手段と、
前記第１撮像手段により撮像され前記記憶手段に記憶された第１画像データと、前記第２撮像手段により撮像され前記記憶手段に記憶された第２画像データとを合成する画像合成手段と、
を備えたことを特徴とする画像入力装置。 - 前記ストロボ発光手段は、複数のストロボコンデンサを備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像入力装置。
- 前記ストロボ発光手段は、単一のストロボコンデンサを備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像入力装置。
- 前記第１制御手段は、少なくとも、前記ストロボ光を発光させて連続撮像を行うための第１モードと、前記ストロボ光を発光させないで連続撮像を行うための第２モードとを有し、前記撮像素子による測光値に基づいて得られる露光時間と予め設定された手振れ時間との比較結果に基づいて前記第１モードを実行するか、若しくは、前記第２モードを実行するかを判断することを特徴とする請求項１又は２に記載の画像入力装置。
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