JP5287598B2 - 撮像装置、露出調整方法、および、プログラム - Google Patents

Description

本発明は、撮像装置、露出調整方法、および、プログラムに関し、特に、ターレット絞りを用いた撮像装置での動画撮像に好適な撮像装置、露出調整方法、および、プログラムに関する。

デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどのデジタルカメラにおいては、被写体の明るさに応じて、適正な露出となるようにシャッタ速度値、絞り値、ＩＳＯ感度値を演算して露出調整をおこなっている（例えば、特許文献１）。

デジタルカメラの分野においては、イメージセンサの駆動制御性能の向上により、より高フレームレートの動画撮像が実現されている。

また、コンパクト型のデジタルカメラに動画撮像機能が搭載されていることが一般的となっている他、スチル撮影時においても表示装置をファインダとして用いることが多いため、ファインダ画像としての動画撮像は必須となっている。

しかしながら、コンパクト型のデジタルスチルカメラなどにおいては、小型化と低コスト化の要請により、簡易な構成の絞り機構が採用されることがある。この場合、絞り値に応じて異なる大きさの開口部を有するプレートを移動もしくは回転させることで絞り値を切り替える、いわゆるターレット式の絞り機構が一般的である。

特開２００６−７４５３０号公報

このようなターレット式の絞り機構（ターレット絞り）を採用した撮像装置において動画撮像をおこなう場合、絞りを段階的に切り替えるため、イメージセンサの駆動制御によるブランキング期間の間に絞り切替をおこなう必要がある。しかしながら、高フレームレート化によりブランキング期間が短いと、ブランキング期間の間に絞り切替が完了せず、非開口部が映り込んだり、これによる露出変化によってちらつきが生じたりする場合がある。

本発明は、上記実状に鑑みてなされたものであり、ターレット絞りの撮像装置で高フレームレートの動画撮像をおこなう場合の画質低下を防止することのできる撮像装置、露出調整方法、および、プログラムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の第１の観点にかかる撮像装置は、
被写体の撮像光を電気信号に変換する撮像素子と、
ターレット絞りであって前記撮像光の透過光量を制御する絞り手段と、
被写体像の明るさを検出する測光手段と、
前記測光手段が検出した被写体像の明るさに基づいて、絞り値、露光時間を決定する露出決定手段と、
前記露出決定手段が決定した絞り値に基づいて、前記絞り手段を制御する絞り制御手段と、
前記露出決定手段が決定した露光時間に基づいて、前記撮像素子が電荷を蓄積する時間を制御する露光制御手段と、
前記撮像素子から出力された前記電気信号のゲインを調整するゲイン調整手段と、
を備える撮像装置であって、
前記絞り手段の駆動が前記露光時間に基づく露光開始までに完了するか否かを判別する判別手段をさらに備え、
前記露出決定手段は、前記絞り手段の駆動が露光開始までに完了しない場合、当該絞り手段の駆動完了後に露光を開始するように決定した露光時間を短縮し、前記ゲイン調整手段は、当該露光時間の短縮に応じてゲインを上げる、
ことを特徴とする。

上記撮像装置において、
前記露出決定手段が決定した絞り値となるよう前記絞り手段を駆動するために要する絞り駆動時間を特定する絞り駆動時間特定手段をさらに備え、
前記判別手段は、前記絞り駆動時間特定手段が特定した絞り駆動時間に基づいて、前記絞り手段の駆動が前記露光時間に基づく露光開始までに完了するか否かを判別することが望ましい。
上記撮像装置において、
前記絞り駆動時間を示す絞り駆動時間情報を記憶する記憶手段をさらに備え、
前記絞り駆動時間特定手段は、前記記憶手段が記憶する絞り駆動時間情報に基づいて絞り駆動時間を特定することが望ましい。

上記撮像装置において、
前記判別手段は、前記撮像装置で動画像を撮像する際に動作することが望ましい。

この場合、
前記判別手段は、動画撮像にかかるフレームレートに基づいて、前記絞り手段の駆動が露光開始までに完了するか否かを判別することが望ましい。

上記撮像装置において、
前記露出決定手段は、前記絞り手段の駆動が露光開始までに完了しない場合、決定した露光時間を１／ｎ倍にし、前記ゲイン調整手段は、ゲインをｎ倍に調整してもよい。

上記目的を達成するため、本発明の第２の観点にかかる露出調整方法は、
ターレット絞りを備える撮像装置で動画撮像をおこなう際の露出を調整する方法であって、
被写体像の明るさに基づいて絞り値、露光時間を決定する露出決定ステップと、
決定された絞り値とするための前記ターレット絞りの駆動時間が、前記動画撮像のフレームレートに基づくブランキング期間内に完了するか否かを判別する判別ステップと、
前記駆動時間がブランキング期間内に完了しないと判別された場合、当該駆動時間の完了後に当該ブランキング期間が完了するように前記露出決定ステップで決定された前記露光時間を短縮するとともに当該露光時間の短縮に応じて撮像信号のゲインを上げて当該フレームの撮像をおこなう撮像制御ステップと、
を含むことを特徴とする。

上記目的を達成するため、本発明の第３の観点にかかるプログラムは、
被写体の撮像光を電気信号に変換する撮像素子と、
ターレット絞りであって前記撮像光の透過光量を制御する絞り手段と、
被写体像の明るさを検出する測光手段と、
前記測光手段が検出した被写体像の明るさに基づいて、絞り値、露光時間を決定する露出決定手段と、
前記露出決定手段が決定した絞り値に基づいて、前記絞り手段を制御する絞り制御手段と、
前記露出決定手段が決定した露光時間に基づいて、前記撮像素子が電荷を蓄積する時間を制御する露光制御手段と、
前記撮像素子から出力された前記電気信号のゲインを調整するゲイン調整手段と、
を備える撮像装置を制御するコンピュータに、
前記絞り手段の駆動が前記露光時間に基づく露光開始までに完了するか否かを判別する機能と、
前記絞り手段の駆動が露光開始までに完了しない場合、当該絞り手段の駆動完了後に露光を開始するように前記露出決定手段が決定した露光時間を短縮するとともに、当該露光時間の短縮に応じて前記ゲイン調整手段が調整するゲインを上げる機能と、
を実現させることを特徴とする。

本発明によれば、露出調整時の画質低下を抑えることができる。

本発明の実施形態にかかるデジタルカメラの構成を示すブロック図である。 図１に示すデジタルカメラで動画撮像する際の露出調整動作を説明するためのタイミングチャートである。 図１に示す制御部によって実現される機能を示す機能ブロック図である。 本発明の実施形態１にかかる「露出調整処理」を説明するためのフローチャートである。 本発明の実施形態にかかる絞り機構の駆動時間を説明するための図であり、（ａ）は、ターレット絞りの一例を示し、（ｂ）は、ターレット絞りの他の例を示し、（ｃ）は、図１に示す記憶部に格納される絞り駆動時間情報テーブルの一例を示し、（ｄ）は、絞り駆動時間情報テーブルの他の例を示す。 ブランキング期間内に絞り切替が完了しない場合の動作を説明するためのタイミングチャートである。

本発明にかかる実施形態を、図面を参照して以下に説明する。本実施形態では、本発明をデジタルカメラによって実現した場合を例示する。本実施形態にかかるデジタルカメラ１は、少なくとも、動画撮像機能を有しているものとする。この場合、デジタルカメラ１は、デジタルビデオカメラのような、動画像を撮像・記録するデジタルカメラとすることができる他、ファインダ画像として動画像を表示出力するデジタルスチルカメラであってもよい。

図１は、本発明の実施形態にかかるデジタルカメラ１の構成を示すブロック図である。本実施形態にかかるデジタルカメラ１の概略的構成は、図示するように、撮像部１００、データ処理部２００、Ｉ／Ｆ（インタフェース）部３００、などである。

撮像部１００は、デジタルカメラ１の撮像動作をおこなう部分であり、図示するように、光学装置１１０、光学駆動部１２０、イメージセンサ１３０、などから構成される。

光学装置１１０は、レンズ１１１や絞り機構１１２などといった撮像にかかる光学部材から構成される。ここで、本実施形態にかかるデジタルカメラ１は、コンパクト型のデジタルスチルカメラであるものとし、絞り機構１１２には、異なるサイズの開口部が複数配列されたプレートを移動させることで、指定された絞りに対応する開口部を光軸上に位置させて絞りを切り替えるターレット式であるものとする。

光学駆動部１２０は、例えば、モータやアクチュエータ、駆動回路（ドライバ）などから構成され、制御部２１０の制御に基づいた光学装置１１０の駆動制御をおこなう。すなわち、光学駆動部１２０によって駆動制御された光学装置１１０の動作により、入射光が集光されるとともに、焦点距離や絞りなどといった、画角やピント、露出などにかかる光学的要素の調整がなされる。光学装置１１０によって集光された入射光は、イメージセンサ１３０上に結像される。

本実施形態では、ターレット式の絞り機構１１２を駆動する光学駆動部１２０として、ステッピングモータが用いられているものとする。

イメージセンサ１３０は、光学装置１１０によって結像された被写体像を示す電気信号を生成する固体撮像素子であり、画素に対応する受光素子（フォトダイオードなど）での露光に応じた電荷を発生させる光電変換をおこなうことで、被写体像を示す電気信号を生成する。本実施形態では、受光素子の露光によって発生した電荷を転送路によって転送することで画像信号を出力する構造などにより、電子シャッタを実現可能なイメージセンサ（例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device：電荷結合素子））が用いられているものとする。

本実施形態では、イメージセンサ１３０としてＣＣＤが用いられているものとし、ＣＣＤの駆動制御によって電子シャッタ（ＣＣＤシャッタ）が実現されるものとする。そして、このような電子シャッタにより比較的高いフレームレート（例えば、３０ｆｐｓ〜６０ｆｐｓ以上）で動画撮像をおこなえるものとする。

データ処理部２００は、撮像部１００による撮像動作によって生成された電気信号を処理し、撮像画像を示すデジタルデータを生成するとともに、撮像画像に対する画像処理などをおこなう。図１に示すように、データ処理部２００は、制御部２１０、アナログフロントエンド（ＡＦＥ：Analog Front-End）２２０、画像メモリ２３０、画像処理部２４０、画像出力部２５０、記憶部２６０、などから構成される。

制御部２１０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算処理装置）などのプロセッサや、ＲＡＭ（Random Access Memory）などの主記憶装置（メモリ）、などから構成され、後述する記憶部２６０などに格納されているプログラムを実行することで、デジタルカメラ１の各部を制御する。また、本実施形態では、所定のプログラムを実行することで、後述する各処理を実行するための機能が制御部２１０によって実現される。

ＡＦＥ２２０は、イメージセンサ１３０が出力するアナログ画像信号をデジタル画像データに変換する動作などをおこなう。図１に示すように、ＡＦＥ２２０は、タイミングジェネレータ（ＴＧ：Timing Generator）２２１、サンプルホールド回路（Ｓ／Ｈ）２２２、増幅・変換部２２３、などから構成され、制御部２１０からの指示に基づいて動作する。

ＴＧ２２１は、制御部２１０による制御により、イメージセンサ１３０を動作させるためのパルス信号を生成してイメージセンサ１３０に印加する。この場合、ＴＧ２２１は、イメージセンサ１３０での垂直転送タイミングを示す垂直同期信号、垂直転送された電荷の水平転送タイミングを示す水平同期信号、電荷の読み出しタイミングを示す電荷読み出し信号、残留電荷の排出タイミングを示す電荷排出信号、受光素子に蓄積された電荷をリセットするリセット信号、などのパルス信号を生成してイメージセンサ１３０に印加する。また、垂直同期信号や水平同期信号などは、ＡＦＥ２２０内のＳ／Ｈ２２２や増幅・変換部２２３にも印加されることで、イメージセンサ１３０による画像信号出力動作と、出力された画像信号のデジタル変換動作とが同期される。

Ｓ／Ｈ２２２は、サンプルホールド回路であり、イメージセンサ１３０から出力されるアナログ画像信号を１画素分ずつサンプルホールドし、後段の増幅・変換部２２３に入力する。

増幅・変換部２２３は、例えば、ＣＤＳ回路（相関２重サンプリング回路（ＣＤＳ：Correlated Double Sampling））やアナログアンプなどから構成される増幅回路と、アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ：Analog-Digital Converter）から構成され、イメージセンサ１３０から出力されたアナログ画像信号をデジタル画像データに変換する。この場合、イメージセンサ１３０からのアナログ画像信号に含まれているアンプノイズやリセットノイズをＣＤＳ回路で除去した後、アナログアンプによって撮像感度に応じた増幅（ゲイン調整）をおこない、ＡＤＣでデジタルデータに変換する。アナログアンプによる増幅（ゲイン調整）は、制御部２１０からの指示によっておこなわれる。

画像メモリ２３０は、ＲＡＭやフラッシュメモリなどの半導体記憶装置から構成され、増幅・変換部２２３によって変換されたデジタル画像データを展開する。

画像処理部２４０は、画像処理用のプロセッサ（いわゆる、画像処理エンジン）、などから構成され、画像メモリ２３０に展開されたデジタル画像データに対する各種の画像処理をおこなう。ここでは、ホワイトバランスや画質などの調整やデータ圧縮などがおこなわれる。

画像出力部２５０は、例えば、ＲＧＢ信号（画像信号）の生成回路などから構成され、画像メモリ２３０に展開されている画像処理後のデジタル画像データをＲＧＢ信号に変換し、後述する表示部３１０や外部Ｉ／Ｆ（インタフェース）３３０などに出力することで、撮像画像の表示出力をおこなう。

記憶部２６０は、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）やフラッシュメモリなどの記憶装置から構成され、デジタルカメラ１の動作に必要なプログラムやデータなどを格納する。本実施形態では、制御部２１０などが実行する動作プログラムや処理に必要となるパラメータや演算式などが記憶部２６０に格納されているものとする。

Ｉ／Ｆ部３００は、デジタルカメラ１とその使用者あるいは外部装置とのインタフェースにかかる構成であり、図１に示すように、表示部３１０、操作部３２０、外部Ｉ／Ｆ（インタフェース）３３０、などから構成される。

表示部３１０は、例えば、液晶表示装置などから構成され、デジタルカメラ１を操作するために必要な種々の画面や、撮影時のライブビュー画像（ファインダ画像）、撮像画像、などを表示出力する。本実施形態では、画像出力部２５０からの画像信号（ＲＧＢ信号）などに基づいて撮像画像等の表示出力がおこなわれる。

操作部３２０は、デジタルカメラ１の外面上に構成されている各種ボタンなどによって構成され、デジタルカメラ１の使用者による操作に応じた入力信号を生成して制御部２１０に入力する。操作部３２０を構成するボタンとして、例えば、撮像動作の開始・停止（動画像撮像時）やシャッタ動作（スチル画像撮像時）などを指示するためのシャッタボタンや、デジタルカメラ１の動作モードを指定するためのモードボタン、各種設定をおこなうための十字キーや機能ボタン、などが含まれているものとする。

外部Ｉ／Ｆ３３０は、外部装置とのインタフェースであり、例えば、撮像画像を保存するメモリカードなどの外部記憶媒体が着脱されるカードスロットや、撮像した画像データをパーソナルコンピュータなどに転送するためのＵＳＢ（Universal Serial Bus）ポートなどから構成される。

以上が本実施形態にかかるデジタルカメラ１を構成している主要なハードウェア構成となるが、これらは本発明を実現するために必要な構成であり、デジタルカメラ（デジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラ）としての基本機能や種々の付加機能に用いられる構成は必要に応じて備えられているものとする。

上述したように、本実施形態にかかるデジタルカメラ１は、動画像撮像機能を有するデジタルカメラであり、少なくとも動画撮像時（スチル撮影時のファインダ画像を含む）においては、イメージセンサ１３０の駆動制御による電子シャッタにより、フレームレートに応じたフレーム画像の取得がおこなわれるものとする。

すなわち、本実施形態にかかるイメージセンサ１３０は、上述したように、露光時間中に蓄積された電荷を転送路によって転送することで画像信号を出力する構造であるため、撮像動作によって蓄積した電荷の転送が終了してから次の転送が開始されるまでの間に不要な電荷を掃き出す動作がおこなわれている。メカニカルシャッタがない場合、もしくは、動画撮像中はメカニカルシャッタを使用しない場合、イメージセンサ１３０は常に露光していることになるが、この掃き出し動作により遮光と同様の効果がもたらされ、シャッタ動作となる（電子シャッタ）。このような、不要電荷（出力後の転送路に残留した電荷、露光時間外に露光領域に蓄積される電荷、転送路に蓄積されてしまう電荷、など）の掃き出し中は画像信号の読み出しがおこなわれず、この期間を「ブランキング期間」という。

ここで、本実施形態にかかるデジタルカメラ１は、一般的なデジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラが備えているような、自動露出（ＡＥ）機能を有しているものとする。自動露出では、測光結果に応じた適正な露出（ＥＶ値）となるよう、絞り値（Ｆ値）、露光時間（シャッタスピード）、感度（ゲイン）の組み合わせが決定される。ここで、動画撮像の場合、フレームレートにより１フレーム当たりの時間が固定されるので、露光時間（シャッタスピード）の調節幅は少ない。このため、被写体の明るさが大きく変わった場合などには、絞り値（Ｆ値）と感度（ゲイン）の大幅な変更が必要となる場合がある。

感度（ゲイン）は、イメージセンサ１３０から出力された電気信号を増幅・変換部２２３のアナログアンプが増幅することで調節されるため、感度（ゲイン）をあげると撮像画像上のノイズが増えることになる。このため、高感度撮影が必要となる場合以外は、ノイズの影響が少ない感度（ゲイン）に固定し、絞り値の調節によって露出を調節することが望ましい。この場合、露光期間中に絞り機構１１２を動作させると、絞り機構１１２の非開口部が映り込んだり、露出が合わない画像が出力されてちらついたりしてしまうため、図２に示すように、絞り機構１１２の駆動（Δｍ）は、ブランキング期間中（Δｂ）におこなうことになる。

一方で、イメージセンサの駆動性能が向上したことにより、より高フレームレートでの動画撮像が実現されており、この場合、ブランキング期間が相対的に短くなる。また、コンパクト型のデジタルスチルカメラなどの場合、小型化や低コスト化の要請により、連続的に絞りを変化させる光彩絞りやガルバノ絞りを採用することが困難であり、ターレット式などのような段階的に絞りを切り替える構造の絞り機構１１２（ターレット絞り）が採用され、これを駆動する光学駆動部１２０がステッピングモータとなる場合が多い。このような組み合わせの場合、高速に絞りを切り替えることが難しいため、高フレームレートによって短くなったブランキング期間では、絞り切替が完了しないことがある。この結果、非開口部の映り込みや露出が合わないことによるちらつきが生じてしまう。

以下、本発明を適用することによって、ブランキング期間中に絞り切替が完了できない場合の画質低下を低減させる手法を例示する。本実施形態では、ブランキング期間中に絞り切替が完了しない場合に、露光開始タイミングを遅らせることで、非開口部の映り込みや露出変化によるちらつきの防止を図る。

このような動作を実現するための機能は、記憶部２６０に格納されているプログラムを制御部２１０が実行することで実現される。制御部２１０によって実現される機能構成を図３に示す。図３は、制御部２１０によって実現される機能を示した機能ブロック図であり、図示するように、制御部２１０は、露出算出部２１１、撮像制御部２１２、出力制御部２１３、などとして機能する。

露出算出部２１１は、撮像部１００の撮像動作によって画像メモリ２３０に展開された画像データに基づいた測光動作をおこない、既知の露出算出アルゴリズムにより、測光結果に応じた適正露出のＥＶ値とするための撮像パラメータ、すなわち、絞り値（Ａｖ_１）、露光時間（Ｔｖ）、ゲイン（Ｇ_ｒｅｆ）を決定する。ここで、露出算出部２１１による測光は、既知の測光方法が用いられるものとする。

本実施形態ではさらに、現在の絞り値（Ａｖ_０）と、決定した絞り値（Ａｖ_１）が異なる場合、動画撮像時のフレームレートに基づいて決定される１フレーム当たりの時間（以下、「フレーム時間Δｆ」とする）やイメージセンサ１３０の性能によって決定されるブランキング期間（以下、「ブランキング期間Δｂ」とする）と、Ａｖ_０からＡｖ_１にするために光学駆動部１２０による絞り機構１１２の切り替え駆動に要する時間（以下、「絞り駆動時間Δｍ」とする）と、に基づいて、ブランキング期間Δｂの間に絞り機構１１２の切り替えが完了するかが、露出算出部２１１によって判別される。

そして、絞り機構１１２の切り替えがブランキング期間Δｂの間に完了しないと判別した場合、露出算出部２１１は、絞り機構１１２の切替が完了してから露光が開始されるよう、露光開始タイミングを遅延させる時間や露光時間を算出するとともに、露光時間短縮による露出不足を補うための感度（ゲイン）量を算出する。

撮像制御部２１２は、露出算出部２１１によって決定された撮像パラメータに応じた制御信号を光学駆動部１２０に入力して光学装置１１０（レンズ１１１、絞り機構１１２）の動作を制御する他、イメージセンサ１３０を駆動制御するための制御コマンドを生成し、イメージセンサ１３０とＡＦＥ２２０に送出することで、露出算出部２１１によって決定された露光開始タイミングで露光開始させるとともに、感度（ゲイン）調節をおこなう。

このような撮像制御部２１２による駆動制御によって読み出された画像信号は、ＡＦＥ２２０の増幅・変換部２２３でデジタル画像データに変換され、フレーム画像データとして画像メモリ２３０に順次展開される。

出力制御部２１３は、画像メモリ２３０に展開された動画像データの出力を画像出力部２５０に指示することで、表示部３１０や外部Ｉ／Ｆ３３０に出力される。すなわち、スチル撮影時のファインダ画像として動画撮像がおこなわれている場合には、動画像データが表示部３１０に出力され、デジタルスチルカメラの動画機能による撮像またはデジタルビデオカメラとしての動画撮像がおこなわれている場合には、動画像データが表示部３１０で表示出力されるとともに、外部Ｉ／Ｆ３３０に装着されているメモリカードに保存される。

以上が制御部２１０によって実現される機能である。なお、本実施形態では、制御部２１０がプログラムを実行することによる論理的処理で上述した各機能が実現されるものとするが、これらの機能を、例えば、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit：特定用途向け集積回路）などのハードウェアによって構成してもよい。

（実施形態１）
このような構成のデジタルカメラ１による動作例を以下に説明する。ここでは、デジタルカメラ１による動画撮像動作時に制御部２１０によって実行される「露出調整処理」を、図４のフローチャートを参照して説明する。この「露出調整処理」は、例えば、デジタルカメラ１で動画撮像が開始されたことを契機に開始される。

処理が開始されると、露出算出部２１１は、この動画撮像動作で設定されているフレームレートに基づいて、ブランキング期間Δｂを特定する（ステップＳ１０１）。

ブランキング期間Δｂを特定すると、露出算出部２１１は、撮像部１００の動作によって画像メモリ２３０に展開された画像（動画像データ）に基づいて、被写体像の明るさを検出する測光をおこない、測光結果を評価することで露出を決定する（ステップＳ１０２）。ここでは、例えば、画像データのＲ、Ｇ、Ｂ、Ｙの輝度を積分することなどによる、既知の露出決定方法を用いて露出を決定する。

すなわち、測光結果に基づいて、露出算出部２１１は、適正な露出（ＥＶ）とするための絞り値Ａｖ_１、露光時間Ｔｖ、ゲインＧ_ｒｅｆを決定する（ステップＳ１０３）。

ここで、動画撮像においては、フレームレートに基づいて１フレーム毎の時間（フレーム時間Δｆ）が決定されるため、各フレームでの露光時間は、フレーム時間Δｆからブランキング期間Δｂを減じた時間が上限となる。ここで、自動露出（ＡＥ）の方法として従来用いられているプログラムＡＥの手法により、同じＥＶとなる絞り（Ａｖ）、露光時間（Ｔｖ）、ゲイン（Ｇ）の組み合わせが複数求められる。例えば、被写体の明るさが暗くなったことによる露出不足に対しては、露光時間を長くすることで露出調整をおこなうが、上述したように、露光時間には上限があるため、当該上限を超える露光時間にしても露出不足となる場合は、絞り値を下げる（絞りを開ける）かゲインを上げることになる。

ゲインを上げる場合、撮像画像を示す信号を増幅することになるので、ノイズ成分も増幅される。よって、絞り値を下げる（絞りを開ける）ことで適正露出にすることができるのであれば、ゲインは上げずに絞り制御によって露出を調整することが望ましい。この場合（ステップＳ１０４：Ｙｅｓ）、露出算出部２１１は、絞りの切替に要する時間である絞り駆動時間Δｍを特定する（ステップＳ１０５）。

本実施形態にかかるデジタルカメラ１は、例えば、図５（ａ）または図５（ｂ）に示すようなターレット式の絞り機構１１２（ターレット絞り）を採用しているものとする。図５（ａ）に例示するターレット絞りは、絞り値に応じた円形の開口部が円形のプレートに形成され、ステッピングモータなどで構成された光学駆動部１２０が、このような円形のプレートを所定の回転角で回転させることで、所望する絞り値の開口部がレンズ１１１の光軸上になるよう制御される。

また、図５（ｂ）に例示するターレット絞りは、絞り値に応じた円形の開口部が矩形のプレートに形成され、ステッピングモータなどで構成された光学駆動部１２０の回転動作を、例えば、ラックアンドピニオン方式でプレートに伝達して直線移動させることで、所望する絞り値の開口部がレンズ１１１の光軸上になるよう制御される。

このようなターレット絞りで絞り値を切り替える場合、回転または直線移動による段階的な切替となるため、絞り駆動時間Δｍが発生する。上述したように、ターレット絞りはステッピングモータで駆動されるため、切替前と切替後の絞り値の関係もしくはステッピングモータの駆動ステップ数などから絞り駆動時間Δｍを求めることができる。

したがって、絞り駆動時間Δｍを求めるための情報（絞り駆動時間情報）が記憶部２６０に予め格納されており、露出算出部２１１はこのような絞り駆動時間情報を参照することで絞り駆動時間Δｍを特定する（ステップＳ１０５）。記憶部２６０には、例えば、図５（ｃ）もしくは図５（ｄ）に示すようなテーブル（絞り駆動時間情報テーブル）によって絞り時間情報が格納されているものとする。

図５（ｃ）に例示した絞り駆動時間情報テーブルは、切替前の絞り値（Ａｖ_０）と切替後の絞り値（Ａｖ_１）との間で発生する絞り駆動時間Δｍを対応づけたテーブルである。また、図５（ｄ）に例示した駆動時間情報テーブルは、ステッピングモータの駆動ステップ数と、その駆動によって発生する絞り駆動時間Δｍを対応づけたテーブルである。

このようなテーブルを参照することで、絞り値Ａｖ_０から絞り値Ａｖ_１に切り替える際の絞り駆動時間Δｍを特定すると、露出算出部２１１は、絞り駆動時間Δｍが、ステップＳ１０１で特定したブランキング期間Δｂよりも長いか否かを判別する（ステップＳ１０６）。

ここで、ブランキング期間Δｂよりも絞り駆動時間Δｍの方が長い場合（ステップＳ１０６：Ｙｅｓ）、ブランキング期間Δｂの間に絞り切替が完了せず、画質低下を招くことになる。この場合、絞り切替が完了してから露光が開始されるよう露光開始タイミングを遅らせることで、画質低下の防止を図る。このため、露出算出部２１１は、露光開始を遅らせる時間である遅延時間Δｄを算出する（ステップＳ１０７）。この遅延時間Δｄは、絞り駆動時間Δｍとブランキング期間Δｂの差分（Δｍ−Δｂ）である。

遅延時間Δｄを算出すると、露出算出部２１１は、算出した遅延時間Δｄを撮像制御部２１２に通知する。撮像制御部２１２は、露出算出部２１１からの通知に応じて、イメージセンサ１３０の露光開始タイミングを遅延時間Δｄ遅らせるようＡＦＥ２２０のＴＧ２２１に指示する。ＴＧ２２１が遅延時間Δｄに応じたパルス信号を生成してイメージセンサ１３０に印加することで、図６に示すように、露光開始タイミングが遅延時間Δｄ遅延される（ステップＳ１０８）。ここでは、例えば、不要電荷の掃き出し動作を遅延時間Δｄ分多くおこなうことなどによって、露光開始タイミングを遅延させる。この場合、当該フレームについては、実質的にブランキング期間Δｂが遅延時間Δｄ分拡大されたことになる。

このようにして露光開始タイミングを遅らせると、撮像制御部２１２は、現在の絞り値Ａｖ_０からステップＳ１０３で特定した絞り値Ａｖ_１となるよう光学駆動部１２０に指示する。撮像制御部２１２からの指示に基づいて、光学駆動部１２０が絞り機構１１２を駆動することで、絞り値Ａｖ_０から絞り値Ａｖ_１への絞り切替動作がおこなわれる（ステップＳ１０９）。

露光開始タイミングを遅らせているため、図６に示すように、ステップＳ１０３で特定した露光時間Ｔｖは遅延時間Δｄ分短縮されている。短縮された露光時間（以下、「短縮露光時間Ｔｖ’」とする）と、当初決定したゲインＧ_ｒｅｆ（適正ゲイン）では、露出不足となるため、ゲインを上げることによって補う。露出算出部２１１は、短縮露光時間Ｔｖ’と絞り値Ａｖ_１で適正露出ＥＶとするために必要なゲイン値であるゲインＧ’（補正ゲイン）を算出する（ステップＳ１１０）。ここでは、通常のデジタルカメラなどでＩＳＯ感度設定を「オート」とした場合におこなわれている既知のゲイン調整手法を用いることで補正ゲインＧ’を算出する。

ゲインＧ’を算出すると、露出算出部２１１は、算出したゲインＧ’を撮像制御部２１２に通知する。撮像制御部２１２は、通知されたゲインＧ’となるよう、ＡＦＥ２２０の増幅・変換部２２３に指示することで、図６に示すように、撮像感度のゲイン値が適正ゲインＧ_ｒｅｆから補正ゲインＧ’に増加する（ステップＳ１１１）。

すなわち、このフレームについては、絞り値Ａｖ_１、短縮露光時間Ｔｖ’、補正ゲインＧ’の露出パラメータで撮像されることになる。このような露出による当該フレームの撮像（露光）が終了すると（ステップＳ１１２：Ｙｅｓ）、撮像制御部２１２は、増加させたゲイン値である補正ゲインＧ’から、ステップＳ１０３で決定した当初のゲイン値である適正ゲインＧ_ｒｅｆに戻すよう増幅・変換部２２３に指示することで、絞り値Ａｖ_１及び露光時間Ｔｖで適正露出となる適正ゲインＧ_ｒｅｆに撮像感度が下げられる（ステップＳ１１３）。これは、次のフレームの開始時点ではすでに絞り切替が完了しているので、露光開始タイミングを遅延させる必要がないためである。

そして、動画撮像の終了指示などといった所定の処理終了イベントが発生するまで、ステップＳ１０２以降の動作が繰り返しおこなわれる（ステップＳ１１４：Ｎｏ）。ここで、例えば、露光時間の調整で適正露出にできる場合（ステップＳ１０４：Ｎｏ）は、露出算出部２１１が決定した露光時間Ｔｖとなるよう撮像制御部２１２がＡＦＥ２２０のＴＧ２２１に指示することで、露光時間制御による露出調整がおこなわれる（ステップＳ１１５）。

また、絞り切替による露出調整であるが（ステップＳ１０４：Ｙｅｓ）、絞り駆動時間Δｍがブランキング期間Δｂ内に完了する場合（ステップＳ１０６：Ｎｏ）は、露出算出部２１１が決定した絞り値Ａｖ_１となるよう撮像制御部２１２が光学駆動部１２０に指示することで、ブランキング期間Δｂ中におこなわれる絞り切替動作によって露出調整がおこなわれる（ステップＳ１１６）。

すなわち、被写体の明るさが変化することに応じた露出調整が動画撮像中に随時おこなわれ、絞り切替がブランキング期間中に完了しない場合に限り、露光開始を遅らせることで絞り機構１１２の非開口部が映り込むことを防止するとともに、露光時間の短縮による露出不足を撮像感度（ゲイン）を上げることで補う。この場合、ゲインを上げることでノイズが増加することになるが、絞り機構１１２の映り込みによる画質低下よりも軽度な画質低下であるため、全体として良好な画質を維持することができる。

そして、所定の処理終了イベント（例えば、動画撮像の終了指示など）の発生によって処理を終了する（ステップＳ１１４：Ｙｅｓ）。

（実施形態２）
上記実施形態１では、ブランキング期間Δｂと絞り駆動時間Δｍとの差分Δｄを算出し、遅延時間Δｄとして露光開始タイミングを遅延させるようにしたが、デジタルカメラ１の制御部２１０の能力によっては、このような演算を短時間でおこなうことが困難な場合もある。このため、本実施形態では、より簡易な演算で同様の動作を実現させる例を示す。

この場合、フレーム時間Δｆから絞り駆動時間Δｍを減じた時間を、当該フレームでとり得る露光時間の最大値（最大露光時間Ｔｖ_ｍａｘ）とし、当初に特定した露光時間Ｔｖを１／ｎ（ｎは正の整数）した値のうち、最大露光時間Ｔｖ_ｍａｘ未満となる最大値を、短縮後の露光時間Ｔｖ’とする。この場合、当初のゲイン値である適正ゲインＧ_ｒｅｆをｎ倍したゲイン値を、露光時間を１／ｎに短縮したことによる露出不足を補うゲイン値である補正ゲインＧ’とする。

このような方法によれば、演算処理を大幅に軽減することができるので、高フレームレートにより高速な演算が求められる場合でも、露光開始タイミングを遅延させる露出調整を容易に実現することができる。また、処理能力が比較的低い演算装置を搭載したデジタルカメラであっても、本発明にかかる露出調整を実現することができる。

以上説明したように、本発明を上記実施形態の如く適用することにより、ターレット絞りの絞り変更がブランキング期間内に完了できない場合、露光タイミングを遅らせるとともに、露光時間の短縮による露出不足をゲインの増幅によって補うので、簡易な絞り機構の撮像装置で高フレームレートの動画撮像をおこなう場合に生じ得る画質低下を抑えることができる。

上記実施形態は一例であり、本発明の適用範囲はこれに限られない。すなわち、種々の応用が可能であり、あらゆる実施の形態が本発明の範囲に含まれる。

例えば、上記実施形態では、ターレット式の絞り機構を採用したデジタルカメラに本発明を適用した場合を例示したが、絞り切替が段階的であり、ブランキング期間中に絞り切替が完了しない可能性のある構成の撮像装置に本発明を適用することができる。例えば、撮像装置に内蔵されたＮＤフィルタの位置を移動させる駆動により、ＮＤフィルタを光軸上に挿抜して絞りを切り替える撮像装置に本発明を適用してもよい。

なお、本発明を上記実施形態で例示したデジタルカメラ１のような撮像装置で実現する場合においては、本発明にかかる構成や機能を予め備えた撮像装置として提供できる他、制御部２１０の各機能と同様の機能を実現するプログラムを適用することにより、既存の撮像装置を本発明にかかる撮像装置をして機能させることもできる。

なお、上記実施形態では、撮像装置の例として、動画撮像機能を有するデジタルスチルカメラを示したが、撮像装置の形態は任意であり、単体のデジタルビデオカメラやデジタルスチルカメラで実現可能であることはもとより、これと同様の撮像機能を備えた種々の電子機器（例えば、携帯電話など）に本発明を適用してもよい。

このような場合においても、プログラムを適用することで、既存の装置を本発明にかかる撮像装置として機能させることができる。

このようなプログラムの適用方法は任意であり、例えば、ＣＤ−ＲＯＭやメモリカードなどの記憶媒体に格納して適用できる他、例えば、インターネットなどの通信媒体を介して適用することもできる。

１…デジタルカメラ、１００…撮像部、１１０…光学装置、１１１…レンズ、１１２…絞り機構、１２０…光学駆動部、１３０…イメージセンサ、２００…データ処理部、２１０…制御部、２１１…露出算出部、２１２…撮像制御部、２１３…出力制御部、２２０…ＡＦＥ（アナログフロントエンド）、２２１…ＴＧ（タイミングジェネレータ）、２２２…Ｓ／Ｈ（サンプルホールド回路）、２２３…増幅・変換部、２３０…画像メモリ、２４０…画像処理部、２５０…画像出力部、２６０…記憶部、３００…Ｉ／Ｆ（インタフェース）部、３１０…表示部、３２０…操作部、３３０…外部Ｉ／Ｆ（インタフェース）、Δｆ…フレーム時間、Δｂ…ブランキング期間、Δｍ…絞り駆動時間、Ａｖ_０…（切替前の）絞り値、Ａｖ_１…（切替後の）絞り値、Ｔｖ…露光時間、Ｔｖ’…短縮露光時間、Ｇ_ｒｅｆ…適正ゲイン、Ｇ’…補正ゲイン

Claims (8)

1. 被写体の撮像光を電気信号に変換する撮像素子と、
   ターレット絞りであって前記撮像光の透過光量を制御する絞り手段と、
   被写体像の明るさを検出する測光手段と、
   前記測光手段が検出した被写体像の明るさに基づいて、絞り値、露光時間を決定する露出決定手段と、
   前記露出決定手段が決定した絞り値に基づいて、前記絞り手段を制御する絞り制御手段と、
   前記露出決定手段が決定した露光時間に基づいて、前記撮像素子が電荷を蓄積する時間を制御する露光制御手段と、
   前記撮像素子から出力された前記電気信号のゲインを調整するゲイン調整手段と、
   を備える撮像装置において、
   前記絞り手段の駆動が前記露光時間に基づく露光開始までに完了するか否かを判別する判別手段をさらに備え、
   前記露出決定手段は、前記絞り手段の駆動が露光開始までに完了しない場合、当該絞り手段の駆動完了後に露光を開始するように決定した露光時間を短縮し、前記ゲイン調整手段は、当該露光時間の短縮に応じてゲインを上げる、
   ことを特徴とする撮像装置。
2. 前記露出決定手段が決定した絞り値となるよう前記絞り手段を駆動するために要する絞り駆動時間を特定する絞り駆動時間特定手段をさらに備え、
   前記判別手段は、前記絞り駆動時間特定手段が特定した絞り駆動時間に基づいて、前記絞り手段の駆動が前記露光時間に基づく露光開始までに完了するか否かを判別する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記絞り駆動時間を示す絞り駆動時間情報を記憶する記憶手段をさらに備え、
   前記絞り駆動時間特定手段は、前記記憶手段が記憶する絞り駆動時間情報に基づいて絞り駆動時間を特定する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
4. 前記判別手段は、前記撮像装置で動画像を撮像する際に動作する、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置。
5. 前記判別手段は、動画撮像にかかるフレームレートに基づいて、前記絞り手段の駆動が露光開始までに完了するか否かを判別する、
   ことを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
6. 前記露出決定手段は、前記絞り手段の駆動が露光開始までに完了しない場合、決定した露光時間を１／ｎ倍にし、前記ゲイン調整手段は、ゲインをｎ倍に調整する、
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の撮像装置。
7. ターレット絞りを備える撮像装置で動画撮像をおこなう際の露出を調整する方法であって、
   被写体像の明るさに基づいて絞り値、露光時間を決定する露出決定ステップと、
   決定された絞り値とするための前記ターレット絞りの駆動時間が、前記動画撮像のフレームレートに基づくブランキング期間内に完了するか否かを判別する判別ステップと、
   前記駆動時間がブランキング期間内に完了しないと判別された場合、当該駆動時間の完了後に当該ブランキング期間が完了するように前記露出決定ステップで決定された前記露光時間を短縮するとともに当該露光時間の短縮に応じて撮像信号のゲインを上げて当該フレームの撮像をおこなう撮像制御ステップと、
   を含むことを特徴とする露出調整方法。
8. 被写体の撮像光を電気信号に変換する撮像素子と、
   ターレット絞りであって前記撮像光の透過光量を制御する絞り手段と、
   被写体像の明るさを検出する測光手段と、
   前記測光手段が検出した被写体像の明るさに基づいて、絞り値、露光時間を決定する露出決定手段と、
   前記露出決定手段が決定した絞り値に基づいて、前記絞り手段を制御する絞り制御手段と、
   前記露出決定手段が決定した露光時間に基づいて、前記撮像素子が電荷を蓄積する時間を制御する露光制御手段と、
   前記撮像素子から出力された前記電気信号のゲインを調整するゲイン調整手段と、
   を備える撮像装置を制御するコンピュータに、
   前記絞り手段の駆動が前記露光時間に基づく露光開始までに完了するか否かを判別する機能と、
   前記絞り手段の駆動が露光開始までに完了しない場合、当該絞り手段の駆動完了後に露光を開始するように前記露出決定手段が決定した露光時間を短縮するとともに、当該露光時間の短縮に応じて前記ゲイン調整手段が調整するゲインを上げる機能と、
   を実現させることを特徴とするプログラム。

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