JP6604215B2

JP6604215B2 - 撮像装置

Info

Publication number: JP6604215B2
Application number: JP2016010167A
Authority: JP
Inventors: 公一佐藤
Original assignee: Ricoh Imaging Co Ltd
Current assignee: Ricoh Imaging Co Ltd
Priority date: 2016-01-21
Filing date: 2016-01-21
Publication date: 2019-11-13
Anticipated expiration: 2036-01-21
Also published as: JP2017130854A

Description

本発明は、撮像装置に関し、特に、グローバルシャッタ方式で画素信号読出し可能な撮像素子を用いた露出制御に関する。

ＣＭＯＳ型イメージセンサなどの撮像素子では、ライン毎に画素信号を読み出すローリングシャッタ方式によって露光動作を通常行うが、全画素同時に電子シャッタ動作を行うグローバルシャッタ方式で画素信号を読み出すことも可能である。そこでは、画素ごとにメモリ機能をもつ光信号保持部（電荷蓄積領域）を形成し、全画素同時に電荷をメモリへ転送する。そして、メモリで一時的に保持した画素信号をラインごとに出力する。

入射光によって基板深部に光電荷が生成され、この光電荷が光信号保持部に流入すると、疑似信号となって画質が劣化する。これを防ぐため、光信号保持部の下部にバリヤ領域を設け、不要な光電荷が光信号保持部に混入するのを防ぐ（特許文献１参照）。

特許第５７０９０９９号公報

光信号保持部に対してバリヤ領域などを設けても遮光は不十分であり、シャッタを閉じている期間に不要な光信号が光信号保持部に混入し、クロストークなどが生じるのを完全に抑えることはできず、その結果画質が劣化する。

したがって、グローバルシャッタ方式の撮像素子に対しても、光信号保持部への不要な光信号混入を抑え、画質劣化を抑えることが求められる。

本発明の撮像装置は、光電変換部と、光電変換部で生成された光信号を保持する光信号保持部とを有する撮像素子と、グローバルシャッタ方式で撮像素子を駆動可能な撮像素子駆動部と、撮影時に露出制御を実行する露出制御部とを備え、露出制御部が、定められた画質に対し撮像素子の寄生感度から求められる露出時間を下回らないように、露出制御を行う。

ここで、「定められた画質」とは、撮影モードなどにおいて設定される画質に関連した値を意味し、例えばＳ／Ｎ比が挙げられる。所定のあるいはユーザの所望するＳ／Ｎ比が設定されると、そのＳ／Ｎ比を満足する露出時間を寄生感度から求めることができる。

露出制御部は、所定のＳＮ比に対する寄生感度と１フレーム期間における露出時間の割合を示す１フレーム露出時間割合との対応関係に基づき、定められたＳＮ比を満たす露出時間の中で最も短い許容最短露出時間を定め、許容最短露出時間以上の露出時間を設定することが可能である。

例えば、露出制御部は、露出演算処理によって求められた露出時間が許容最短露出時間より小さい場合、露出時間を許容最短露出時間に変更することができる。また、露出制御部は、許容最短露出時間が設定されると、露出演算処理における露出条件を満たすように、撮像素子へ入射する光量を調整すればよい。例えば、露出制御部が、絞りおよびフィルタの少なくともいずれか１つを制御することにより、撮像素子に入射する光量を調整することが可能である。

露出制御部は、フレームレートに応じて露出時間を定めることが可能である。また、Ｓ／Ｎ比の変更など画質の変更に応じて露出時間を変更することもできる。さらに、露出制御部は、撮影関連モードの設定に応じて、露出時間を定めることができる。例えば、静止画像撮影モードと動画像撮影モードの切り替えに応じて、露出時間を切り替える。あるいは、画質モードにおいて設定された画質に応じて、露出時間を定める。

露出制御部は、露出時間を高画質露出時間以上に設定できない場合、撮像素子駆動部を制御し、ローリングシャッタ方式で撮像素子を駆動させればよい。また、露出制御部は、露出時間を撮像素子の寄生感度から求められる露出時間以上に設定できない場合、フレーム周期を短くすることも可能である。露出制御部は、フレーム周期の値を実際に短くすることも可能であり、あるいは、画素信号読出し方式を変更することによって、フレーム周期を実質的に短くすることもできる。露出制御部は、シャッタスピード優先モードにおいて設定された露出時間が、撮像素子の寄生感度から求められる露出時間より短く、かつその露出時間以上に変更できない場合、求められた露出時間を変更してフレーム周期を短くすればよい。

本発明の露出制御方法は、光電変換部と、光電変換部で生成された光信号を保持する光信号保持部とを有する撮像素子を、グローバルシャッタ方式で駆動し、撮影時に露出制御を実行する露出制御方法であって定められた画質に対し撮像素子の寄生感度から求められる露出時間を下回らないように、露出制御を行う。

本発明によれば、グローバルシャッタ方式の撮像素子を用いた撮影において、ノイズを抑えた高画質の画像を得ることができる。

第１の実施形態であるデジタルカメラのブロック図である。撮像素子の受光面上に配置された画素の概略的ブロック図である。ＳＮ比に対する寄生感度と、１フレーム露出時間割合との関係を示したグラフである。グローバルシャッタ方式に基づいた露出制御のフローチャートである。第２の実施形態における露出制御のフローチャートである。第３の実施形態における露出制御のフローチャートである。第４の実施形態における露出制御のフローチャートである。第５の実施形態における露出制御のフローチャートである。第６の実施形態における露出制御のフローチャートである。第７の実施形態における露出制御のフローチャートである。第８の実施形態における露出制御のフローチャートである。第９の実施形態における露出制御のフローチャートである。第１０の実施形態であるデジタルカメラのブロック図である。第１１の実施形態における露出制御のフローチャートである。被写体の明るさと露出時間との対応関係を示した図である。

以下では、図面を参照して本実施形態であるデジタルカメラについて説明する。図１は、第１の実施形態であるデジタルカメラのブロック図である。

デジタルカメラ１０は、カメラ本体３０と、カメラ本体３０に着脱自在な交換レンズ２０とを備える。カメラＣＰＵを含むシステムコントロール回路４０は、電源ボタン、レリーズボタン、モード選択ダイヤル（いずれも図示せず）などに対する入力操作に従い、レンズ制御回路５６、画像処理回路３４などに制御信号を出力し、焦点調整、撮影制御、画像処理、記録処理、再生表示処理など一連のカメラ動作制御を行う。

システムコントロール回路４０は、演算部、ＲＯＭ、ＲＡＭ、インターフェイス回路など（いずれも図示せず）を有し、カメラ動作制御のプログラムは、ＲＯＭなどの記録媒体（図示せず）に記憶されている。操作スイッチ群３８は、電源スイッチ、撮影モード選択スイッチ、レリーズスイッチなどによって構成されている。

撮影モードでは、撮影光学系２２を通った被写体からの光が撮像素子３２の受光面に結像し、被写体像が撮像素子３２に形成される。撮像素子３２は、ここでは（Ｍ×Ｎ）の画素配列をさせた２次元単板式のＣＭＯＳ型イメージセンサによって構成されている。また、ベイヤー配列などによる原色カラーモザイクフィルタアレイがオンチップで設けられている。撮像素子駆動回路３６は撮像素子３２を駆動し、１フィールドあるいは１フレーム分の画素信号を撮像素子３２から所定時間間隔で読み出す。

撮像素子３２から読み出された１フィールド／フレーム分の画素信号は、ＡＤ変換器３３によってデジタル信号に変換された後、画像メモリ３５へ一時的に格納される。画像処理回路３４は、１フィールド／フレーム分の画素信号に対して色補間処理、ガンマ補正処理、ホワイトバランス調整などを施し、カラー画像信号を生成する。システムコントロール回路４０は、カラー画像信号に基づいてＬＣＤなどの表示器３７を駆動し、これによってスルー画像が表示器３７に表示される。

レリーズボタンが半押しされると、焦点調節が行われる。レンズＣＰＵ２８は、カメラ側マウント接点およびレンズ側マウントを介してレンズ制御回路５６と通信可能であり、レンズ制御回路５６からの指令に基づきレンズ駆動機構２６を制御する。レンズ駆動機構２６は、レンズＣＰＵ２８からの制御信号に従って撮影光学系２２のフォーカシングレンズを光軸方向に沿って移動させる。また、レリーズボタン半押しに従い、システムコントロール回路４０は撮像素子３２から読み出された画素信号に基づいて被写体の明るさを検出し、露出値（シャッタスピード、絞り値など）を算出する。

レリーズボタンが全押しされると、システムコントロール回路４０は露出制御を行う。ここでは、撮像素子３２の電子シャッタ機能によってシャッタスピード、すなわち露出時間を調整し、システムコントロール回路４０が撮像素子駆動回路３６を制御する。レンズＣＰＵ２８は、送られてくる絞り値データに応じて絞り２３の開口度合いを調整し、撮像素子３２へ入射する光量を調整する。

１フレーム分の画素信号が撮像素子３２から読み出されると、画像処理回路３４は、色変換処理、ホワイトバランス処理、γ補正処理などを１フレーム分の画素信号に対して実行し、静止画像データを生成する。静止画像データは、圧縮処理された後あるいは非圧縮状態で画像メモリ３５へ一時的に格納された後、メモリカードなど着脱自在な記録媒体５４に記録される。

カメラ本体３０上部に設けられたフラッシュ６０は、フラッシュ撮影モードが設定されると、設定された露出値に従って撮影時に閃光する。フラッシュ駆動回路６２は、フラッシュ６０の発光制御を行う。また、撮影モードとしては、動画像記録、静止画像記録いずれも可能であり、モードダイヤル操作に従っていずれかの記録方式が設定される。さらに、撮影モードにおいてシャッタスピード優先モードを設定することが可能である。

図２は、撮像素子３２の受光面上に配置された画素の概略的ブロック図である。

撮像素子３２の各画素３２Ａは、フォトダイオードなどの光電変換部１３２と、光信号保持部１３４と、増幅器１３６とを備えている。光電変換部１３２に蓄積された電荷は、転送スイッチ１３５がＯＮ状態になることによって光信号保持部１３４に転送される。

光信号保持部１３４は、接合ダイオードなどによって構成されていて、その上部は遮光膜（図示せず）によって覆われている。また、その下部には高不純物密度のバリヤ領域（図示せず）が形成されている。光信号保持部１３４に格納された電荷は、選択スイッチ１３８がＯＮ状態になると読み出され、増幅器１３６で増幅処理された後、出力される。光信号保持部１３４に格納された電荷は、ライン（行）ごとに読み出される。

撮像素子３２の駆動に関しては、ローリングシャッタ方式あるいはグローバルシャッタ方式いずれかによって画素信号を読み出し可能であり、システムコントロール回路４０が撮像素子駆動回路３６を制御して読み出し方式を切り替える。グローバルシャッタ方式が選択されると、露出期間経過に伴って光電変換部１３２に蓄積された光電荷を全画素一括に転送し、光信号保持部１３４に格納する。一方、ローリングシャッタ方式が選択された場合、１ラインごとに光電荷が転送され、光信号保持部１３４に格納されるとともに、選択スイッチ１３８がＯＮ状態となって選択行が順次読み出される。

メモリ機能を果たす光信号保持部１３４は、上述したように遮光膜とバリヤ領域によって覆われており、入射光が光電変換部１３２だけに入射して光信号保持部１３４へ入射するのを防ぐとともに、入射光によって基板深部に発生した光電荷が光信号保持部１３４に混入するのを防ぐ。

しかしながら、実際には、光電変換部１３２からの電荷漏れとともに、光信号保持部１３４が入射光に対する感度特性をもつため、各画素から出力される画素信号には、シャッタが開いていない期間、すなわち露出期間（以下では、露光時間ともいう）外での蓄積信号（疑似信号）が含まれる。これは、グローバルシャッタ方式を選択したときに影響が出やすい。

ここで、シャッタが開いていた露出期間に得られる画素信号と、実際に画素から出力される画素信号との割合を示すシャッタ効率は、電子シャッタの有効性を表す性能指標であり、疑似信号が多いほどシャッタ効率が低下する。

このシャッタ効率は、寄生感度（Parasitic Light Sensitivity:ＰＬＳ）を用いて定義することができる。寄生感度（ＰＬＳ）は、メモリの感度をＳ_ＭＥＭ、光電変換部１３２の感度をＳ_ＰＤとすると、以下の式によって表される。

一方、疑似信号は、電荷信号を光信号保持部１３４へ格納させてから読み出されるまでの時間に生じることから、シャッタ効率は読み出し時間にも依存する。通常、画素信号の読み出し時間はフレーム周期と一致することから、シャッタ効率は、以下の式で定義することができる。ただし、η_SEはシャッタ効率を表し、Ｔ_ａはシャッタの開いている露光期間を表し、Ｔ_ｆはフレーム周期を表す。

ここで、シャッタ効率低下に伴うノイズ成分は１−η_SEであるから、その時のＳ／Ｎ比（以下では、ＳＮ比ともいう）は、以下の式で表される。ただし、ＳＮＲは、ＳＮ比の値を表す。

そして、（３）式から寄生感度ＰＬＳを以下の（４）式が導かれるととともに、（４）式から、シャッタ開時間Ｔ_ａを以下の（５）式で求めることができる。

ＳＮ比は、（３）式から明らかなように、撮像素子３２の寄生感度ＰＬＳと、シャッタ開時間Ｔ_aとフレーム周期Ｔ_fとの比、すなわち１フレーム期間における露出時間の割合（以下、１フレーム露出時間割合ともいう）に依存する。したがって、寄生感度ＰＬＳの特性をもつ撮像素子３２をフレーム周期Ｔ_fで駆動した場合、所望のＳＮ比を得るためには、シャッタ開時間Ｔ_aを、（５）式から算出されるシャッタ開時間（以下、許容最短シャッタ開時間あるいは許容最短露出時間という）以上に設定し、これを下回らないようにすることが必要となる。

図３は、ＳＮ比に対する寄生感度ＰＬＳと、１フレーム露出時間割合（シャッタ開時間Ｔ_aとフレーム周期Ｔ_fとの比）との関係を示したグラフである。

図３に示すように、Ｓ／Ｎ比を定めると、寄生感度ＰＬＳと、１フレーム露出時間割合Ｔ_a／Ｔ_fは、比例関係にある。例えば、所望するＳ／Ｎ比を４０ｄＢとした場合、撮像素子３２の寄生感度が−８０ｄＢであると、シャッタ開時間Ｔ_aをフレーム周期Ｔ_fの約１／１００以上に設定する必要がある（図３のラインＬ３参照）。例えばフレームレートが３０ｆｐｓであれば、許容最短シャッタ開時間Ｔ_aは０．３３ｍｓとなる。

他のＳＮ比についても、同じように、寄生感度ＰＬＳからシャッタ開時間Ｔ_aの許容範囲、すなわち許容される露出時間の範囲で最短のシャッタ開時間を定めることができる。本実施形態では、撮影時、通常の露出演算処理によって求められた露出時間（シャッタ開時間）と許容最短シャッタ開時間とを比較し、必要に応じて露出時間を変更する。以下、これについて詳述する。

図４は、グローバルシャッタ方式に基づいた露出制御のフローチャートである。ここでは、フレームレート（フレーム周期）および要求されるＳＮ比があらかじめ一定値に定められているものとする。なお、シャッタ開時間（露出時間）について、以下では符号“Ｔａ”で表す。

ステップＳ１０１では、ＲＯＭに格納されている撮像素子３２の寄生感度ＰＬＳ、初期設定されているフレーム周期Ｔｆ０、初期設定されているＳＮ比の値ＳＮＲ０が読み出される。そしてステップＳ１０２では、（５）式に対し、寄生感度ＰＬＳの値、初期設定されているフレーム周期の値Ｔｆ０、初期ＳＮ比の値ＳＮＲ０を代入することによって、許容最短シャッタ開時間Ｔｘが算出される。ステップＳ１０３では、１フレーム分の画像を取得してプログラム線図に基づいた露出演算処理を実行する。露出演算処理により、露出時間（シャッタスピード）Ｔａ、絞り値Ｆが算出される。

ステップＳ１０４では、算出された露出時間Ｔａが許容最短シャッタ開時間Ｔｘよりも短いか否かが判断される。露出時間Ｔａが許容最短シャッタ開時間Ｔｘ以上である場合、露出時間Ｔａでの撮影が可能であるため、処理は終了する。一方、露出時間Ｔａが許容最短シャッタ開時間Ｔｘより短い場合、初期設定のＳＮ比の値ＳＮＲ０を満たすように、露出時間Ｔａを許容最短シャッタ開時間Ｔｘに変更するため、その場合の絞り値Ｆ’を算出する（Ｓ１０５）。絞り値Ｆ’は、プログラム線図に従って求められる。

ステップＳ１０６では、絞り値Ｆ’への変更が可能であるか否かが判断される。露出条件などを満たすことなどの条件に基づいて絞り値Ｆ’への変更が可能である、すなわち絞り２３によって入射光量を調整可能であると判断した場合、露出時間ＴａからＴｘへの変更、および絞り値ＦからＦ’への変更を決定する（Ｓ１０７）。一方、絞り値Ｆ’への変更が可能でない場合、グローバルシャッタ方式からローリングシャッタ方式に変更される（Ｓ１０８）。

このように本実施形態によれば、露出演算処理によって得られた露出時間Ｔａが所望のＳＮ比に対して寄生感度から求められる許容最短露出時間Ｔｘより短い場合、ＳＮ比を満たすために露出時間を許容最短露出時間Ｔｘに変更するとともに、露出条件を満たすように絞り値Ｆを変更する。

これにより、様々な撮影状況、露出条件に対しても、グローバルシャッタ方式において画質の優れた撮影画像を得ることができる。また、絞り値を変更できない場合にはローリングシャッタ方式に切り替えるため、適正露出とすることができる。

なお、撮影シーケンスの間に露出制御処理を行うことも可能であり、レリーズボタン半押しに応じて露出値が演算されるのに合わせてステップＳ１０１〜Ｓ１０８を実行することができる。あるいは、ステップＳ１０１、Ｓ１０２のみ電源ＯＮ時に演算し、レリーズボタン半押しに応じてステップＳ１０３〜Ｓ１０８を実行してもよい。

次に、図５を用いて、第２の実施形態について説明する。第２の実施形態では、絞り値を変更できない場合、フレーム周期を変更する。それ以外の構成については、実質的に第１の実施形態と同じである。

図５は、第２の実施形態における露出制御のフローチャートである。

ステップＳ２０１〜Ｓ２０６の実行は、図４のステップＳ１０１〜Ｓ１０６の実行と同じである。すなわち、寄生感度値ＰＬＳ、初期フレーム周期Ｔｆ０、所望のＳＮ比の値ＳＮＲ０から許容最短露出時間Ｔｘを算出し、プログラム線図から求められる露出時間Ｔａが許容最短露出時間Ｔｘよりも短いか否かを判断する。ステップＳ２０６において、絞り値が変更可能であると判断されると、露出時間ＴａをＴｘに変更し、絞りを露出演算処理で求められた露出条件を満たすように絞り値が変更される（Ｓ２０７）。

一方、ステップＳ２０６において、絞り値が変更可能でないと判断されると、Ｔａ≧Ｔｘを満たすフレーム周期Ｔｆを算出する（Ｓ２０８）。具体的には、フレーム周期Ｔｆ０よりも短いフレーム周期Ｔｆを算出する。短いフレーム周期の算出方法については、あらかじめ経験的にその変更度合を決定し、メモリなどに記憶させておけばよい。あるいは、Ｔａ＝Ｔｘとなるフレーム周期Ｔｆを算出してもよい。フレーム周期をＴｆ０からＴｆへ変更可能な場合（Ｓ２０９）、フレーム周期Ｔｆを設定する（Ｓ２１０）。一方、フレーム周期をＴｆ０からＴｆへ変更可能でないと判断されると、画素信号読出し方式を変更する（Ｓ２１１）。具体的には、画素信号読出し方式を行加算方式あるいは行間引き方式に変更し、許容最短露出時間Ｔｘ以上の露出時間Ｔａとなるようにし、実質的にフレーム周期を短くする。

このように第２の実施形態によれば、フレーム周期を短くすることにより、絞り調整できない場合でもグローバルシャッタ方式による撮影を実行することができる。また、画素信号読み出し方式の調整によって実行フレーム周期を短くすることにより、シャッタスピード（露出時間）を変更することなく適切な露出制御をすることができる。また、動いている被写体に対してローリングシャッタによる歪みが生じてしまうことを防ぐことができる。

次に、図６を用いて、第３の実施形態について説明する。第３の実施形態では、動画像モード、静止画像モードそれぞれに応じたフレーム周期に従って露出制御を行う。それ以外の構成については、第１の実施形態と実質的に同じである。

図６は、第３の実施形態における露出制御のフローチャートである。

図４のステップＳ１０１と同様に一連の初期値が読み出されると（Ｓ３０１）、撮影画像の記録方式として動画像を記録する動画像モードか否かが判断される（Ｓ３０２）。オペレータによるダイヤル、ボタン等の操作によって動画像モードが設定されている場合、動画像記録用のフレーム周期Ｔｆｍに設定される（Ｓ３０３）。一方、静止画像を記録する静止画像モードが設定されている、すなわち通常の撮影モードが設定されている場合、静止画像記録に応じたフレーム周期Ｔｆｓに設定されている（Ｓ３０４）。ステップＳ３０５では、フレーム周期Ｔｆ（＝ＴｆｓもしくはＴｆｍ）に従って許容最短露出時間Ｔｘが算出される。ステップＳ３０６〜Ｓ３１１の実行は、図４のステップＳ１０３〜Ｓ１０８の実行と同じである。

このように第３の実施形態によれば、動画像記録においても、画質の優れた撮影画像を得ることができる。

次に、図７を用いて、第４の実施形態であるデジタルカメラについて説明する。第４の実施形態では、動画像モード、静止画像モードに応じてフレーム周期と設定するとともに、絞り値を変更できない場合には静止画像モードあるいは動画像モードに応じて設定されたフレーム周期を変更する。

図７は、第４の実施形態における露出制御のフローチャートである。ステップＳ４０１〜Ｓ４０６の実行は、図６のステップＳ３０１〜Ｓ３０６の実行と同じである。ステップＳ４０７〜Ｓ４１４は、図５のステップＳ２０４〜Ｓ２１１の実行と実質的に同じである。このように第４の実施形態によれば、動画像モードにおいてもフレーム周期を変更することができる。

次に、図８を用いて、第５の実施形態であるデジタルカメラについて説明する。第５の実施形態では、画質モードに応じて露出制御を行う。それ以外については、第１の実施形態と同じである。

図８は、第５の実施形態における露出制御のフローチャートである。

図４のステップＳ１０１と同様に一連の初期値が読み出されると（Ｓ５０１）ユーザによって設定されている画質モードに応じたＳＮ比の値ＳＮＲが設定される（Ｓ５０２）。例えば、高画質モードの場合には、標準の画質モードと比べてＳＮ比の値が高い。設定されたＳＮ比値ＳＮＲから許容最短露光時間Ｔｘを算出する（Ｓ５０３）。ステップＳ５０４〜Ｓ５０９の実行は、図４のステップＳ１０３〜Ｓ１０８の実行と同じである。

このように第５の実施形態によれば、ユーザの設定した画質に適切な露出制御を行うことが可能であり、画質変更があってもそれに対処することが可能となる。

次に、図９を用いて、第６の実施形態であるデジタルカメラについて説明する。第６の実施形態では、画質モードに応じてＳＮ比値を設定するとともに、絞り値変更不能である場合には、フレーム周期を変更する。すなわち、第２の実施形態と第５の実施形態とを組み合わせた構成となっている。

図９は、第６の実施形態における露出制御のフローチャートである。

ステップＳ６０１〜Ｓ６０３の実行は、図８のステップＳ５０１〜Ｓ５０３の実行と同じである。そして、ステップＳ６０４〜Ｓ６１２の実行は、図５のステップＳ２０４〜Ｓ２１１の実行と同じである。

次に、図１０を用いて、第７の実施形態であるデジタルカメラについて説明する。第７の実施形態では、画質モードに応じてＳＮ比値を設定するとともに、動画像あるいは静止画像モードに応じてフレーム周期を設定する。すなわち、第３の実施形態と第５の実施形態とを組み合わせた構成である。

図１０は、第７の実施形態における露出制御のフローチャートである。ステップＳ７０１、Ｓ７０２の実行は、図８のステップＳ５０１、Ｓ５０２の実行と同じである。そして、ステップＳ７０３〜Ｓ７１２の実行は、図６のステップＳ３０２〜Ｓ３１１の実行と同じである。

次に、図１１を用いて、第８の実施形態であるデジタルカメラについて説明する。第８の実施形態では、画質モードに応じてＳＮ比値を設定するとともに、動画像あるいは静止画像モードに応じてフレーム周期を設定し、さらに、絞り値を変更できない場合には、フレーム周期を変更する。すなわち、第２の実施形態、第３の実施形態、第５の実施形態とを組み合わせた構成である。

図１１は、第８の実施形態における露出制御のフローチャートである。ステップＳ８０１、Ｓ８０２の実行は、図８のステップＳ５０１、５０２の実行と同じである。ステップＳ８０３〜Ｓ８０６の実行は、図６のステップＳ３０２〜Ｓ３０５の実行と同じである。そして、ステップＳ８０７〜Ｓ８１５の実行は、図５のステップＳ２０３〜Ｓ２１１の実行と同じである。

次に、図１２を用いて、第９の実施形態について説明する。第９の実施形態では、シャッタスピード優先モードが設定された状態で絞り値変更できない場合、電子シャッタ方式を変更する代わりにフレーム周期を変更する。それ以外の構成については、第８の実施形態と同じである。

図１２は、第９の実施形態における露出制御のフローチャートである。ステップＳ９０１〜Ｓ９０６は、図１１のステップＳ８０１〜Ｓ８０６の実行と同じである。

ステップＳ９０７では、シャッタスピード優先モードにおいて設定されたシャッタスピード、すなわち露出時間Ｔａを設定する。ステップＳ９０８〜Ｓ９１３の実行は、図１１のステップＳ８０８〜Ｓ８１３の実行と同じである。

ステップＳ９１３においてフレーム周期変更できないと判断されると、画素信号読出し方式を変更する（Ｓ９１５）。具体的には、画素信号読出し方式を行加算方式あるいは行間引き方式に変更し、許容最短露出時間Ｔｘ以上の露出時間Ｔａとなるようにし、実質的にフレーム周期を短くする。

このように第９の実施形態では、画素信号読み出し方式の調整によって実行フレーム周期を短くすることにより、シャッタスピード（露出時間）を変更することなく適切な露出制御をすることができる。また、動いている被写体に対してローリングシャッタによる歪みが生じてしまうことを防ぐことができる。

次に、図１３を用いて第１０の実施形態について説明する。第１０の実施形態では、絞りに加えてフィルタによる光量制御を行う。それ以外の構成については、第１の実施形態と同じである。

図１３は、第１０の実施形態であるデジタルカメラのブロック図である。カメラ本体３０は、撮像素子３２の前方（レンズ側）に液晶ＮＤフィルタ６４を備えている、液晶ＮＤフィルタ６４は、撮影光学系２２を通過する光の量を調整可能であり、液晶ＮＤフィルタ駆動回路６２からの駆動信号によって光量を所定量減衰させる。

第１０の実施形態によれば、絞りに加えてフィルタによる光量調整を行うことにより、絞りで行える光量減少範囲を超える場合には、ＮＤフィルタを駆動して光量を減少させることができる。これによれば、フレーム周期変更などしなくてもよい。なお、メカシャッタをカメラ本体に備えている場合、メカシャッタによって光量調整を行ってもよい。

次に、図１４、１５を用いて、第１１の実施形態であるデジタルカメラについて説明する。第１１の実施形態では、フラッシュ撮影に応じて露出時間を設定する。それ以外の構成については、第１の実施形態と同じである。

図１４は、第１１の実施形態における露出制御のフローチャートである。ステップＳ１１０１〜Ｓ１１０３の実行は、図４のステップＳ１０１〜Ｓ１０３の実行と同じである。

ステップＳ１１０４では、フラッシュ撮影モードに設定されているか否かが判断される。フラッシュ撮影モードに設定されている場合、ステップＳ１１１０へ進み、露出時間Ｔａが許容最短露出時間Ｔｘよりも短いか否かが判断される。露出時間Ｔａが許容最短露出時間Ｔｘ以上である場合、露出時間Ｔａをフラッシュ発光時間に対応した露出時間Ｔｓに設定する（Ｓ１１１１）。

図１５は、被写体の明るさと露出時間との対応関係を示した図である。図１５（Ａ）に示すように、第１〜１０の実施形態では、被写体の明るさが大きくなるに従って露出時間Ｔａを短くする一方、露出時間Ｔａが許容最短露出時間Ｔｘ以下とならないように制御されている（ラインＡ参照）。

一方、フラッシュ撮影が行われる場合、許容最短露出時間Ｔｘ以上の範囲にある露出時間Ｔａをそのまま使用すると、光量オーバとなって画質低下につながる。そのため、フラッシュ発光時間にシンクロさせた露出時間Ｔｓに設定される（Ｓ１１１０、Ｓ１１１２）。この露出時間Ｔｓは、許容最短露出時間Ｔｘよりも短い。

一方、露出時間Ｔａが許容最短露出時間Ｔｘより短い場合、許容最短露出時間Ｔｘに設定される（Ｓ１１１０、Ｓ１１１２）。図１５（Ｂ）には、本実施形態における露出時間Ｔａの設定値が、ラインＢによって表されている。ステップＳ１１０５〜Ｓ１１０９の実行は、図４のステップＳ１０４〜Ｓ１０８の実行と同じである。

このように第１１の実施形態によれば、Ｔａ≧Ｔｘ、すなわち被写体の明るさが所定値より暗い場合、露出時間をフラッシュ撮影に応じた露出時間に設定し、被写体の明るさが所定値以上の場合、露出時間を許容最短露出時間に設定する。これにより、日中シンクロ撮影において被写体が明るい場合においても、露出オーバにならず、適正露出による撮影画像を得ることができる。

第１〜第１１の実施形態では、所望するＳＮ比に対する許容最短露出時間を寄生感度から算出しているが、ＳＮ比以外の画質に関連する値に応じて算出してもよい。また、許容最短露出時間よりも長い露出時間をＴｘとして定め、それに応じて露出制御を行ってもよい。

１０デジタルカメラ
３２撮像素子
３６撮像素子駆動回路（撮像素子駆動部）
４０システムコントロール回路（露出制御部）
１３２光電変換部
１３４光信号保持部

Claims

光電変換部と、前記光電変換部で生成された光信号を保持する光信号保持部とを有する撮像素子と、
グローバルシャッタ方式で前記撮像素子を駆動可能な撮像素子駆動部と、
撮影時に露出制御を実行する露出制御部とを備え、
前記露出制御部が、定められた画質に対し前記撮像素子の寄生感度から求められる露出時間を下回らないように、露出制御を行うことを特徴とする撮像装置。
前記露出制御部が、所定のＳＮ比に対する寄生感度と１フレーム期間における露出時間の割合を示す１フレーム露出時間割合との対応関係に基づき、定められたＳＮ比を満たす露出時間の中で最も短い許容最短露出時間を定め、許容最短露出時間以上の露出時間を設定することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記露出制御部が、露出演算処理によって求められた露出時間が許容最短露出時間より小さい場合、露出時間を許容最短露出時間に変更することを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
前記露出制御部が、許容最短露出時間が設定されると、前記露出演算処理における露出条件を満たすように、前記撮像素子へ入射する光量を調整することを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
前記露出制御部が、フレームレートに応じて露出時間を定めることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の撮像装置。
前記露出制御部が、画質の変更に応じて露出時間を変更することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の撮像装置。
前記露出制御部が、撮影関連モードの設定に応じて、露出時間を定めることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の撮像装置。
前記露出制御部が、静止画像撮影モードと動画像撮影モードの切り替えに応じて、露出時間を切り替えることを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
前記露出制御部が、画質モードにおいて設定された画質に応じて、露出時間を定めることを特徴とする請求項７乃至８のいずれかに記載の撮像装置。
前記露出制御部が、露出時間を高画質露出時間以上に設定できない場合、前記撮像素子駆動部を制御し、ローリングシャッタ方式で前記撮像素子を駆動させることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の撮像装置。
前記露出制御部が、露出時間を前記撮像素子の寄生感度から求められる露出時間以上に設定できない場合、フレーム周期を短くすることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の撮像装置。
前記露出制御部が、画素信号読出し方式を変更することによって、フレーム周期を短くすることを特徴とする請求項１１に記載の撮像装置。
前記露出制御部が、シャッタスピード優先モードにおいて設定された露出時間が、前記撮像素子の寄生感度から求められる露出時間より短く、かつその露出時間以上に変更できない場合、求められた露出時間を変更してフレーム周期を短くすることを特徴とする請求項１１に記載の撮像装置。
前記露出制御部が、絞りおよびフィルタの少なくともいずれか１つを制御することにより、前記撮像素子に入射する光量を調整することを特徴とする請求項１乃至１３のいずれかに記載の撮像装置。
光電変換部と、前記光電変換部で生成された光信号を保持する光信号保持部とを有する撮像素子を、グローバルシャッタ方式で駆動し、
撮影時に露出制御を実行する露出制御方法であって、
定められた画質に対し前記撮像素子の寄生感度から求められる露出時間を下回らないように、露出制御を行うことを特徴とする露出制御方法。