JP5210988B2 - 撮像装置、露光量調節方法 - Google Patents

Description

本発明は、露光量を調節する撮像装置、露光量調節方法に関する。

従来の撮像装置は、光学系を通して撮像面が受ける光の量（受光量）をＴＴＬ（Ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ Ｌｅｎｓ）露出計等により測定し、シャッタ速度（期間）と絞りを用いて、露光量を調節する。たとえば、露光量を増やしたい場合に、シャッタ優先モードであれば絞りをより開き、絞り優先モードではシャッタ時間を長くする。一方、露光量を減らしたい場合に、シャッタ優先モードであれば絞りをより閉じ、絞り優先モードではシャッタ時間を短くする。

しかし、絞りを閉めてもまだ露光量が多い場合、従来の撮像装置は、シャッタ時間を短くすることで、露光量をさらに減少させるよう調節していた（特許文献１参照）。

ここで、シャッタ速度と絞りには、次のような撮影効果のあることが知られている。すなわち、絞りについては、絞りを調整すると画像フレーム中の焦点の合う範囲が変わることが知られている。これにより従来の撮像装置における絞り優先モードは、絞りを開けることで、狭い範囲に焦点の合った「ぼけ量」の多い画像を得ることを目的とし、逆に絞りを閉じることで、背景まで焦点が合った「ぼけ量」の少ない画像を得ることを目的とした映像表現を実現していた。

さらに、シャッタ速度については、シャッタ速度を調整すると画像フレーム中の被写体の「ぶれ」が変わることが知られている。これにより従来の撮像装置におけるシャッタ優先モードは、シャッタ速度を速くすることで、動く被写体の「ぶれ量」が少ない画像を得ることを目的とし、逆にシャッタ速度を遅くすることで、「ぶれ量」が大きい画像を得ることを目的とした映像表現を実現していた。

特開２０００−２２４４９４号公報

しかしながら、「ぼけ量」と「ぶれ量」をどちらも撮影者が意図した量にしようとした場合、露光量を調整するためにはＮＤ（減光）フィルターを使うか、感度を変えなければならなかった。ところが、ＮＤフィルターは連続的に露光量調整を行うことはできなかった。また、強い光の下では受光素子の出力が飽和してしまうことから、飽和した出力値が最大信号レベル以下になるまで感度を下げることは無意味であるため、感度は大きく下げることができなかった。そのため、シャッタ速度と絞りをやむなく変えることになり、撮影効果上、撮影者が意図しない画像が得られてしまうことがある。

例えば、動画を撮影するために従来の撮像装置が高速にシャッタを切りながら、動いている被写体を撮像した場合、シャッタが高速に切られたために被写体像の「ぶれ量（尾引き量）」が減少してしまい、撮像された動画はパラパラとしたコマ送り画像のような違和感のある動画となってしまう、という問題があった。

これを解決する手法として、撮像装置が高速シャッタで撮像した複数の画像フレームを画像処理により合成することで、ぶれ量のある画像を再現する手法がある。

この手法を用いた場合、従来の撮像装置は、１回の露光で１枚の画像フレームを撮像し、撮像された複数の画像フレームを画像処理により合成することで、ぶれ量のある画像フレームを生成していた。

しかしこの手法では、高速にシャッタを連続的に切った回数だけ画像フレームができてしまうため、画像フレームの枚数が増大し、これに応じて消費電力も増大してしまうという問題があった。

また、シャッタを高速にしないで絞りを絞っていった場合、あまり絞りすぎると光の回折により像がぼやけて解像度が低下するという問題があった。このため、シャッタを高速に切ったり、絞りを閉じたりしなくても、露光量を減少させることにより被写体の滑らかな動きを撮像でき、解像度が低下しない撮像装置が求められている。

本発明は、前記の諸点に鑑みてなされたものであり、画像フレームの枚数を必要以上に増大させずに、被写体の滑らかな動きが撮像でき、解像度が低下しない撮像装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、露光量に応じた電荷を出力する光電変換部（例えば、実施形態の光電変換部１２４）と、前記電荷を蓄積する電荷蓄積部（例えば、実施形態の電荷蓄積部１１８）と、前記電荷を廃棄するドレイン電極（例えば、実施形態のドレイン電極１１４）と、前記光電変換部及び前記電荷蓄積部の電位を初期化するリセット電極（例えば、実施形態のリセット電極１２２）と、を有する画素（例えば、実施形態の画素１１１）を複数備える受光素子（例えば、実施形態の受光素子１１０）と、前記電荷を読み出すカメラ制御部（例えば、実施形態のカメラ制御部１３０）と、受光量に応じて電荷蓄積時間と電荷廃棄時間を調整し、前記初期化後に、前記電荷蓄積部への前記電荷の蓄積と、前記ドレイン電極への前記電荷の廃棄と、を前記電荷蓄積時間と前記電荷廃棄時間に基づいて複数回繰り返した後で前記電荷を読み出すよう前記カメラ制御部を制御する露光調整部（例えば、実施形態の露光調整部１４０）と、を備えることを特徴とする撮像装置（例えば、実施形態の撮像装置１００）である。

また本発明は、前記露光調整部が、前記電荷が所定の閾値以上である場合、電荷蓄積時間または１画像フレームあたりの露光回数を減少させるよう前記カメラ制御部を制御することを特徴とする撮像装置（例えば、実施形態の撮像装置１００）である。

また本発明は、前記露光調整部が、前記電荷が所定の閾値以下である場合、電荷蓄積時間または１画像フレームあたりの露光回数を増加させるよう前記カメラ制御部を制御することを特徴とする撮像装置（例えば、実施形態の撮像装置１００）である。

また本発明は、前記露光調整部が、電荷蓄積時間を可変させるよう前記カメラ制御部を制御することを特徴とする撮像装置（例えば、実施形態の撮像装置１００）である。

また本発明は、前記露光調整部が、シャッタ優先モードにおいて、絞りを調整することにより露光量を調節することを特徴とする撮像装置（例えば、実施形態の撮像装置１００）である。

また本発明は、前記露光調整部が、絞り優先モードにおいて、シャッタ速度を調整することにより露光量を調節することを特徴とする撮像装置（例えば、実施形態の撮像装置１００）である。

また本発明は、撮像装置（例えば、実施形態の撮像装置１００）における露光量調節方法であって、光電変換部（例えば、実施形態の光電変換部１２４）が、露光量に応じた電荷を出力するステップと、電荷蓄積部（例えば、実施形態の電荷蓄積部１１８）が、前記電荷を蓄積するステップと、ドレイン電極（例えば、実施形態のドレイン電極１１４）が、前記電荷を廃棄するステップと、リセット電極（例えば、実施形態のリセット電極１２２）が、前記光電変換部及び前記電荷蓄積部の電位を初期化するステップと、カメラ制御部（例えば、実施形態のカメラ制御部１３０）が、前記電荷を読み出すステップと、露光調整部（例えば、実施形態の露光調整部１４０）が、受光量に応じて電荷蓄積時間と電荷廃棄時間を調整し、前記初期化後に、前記電荷蓄積部への前記電荷の蓄積と、前記ドレイン電極への前記電荷の廃棄と、を前記電荷蓄積時間と前記電荷廃棄時間に基づいて複数回繰り返した後で前記電荷を読み出すよう前記カメラ制御部を制御するステップとを有することを特徴とする露光量調節方法である。

請求項１と請求項４に記載の発明によれば、撮像装置が、１画像フレームあたり複数回の露光を行うため、露光回数や電荷蓄積時間によって露光量を調節しながら、被写体の動きに応じてぶれた被写体像を１画像フレームに得ることができるので、画像フレームの枚数を必要以上に増大させずに、被写体の動きが滑らかな動画を撮像することができる。

請求項１と請求項４に記載の発明によれば、撮像装置が、１画像フレームあたり複数回の露光を行うため、露光回数や電荷蓄積時間によって露光量を調節しながら、動いている被写体が時間経過に応じて１画像フレームに撮像された画像を得ることができるので、画像フレームの枚数を必要以上に増大させずに、被写体の動きを捉えた静止画を撮像することができる。

請求項２に記載の発明によれば、撮像装置が、受光素子から出力される電荷量に応じて、電荷蓄積時間または１画像フレームあたりの露光回数を減少させるので、受光素子から出力される電荷量（蓄積電位）を飽和させること無く、短時間に露光量を調節して被写体を撮像することができる。

請求項３に記載の発明によれば、撮像装置が、受光素子から出力される電荷量に応じて、電荷蓄積時間または１画像フレームあたりの露光回数を増加させるので、受光素子から出力される電荷量（蓄積電位）を充分に取得しながら、短時間に露光量を調節して被写体を撮像することができる。

本発明の一実施形態における撮像装置のブロック図である。 本発明の一実施形態における画素のブロック図である。 本発明の一実施形態におけるカメラ制御部の動作タイミングチャートである。 本発明の一実施形態における画素の電位と、画素の動作ステップと、の関係を示す図である。 本発明の一実施形態における露光量調整の手順を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態における露光回数と、被写体のぶれ方を説明する図である。 本発明の一実施形態における受光素子に複数回露光された被写体像と、１画像フレームに相当する受光素子からの出力と、を示す図である。

本発明を実施するための一実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態における撮像装置のブロック図である。撮像装置１００は、受光素子１１０と、カメラ制御部１３０と、露光調整部１４０と、を備える。なお、撮像装置１００は露出計（不図示）をさらに備えていてもよい。

光学系２００は、被写体から入射される光束を通過させ、受光素子１１０の撮像面１２５（図７に図示）に被写体像を投影する。光学系２００はレンズ（不図示）を備え、撮像装置１００の露光調整部１４０から入力される焦点調節指示に応じてレンズ（不図示）を移動させる。また光学系２００は絞り（不図示）を備え、露光調整部１４０から入力される絞り調節指示に応じて絞りを調節する。

図２は、本発明の一実施形態における画素のブロック図である。画素１１１は、図１の受光素子１１０の撮像面１２５（図７に図示）に行列状に複数個配置される。画素１１１は、光電変換部１２４と、ドレインゲート１１２と、ドレインゲート制御端子１１３と、ドレイン電極１１４と、ドレイン電極出力端子１１５と、電荷蓄積ゲート１１６と、電荷蓄積ゲート制御端子１１７と、電荷蓄積部１１８と、電荷蓄積部出力端子１１９と、リセットゲート１２０と、リセットゲート制御端子１２１と、リセット電極１２２と、リセット電極出力端子１２３と、を備える。

光電変換部１２４は、露光量に応じた電荷を、ドレインゲート１１２または電荷蓄積ゲート１１６に出力する。ドレインゲート制御端子１１３は、図１のカメラ制御部１３０から出力されるドレインゲート指示をドレインゲート１１２に入力する。同様にドレインゲート制御端子１１３は、電位を初期化するためのリセット指示をカメラ制御部１３０から入力され、ドレインゲート１１２に出力する。

ドレインゲート指示またはリセット指示のいずれかが入力されている場合、ドレインゲート１１２は、光電変換部１２４の電荷をドレイン電極１１４に出力する。またドレインゲート指示またはリセット指示のいずれもが入力されていない場合、ドレインゲート１１２は、光電変換部１２４の電荷をドレイン電極１１４に出力しない。ドレイン電極１１４は、ドレインゲート１１２から入力された電荷を、ドレイン電極出力端子１１５に出力する。ドレイン電極出力端子１１５に出力された電荷は廃棄される。

電荷蓄積ゲート制御端子１１７は、図１のカメラ制御部１３０から出力される電荷蓄積ゲート指示を電荷蓄積ゲート１１６に入力する。同様に電荷蓄積ゲート制御端子１１７は、カメラ制御部１３０から出力されるリセット指示を電荷蓄積ゲート１１６に入力する。電荷蓄積ゲート指示またはリセット指示のいずれかが入力されている場合、電荷蓄積ゲート１１６は、光電変換部１２４の電荷を電荷蓄積部１１８に出力する。また電荷蓄積ゲート指示またはリセット指示のいずれもが入力されていない場合、電荷蓄積ゲート１１６は、光電変換部１２４の電荷を電荷蓄積部１１８に出力しない。

電荷蓄積部１１８は、電荷蓄積ゲート１１６から入力された電荷を蓄積する。電荷蓄積部１１８は、図１のカメラ制御部１３０によって電荷蓄積部出力端子１１９が開放された場合、電荷蓄積部１１８に蓄電された電荷量に応じた電位（以下、「蓄積電位」と称する）を、電荷蓄積部出力端子１１９を介してカメラ制御部１３０に出力する。特に、リセット電極１２２によって所定の電位に初期化（リセット）された状態で電荷蓄積部１１８が出力する電位を、以下「リセット電位」と称する。このようにして図１の受光素子１１０は、リセット電位と、電荷蓄積部１１８に蓄積された電荷による蓄積電位と、をカメラ制御部１３０に出力する。

リセットゲート制御端子１２１は、図１のカメラ制御部１３０から出力されるリセット指示をリセットゲート１２０に入力する。リセット指示が入力されている場合、リセットゲート１２０は、電荷蓄積部１１８の電荷をリセット電極１２２に出力する。またリセット指示が入力されていない場合、リセットゲート１２０は、電荷蓄積部１１８の電荷をリセット電極１２２に出力しない。

リセット電極１２２は、例えば電源電位にあり、リセットゲート１２０から入力された電荷を、リセット電極出力端子１２３に出力する。リセット電極出力端子１２３に出力された電荷は廃棄される。

露光調整部１４０には、受光素子１１０が出力した蓄積電位（電荷量）がカメラ制御部１３０から入力される。露光調整部１４０は、受光量が充分か否かを蓄積電位に基づいて判定し、電荷蓄積時間と、電荷廃棄時間と、露光回数（電荷蓄積回数）と、をカメラ制御部１３０に指示する。すなわち露光調整部１４０は、蓄積電位が所定の閾値以上である場合、露光量が充分であると判定し、電荷蓄積時間または１画像フレームあたりの露光回数を減少させて（露光時間調整）、カメラ制御部１３０にこれらを指示する。また露光調整部１４０は、蓄積電位が所定の閾値以下である場合、露光量が充分でないと判定し、電荷蓄積時間または１画像フレームあたりの露光回数を増加させて、カメラ制御部１３０にこれらを指示する。なお、露光調整部１４０は、電荷蓄積時間の代わりに、電荷廃棄時間をパラメータとして露光調整を行ってもよい。

また、露光調整部１４０は、シャッタ優先モード及び絞り優先モードを切り替えることができるとしてもよい。この場合、露光調整部１４０は、シャッタ優先モードではシャッタ速度を優先し、絞りを調整することにより露光量を調節してもよい。また、露光調整部１４０は、絞り優先モードでは絞りを優先し、シャッタ速度を調整することにより露光量を調節してもよい。

画像処理装置３００は、カメラ制御部１３０から入力された画素信号に基づいて所定の画像処理を行い、画像フレームを生成する。カメラ制御部１３０は、電荷蓄積ゲート制御端子１１７と、ドレインゲート制御端子１１３と、リセットゲート制御端子１２１と、にリセット指示を所定の１フレーム周期（例えば、１６．６７［ｍｓ］）で出力する。この所定の１フレーム周期ごとに受光素子１１０から出力されたデータに基づいて、画像処理装置３００によって１画像フレームが生成される。

カメラ制御部１３０には、電荷蓄積時間と、電荷廃棄時間と、露光回数と、が露光調整部１４０から入力される。またカメラ制御部１３０には、蓄積電位とリセット電位が受光素子１１０から入力される。カメラ制御部１３０は、蓄積電位とリセット電位とを用いて、相関二重サンプリング（Ｃｏｒｒｅｌｌａｔｅｄ Ｄｏｕｂｌｅ Ｓａｍｐｌｉｎｇ）を行う。カメラ制御部１３０は、相関二重サンプリングによって取得した電荷量をアナログ−デジタル（ＡＤ）変換し、画素信号として画像処理装置３００に出力する。またカメラ制御部１３０は、１フレーム周期における電荷蓄積回数をカウントし、記憶する。

図３は、本発明の一実施形態におけるカメラ制御部１３０の動作タイミングチャートである。また図４は、本発明の一実施形態における画素１１１の電位と、画素１１１の動作ステップと、の関係を示す図である。カメラ制御部１３０は、電荷蓄積時間に基づいて、図２の光電変換部１２４が電荷を蓄積するよう次のように動作する。ここで、図３のステップＳ１からステップＳ５までが１フレーム周期となり、撮像装置１００はこのフレーム周期を繰り返す。

まず光学系２００は、被写体から入射される光束を通過させ、受光素子１１０の撮像面１２５（図７に図示）に被写体像を投影する。これにより、光電変換部１２４は露光される。カメラ制御部１３０には、電荷蓄積時間と、電荷廃棄時間と、露光回数と、が露光調整部１４０から入力される。これらのパラメータは、前値ホールドされた値を用いても良いし、可変としてもよい。例えば、露光調整部１４０は、後述のステップＳ３が実行される時間を徐々に長く又は短くしてもよい。

カメラ制御部１３０は、電荷蓄積ゲート制御端子１１７と、ドレインゲート制御端子１１３と、リセットゲート制御端子１２１と、にリセット指示を出力する。光電変換部１２４に蓄積された電荷は、これによりドレイン電極１１４とリセット電極１２２から廃棄され、光電変換部１２４の電位が初期化（リセット）される。また電荷蓄積部１１８に蓄積された電荷は、リセット電極１２２から廃棄され、電荷蓄積部１１８の電位が初期化（リセット）される。またカメラ制御部１３０は、電荷蓄積回数を値「０」に初期化して記憶する（ステップＳ１）。

次にカメラ制御部１３０は、ドレインゲート指示をドレインゲート１１２に入力し、さらにリセット指示の出力を停止する。リセット指示の出力が停止されたことにより、リセットゲート１２０の電位と、電荷蓄積ゲート１１６の電位が上がり、電荷蓄積部１１８からリセットゲート１２０や電荷蓄積ゲート１１６に電荷が出力されなくなる。さらにカメラ制御部１３０は、電荷蓄積部出力端子１１９を開放する。これにより電荷蓄積部１１８は、電荷蓄積部出力端子１１９を介してカメラ制御部１３０にリセット電位を出力する（ステップＳ２）。

次にカメラ制御部１３０は、電荷蓄積ゲート指示を入力する。光電変換部１２４は、露光量に応じた電荷を電荷蓄積ゲート１１６に出力する。これにより電荷蓄積ゲート１１６は、光電変換部１２４の電荷を電荷蓄積部１１８に出力する。電荷蓄積部１１８は、電荷蓄積ゲート１１６から入力された電荷を蓄積する。予め定められた時間が経過すると、カメラ制御部１３０は電荷蓄積ゲート指示の出力を停止する（ステップＳ３）。

ここで、１回目のステップＳ３の始まりからＮ（Ｎは露光回数）回目のステップＳ３の終わりまでの期間が、「シャッタ速度（期間）」である。また、上記ステップＳ３が実行される時間と値Ｎとを乗算した値が「電荷蓄積時間」である。また、電荷蓄積時間に撮像面１２５が受ける光の量が「露光量」である。なお、上記ステップＳ３が実行される時間には最小値があってもよく、値Ｎを固定し、ステップＳ３が実行される時間を可変してもよい。

次にカメラ制御部１３０は、ドレインゲート指示をドレインゲート１１２に入力する。これによりドレインゲート１１２は、光電変換部１２４の電荷をドレイン電極１１４に出力する。ドレイン電極１１４は、ドレインゲート１１２から入力された電荷をドレイン電極出力端子１１５に出力する。ドレイン電極出力端子１１５に出力された電荷は廃棄される。予め定められた時間が経過すると、カメラ制御部１３０はドレインゲート指示の出力を停止する。

さらにカメラ制御部１３０は、電荷蓄積回数に値「１」を加算し記憶する。またカメラ制御部１３０は、露光調整部１４０から入力された露光回数と、電荷蓄積回数と、を比較する。電荷蓄積回数が露光回数に達していない場合、カメラ制御部１３０はステップＳ３に戻る。電荷蓄積回数が露光回数に達している場合、カメラ制御部１３０はステップＳ５に進む（ステップＳ４）。このステップＳ４が実行される時間と値Ｎとを乗算した値が「電荷廃棄時間」である。

次に、電荷蓄積回数が露光回数に達したとする。カメラ制御部１３０は、電荷蓄積部出力端子１１９を開放する。電荷蓄積部１１８は、電荷蓄積部出力端子１１９を介してカメラ制御部１３０に蓄積電位を出力する。このようにして図１の受光素子１１０は、電荷蓄積部１１８に蓄積された電荷による蓄積電位をカメラ制御部１３０に出力する。カメラ制御部１３０は、蓄積電位とリセット電位とを用いて、相関二重サンプリングを行う。カメラ制御部１３０は、相関二重サンプリングによって取得した電荷量をＡＤ変換し、画素信号として画像処理装置３００に出力する。画像処理装置３００は、カメラ制御部１３０から入力された画素信号に基づいて所定の画像処理を行い、画像フレームを生成する（ステップＳ５）。

図５は、本発明の一実施形態における露光量調整の手順を示すフローチャートである。露光量調整（露光時間調整）処理において、露光調整部１４０は、次に示す手順で電荷蓄積時間を決める。まず、露光調整部１４０は、露出計（不図示）等により受光量を測定する（ステップＳａ１）。次に露光調整部１４０は、受光量を絞り量で除算した値に応じて「シャッタ時間」を決める（ステップＳａ２）。ここで、絞り量とは、光学系２００の絞りを通過する光の量に比例する量であり、光束が受光素子の撮像面に投影された面積に相当する。

なお、十分遠くにある被写体の放射輝度Ｂと、撮像面照度Ｌとの関係は、Ｋ：比例定数、ｔ：レンズ透過率、Ａ：撮像面の面積を用いて、「Ｌ＝Ｋ・t・Ｂ・Ａ」と表すことができる。また、撮像面照度Ｌと、受光素子の出力電圧Ｖとの関係は、Ｇ：比例定数、Ｔ：シャッタ速度を用いて、「Ｖ＝Ｇ・Ｌ・Ｔ」と表すことができる。したがって、受光素子の出力電圧Ｖは、「Ｖ＝Ｓ・ｔ・Ａ・Ｂ・Ｔ」（Ｓ：比例定数）と表すことができ、Ａ，ｔ，Ｔを調整することで、受光素子の出力電圧Ｖを妥当な大きさになるようにしてもよい。

次に露光調整部１４０は、シャッタ時間とシャッタ速度（期間）を比較する（ステップＳａ３）。シャッタ時間がシャッタ速度（期間）よりも短い場合（Ｓａ３−ＹＥＳ）、露光調整部１４０は、シャッタ時間を所定の標準露光回数(例えば１００)で除算した値を、暫定的に電荷蓄積時時間とする（ステップＳａ４）。

標準露光回数とは、被写体像が途切れないように見えるための最小の露光回数であり、例えば１００回である。ここで、途切れないように見える被写体像とは、どのように見える被写体像かについて、例を挙げて説明する。

図６は、本発明の一実施形態における露光回数と、被写体のぶれ方を説明する図である。一例として、被写体である電球が、左から右に高速に移動していった場合について説明する。図６（Ａ）は、露光回数が多い場合の被写体のぶれ方を示す図であり、図６（Ｃ）は、露光回数が少ない場合の被写体のぶれ方を示す図であり、図６（Ｂ）は、露光回数がその中間である場合の被写体のぶれ方を示す図である。

標準露光回数で撮像された場合、被写体である電球は、図６（Ａ）に示すように途切れないように見える被写体像となる。すなわち、標準露光回数より少ない回数で撮像された場合に、被写体である電球は、図６（Ｂ）及び（Ｃ）に示すように途切れて見える被写体像となる。なお、標準露光回数は、撮影者の設定操作によって設定されるとしてもよい。

次に、図５のフローチャートに戻って説明を続ける。露光調整部１４０は、電荷蓄積時間と最短電荷蓄積時間を比較する（ステップＳａ５）。電荷蓄積時間が最短電荷蓄積時間より長い場合（Ｓａ５−ＹＥＳ）、露光調整部１４０は、シャッタ速度を標準露光回数で除算した値からシャッタ時間を減算した値を、電荷廃棄時間とする（ステップＳａ６）。電荷蓄積時間が最短電荷蓄積時間より短い場合（Ｓａ５−ＮＯ）、シャッタ時間を最短電荷蓄積時間で除算した値を、露光回数とする。ここで、少数点以下の値は切り捨てられるものとする（ステップＳａ７）。

露光調整部１４０は、露光回数が０回より大きいか否かを判定する（ステップＳａ８）。露光回数が０回より大きくない（露光回数が１回より小さくなった）場合、露光調整部１４０は、露光回数を１回とする。これは次のステップＳａ９において、値「０」で除算を行わないようにするためである（ステップＳａ１０）。さらに、露光調整部１４０は、シャッタ速度を露光回数で除算した値から最短電荷蓄積時間を減算した値を、電荷廃棄時間とする（ステップＳａ９）。

一方、ステップＳａ３において、シャッタ時間がシャッタ速度よりも長い場合（Ｓａ３−ＮＯ）、露光調整部１４０は、絞り優先モードであるか否かを判定する（ステップＳａ１２）。絞り優先モードである場合（Ｓａ１２−ＹＥＳ）、露光調整部１４０は、シャッタ時間を電荷蓄積時時間とする（ステップＳａ１３）。さらに、露光調整部１４０は、電荷廃棄時間を値「０」とする（ステップＳａ１４）。

一方、ステップＳａ１２において、絞り優先モードでない場合（Ｓａ１２−ＮＯ）、露光調整部１４０は、露光量をシャッタ速度で除算した値を、絞り量とする（ステップＳａ１５）。

次に、露光調整部１４０は、絞り量と最大絞り量を比較する（ステップＳａ１６）。ここで、最大絞り量は、例えば光学系２００の構造に基づいて決まる値である。絞り量が最大絞り量より小さい場合（Ｓａ１６−ＮＯ）、露光調整部１４０は、絞り量を最大絞り値とする。絞り量が最大絞り量より大きい場合（Ｓａ１６−ＹＥＳ）、露光調整部１４０は、電荷蓄積時間をシャッタ速度（期間）とする（ステップＳａ１７）。さらに、露光調整部１４０は、電荷廃棄時間を値「０」とする（ステップＳａ１８）。このようにして、露光調整部１４０は、電荷蓄積時間を決める。

図７は、本発明の一実施形態における受光素子に複数回露光された被写体像と、１画像フレームに相当する受光素子からの出力と、を示す図である。一例として、撮像装置１００は、右から左に振れる被写体４００を撮像するとする（図７（Ａ））。図３、図４に示すステップＳ３同士の時間間隔を短く撮像すれば、受光素子１１０の出力（１画像フレームに相当）は、撮像面１２５の画素１１１に被写体像１２６が蓄積されるので、被写体１２６の動きに応じてぶれた被写体像（扇形）となる（図７（Ｂ））。また例えば、図３に示すステップＳ３の各電荷蓄積時間を徐々に長くした場合、各電荷蓄積時間に応じて「ぶれの明るさ」が変化するグラデーション効果のある被写体像１２６を得ることができる。

以上、撮像装置１００は、シャッタを高速に切らなくとも、シャッタ速度（期間）よりも短い時間で行う露光と、絞りを併用しながら、画像フレームの枚数を必要以上に増大させずに、被写体４００の動きが滑らかな動画を撮像することができる。すなわち、撮像装置１００は、１画像フレームあたり複数回の露光を行うため、露光回数や電荷蓄積時間によって露光量を調節しながら、被写体４００の動きに応じてぶれた被写体像１２６を１画像フレームに得ることができるので、画像フレームの枚数を必要以上に増大させずに、被写体４００の動きが滑らかな動画を撮像することができる。

また図３、図４に示すステップＳ４の時間を長く撮像し、かつステップＳ１からステップＳ５までに繰り返されるステップＳ３の回数を少なくすれば、受光素子１１０の出力（１画像フレームに相当）は、撮像面１２５の画素１１１に被写体像１２６が蓄積されるので、時間経過に応じて複数回露光された被写体像となる（図７（Ｃ））。

これにより撮像装置１００は、１画像フレームあたり複数回の露光を行うため、露光回数や電荷蓄積時間によって露光量を調節しながら、動いている被写体４００が時間経過に応じて１画像フレームに撮像された画像を得ることができるので、画像フレームの枚数を必要以上に増大させずに、被写体４００の動きを捉えた静止画を撮像することができる。

また前述のように、蓄積電位が所定の閾値以上である場合、露光調整部１４０は、電荷蓄積時間または１画像フレームあたりの露光回数を減少させて、カメラ制御部１３０に指示する。これにより撮像装置１００は、受光素子１１０から出力される電荷量に応じて、電荷蓄積時間または１画像フレームあたりの露光回数を減少させるので、受光素子１１０から出力される電荷量（蓄積電位）を飽和させること無く、短時間に露光量を調節して被写体４００を撮像することができる。

また、蓄積電位が所定の閾値以下である場合、露光調整部１４０は、電荷蓄積時間または１画像フレームあたりの露光回数を増加させて、カメラ制御部１３０に指示する。これにより撮像装置１００は、受光素子１１０から出力される電荷量に応じて、電荷蓄積時間または１画像フレームあたりの露光回数を減少させるので、受光素子１１０から出力される電荷量（蓄積電位）を充分に取得しながら、短時間に露光量を調節して被写体４００を撮像することができる。

また、露光調整部１４０は、電荷蓄積時間を可変するようカメラ制御部１３０を制御する。これにより撮像装置１００は、各電荷蓄積時間に応じて「ぶれの明るさ」が変化するグラデーション効果のある被写体像１２６を得ることができる。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

また、本発明に記載の撮像装置は、撮像装置１００に対応し、光電変換部は、光電変換部１２４に対応し、電荷蓄積部は、電荷蓄積部１１８に対応し、ドレイン電極は、ドレイン電極１１４に対応し、受光素子は、受光素子１１０に対応し、カメラ制御部は、カメラ制御部１３０に対応し、露光調整部は、露光調整部１４０に対応する。

また、図３、図４に示す各ステップを実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより、実行処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）や周辺機器等のハードウェアを含むものであってもよい。

また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等の書き込み可能な不揮発性メモリ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。

さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（例えばＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ））のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。
さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。

本発明は、露光量を調節する撮像装置に好適である。

１００…撮像装置（撮像装置） １１０…受光素子（受光素子） １１１…画素 １１２…ドレインゲート １１３…ドレインゲート制御端子 １１４…ドレイン電極（ドレイン電極） １１５…ドレイン電極出力端子 １１６…電荷蓄積ゲート １１７…電荷蓄積ゲート制御端子 １１８…電荷蓄積部（電荷蓄積部） １１９…電荷蓄積部出力端子 １２０…リセットゲート １２１…リセット制御端子 １２２…リセット電極（リセット電極） １２３…リセット電極出力端子 １２４…光電変換部（光電変換部）１３０…カメラ制御部（カメラ制御部） １４０…露光調整部（露光調整部） ２００…光学系 ３００…画像処理装置

Claims (7)

1. 露光量に応じた電荷を出力する光電変換部と、前記電荷を蓄積する電荷蓄積部と、前記電荷を廃棄するドレイン電極と、前記光電変換部及び前記電荷蓄積部の電位を初期化するリセット電極と、を有する画素を複数備える受光素子と、
   前記電荷を読み出すカメラ制御部と、
   受光量に応じて電荷蓄積時間と電荷廃棄時間を調整し、前記初期化後に、前記電荷蓄積部への前記電荷の蓄積と、前記ドレイン電極への前記電荷の廃棄と、を前記電荷蓄積時間と前記電荷廃棄時間に基づいて複数回繰り返した後で前記電荷を読み出すよう前記カメラ制御部を制御する露光調整部と、
   を備えることを特徴とする撮像装置。
2. 前記露光調整部は、前記受光量が所定の閾値以上である場合、電荷蓄積時間または１画像フレームあたりの露光回数を減少させるよう前記カメラ制御部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。
3. 前記露光調整部は、前記受光量が所定の閾値以下である場合、電荷蓄積時間または１画像フレームあたりの露光回数を増加させるよう前記カメラ制御部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。
4. 前記露光調整部は、電荷蓄積時間を可変させるよう前記カメラ制御部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。
5. 前記露光調整部は、シャッタ優先モードにおいて、絞りを調整することにより露光量を調節することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の撮像装置。
6. 前記露光調整部は、絞り優先モードにおいて、シャッタ速度を調整することにより露光量を調節することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１つに記載の撮像装置。
7. 撮像装置における露光量調節方法であって、
   光電変換部が、露光量に応じた電荷を出力するステップと、
   電荷蓄積部が、前記電荷を蓄積するステップと、
   ドレイン電極が、前記電荷を廃棄するステップと、
   リセット電極が、前記光電変換部及び前記電荷蓄積部の電位を初期化するステップと、
   カメラ制御部が、前記電荷を読み出すステップと、
   露光調整部が、受光量に応じて電荷蓄積時間と電荷廃棄時間を調整し、前記初期化後に、前記電荷蓄積部への前記電荷の蓄積と、前記ドレイン電極への前記電荷の廃棄と、を前記電荷蓄積時間と前記電荷廃棄時間に基づいて複数回繰り返した後で前記電荷を読み出すよう前記カメラ制御部を制御するステップと、
   を有することを特徴とする露光量調節方法。

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