JP7025182B2 - Imaging device and its control method - Google Patents
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本発明は撮像装置及びその制御方法に関する。 The present invention relates to an image pickup apparatus and a control method thereof.
従来、デジタルカメラなどの撮像装置において、非常に明るい環境下での撮影のために、撮影光量の透過率を低下させて撮影する技法が知られている。この技法は、例えば、明るい環境下であっても、絞りを開いて被写界深度の浅い被写体表現を実現したいときや、長秒露光を行っても飽和を発生させずに(たとえば滝などの)被写体の動いた軌跡を表現するときなどに用いられる。 Conventionally, in an image pickup device such as a digital camera, a technique of reducing the transmittance of the amount of shooting light for shooting in a very bright environment is known. This technique can be used, for example, when you want to open the aperture to achieve a subject with a shallow depth of field even in a bright environment, or when you use a long exposure without causing saturation (for example, a waterfall). ) Used when expressing the moving trajectory of the subject.
撮影光量の透過率を低下させるために、NDフィルタなどの光学フィルタを用いて減光することにより、上記技法を実現する技術が知られている。また、特許文献1及び特許文献2には、エレクトロクロミック(EC)材料などを用いた着色・消色技術を活用し、NDフィルタと同様の効果を得る技術が開示されている。
A technique for realizing the above technique by dimming with an optical filter such as an ND filter in order to reduce the transmittance of the amount of shooting light is known. Further,
しかしながら、特許文献1及び特許文献2に示されるような、EC材料を通電駆動制御により着色・消色することで、NDフィルタとして活用する技術については、以下のような課題が存在する。すなわち、EC材料におけるEC層への通電駆動には、酸化還元反応の反応時間に応じた着色、消色完了までに所定の静定時間を要し、ユーザやカメラからの指示に対して、所定の遅延時間を伴う。このことはND機能として、急激な輝度変化に対する対応の遅れなどの問題を生じることとなる。
However, there are the following problems in the technique of utilizing the EC material as an ND filter by coloring and erasing the EC material by energization drive control as shown in
本発明は上記問題点を鑑みてなされたものであり、光の透過率を変更可能な光学素子を用いて減光する際に、所望の透過率への変更が完了するまでの遅延時間の影響を緩和し、良好な減光効果が得られるようにすることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and is affected by the delay time until the change to the desired transmittance is completed when dimming using an optical element capable of changing the light transmittance. The purpose is to alleviate the problem and obtain a good dimming effect.
上記目的を達成するために、本発明の撮像装置は、光の透過率を変更可能な光学素子と、前記光学素子を介して入射した光を電荷に変換する光電変換部を有する撮像素子と、予め決められた蓄積時間に、前記光電変換部により変換して得られた電荷の一部を蓄積するように前記撮像素子を駆動する駆動手段と、露光量を目標露光量まで減らす場合に、前記駆動手段による電荷の蓄積量の制御と、前記光学素子の透過率を変更する制御とを組み合わせて、前記目標露光量となるように露光量を調節する制御手段とを有する。 In order to achieve the above object, the image pickup apparatus of the present invention includes an optical element capable of changing the light transmittance, an image pickup element having a photoelectric conversion unit for converting light incident through the optical element into a charge, and an image pickup device. The driving means for driving the image pickup element so as to accumulate a part of the charge obtained by conversion by the photoelectric conversion unit at a predetermined storage time, and the case where the exposure amount is reduced to the target exposure amount. It has a control means for adjusting the exposure amount so as to obtain the target exposure amount by combining the control of the charge accumulation amount by the driving means and the control for changing the transmittance of the optical element.
本発明によれば、光の透過率を変更可能な光学素子を用いて減光する際に、所望の透過率への変更が完了するまでの遅延時間の影響を緩和し、良好な減光効果が得られるようにすることができる。 According to the present invention, when dimming using an optical element capable of changing the transmittance of light, the influence of the delay time until the change to the desired transmittance is completed is mitigated, and a good dimming effect is obtained. Can be obtained.
以下、添付図面を参照して本発明を実施するための形態を詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明の実施形態である撮像装置100の構成を示した構成ブロック図である。撮影光束は、撮影光学系1を透過して、撮像素子3に結像される。詳細は後述するが、撮像素子3は、露光量調整機能を有しており、露光量を、蓄積時間および蓄積回数の制御によって調整することができる。なお、以下の説明では、この露光量調節機能を、「イメージャND機能」と呼ぶ。この撮像素子3における露光量調整機能は、撮像素子駆動制御部4の制御により実施される。
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the
撮影光学系1と撮像素子3の間には、光の透過率を変更可能な光学素子であるエレクトロクロミック(EC)NDフィルタ2が配設されており、撮像素子3に入射する撮影光束の露光量を、組み込まれたEC材料の着色駆動制御によって調整することができる。ECNDフィルタによる露光量調整制御についても後述するが、これはECND制御部5によって実施される。撮像素子3のイメージャND機能による露光量調整を制御する撮像素子駆動制御部4と、ECNDフィルタ2による露光量調整を制御するECND制御部5は、ND制御部9を構成する。なお、ND制御部9は、撮像装置100内の不図示のCPUにより実現しても、それぞれのND機能のユニット部品の一部として配設してもよい。
An electrochromic (EC)
撮像素子駆動制御部4は、ECNDフィルタ2のEC材料の着色状態(光の透過率)を検出するEC着色検出部11の検出結果及び撮像装置100の記憶部6に記憶されたECNDフィルタの特性値を元に、撮像素子3のイメージャND機能を制御する。撮像素子3に結像された撮影光束は、光電変換されて画像信号となり、画像処理部7にて現像処理がなされた後、メモリ8に保存される。
The image sensor
図2は、撮像素子3の一部の構成の回路図である。撮像素子3はCMOS型で、図2では、撮像素子3の多数の画素のうち、1行1列目(1,1)の画素と最終行であるn行1列目(n、1)の画素を示している。なお、1行1列目(1,1)の画素とn行1列目(n、1)の画素の構成は同じなので、構成要素には同じ参照番号を付している。
FIG. 2 is a circuit diagram of a part of the configuration of the
図2に示すように、各画素は、フォトダイオード50(光電変換部)と、第1の転送トランジスタ51Aと、第1の信号保持部57Aと、第2の転送トランジスタ52Aを有する。さらに、第3の転送トランジスタ51Bと、第2の信号保持部57Bと、第4の転送トランジスタ52Bとを有する。また、さらに、第5の転送トランジスタ53と、浮遊拡散領域(フローティング・ディフュージョン:FD)領域58と、リセットトランジスタ54と、増幅トランジスタ55と、選択トランジスタ56とを有する。第5の転送トランジスタ53は電源線61に接続し、リセットトランジスタ54及び増幅トランジスタ55は、電源線60に接続される。また、増幅トランジスタ55は、信号出力線63に接続された定電流源65と、ソースフォロワ回路を形成する。出力回路30は、各列の信号出力線63に現れた信号を、撮像素子3の外部に出力する。
As shown in FIG. 2, each pixel has a photodiode 50 (photoelectric conversion unit), a
第1の転送トランジスタ51Aは、転送パルスφTX1Aにより制御され、第2の転送トランジスタ52Aは、転送パルスφTX2Aにより制御される。また、第3の転送トランジスタ51Bは、転送パルスφTX1Bにより制御され、第4の転送トランジスタ52Bは、転送パルスφTX2Bにより制御される。また、リセットトランジスタ54は、リセットパルスφRESにより制御され、選択トランジスタ56は、選択パルスφSELにより制御される。さらに第5の転送トランジスタ53は、転送パルスφTX3により制御される。上述した各制御パルスは、垂直走査回路20から送出される。
The
本実施形態における撮像素子3は、1つのフォトダイオード50に対して2つの第1及び第2の信号保持部57A,57Bを有しているため、例えば、静止画と動画を同時に撮影することができる。また、詳細なシーケンスは後述するが、第1及び第2の信号保持部57A,57Bには、第1及び第3の転送トランジスタ51A,51Bを介してフォトダイオード50から電荷が転送される。この際、第1及び第3の転送トランジスタ51A,51Bの転送パルスの幅や転送パルスの回数によって、総蓄積時間の調整を行うことができる。すなわち、詳細は後述するが、本実施形態では、この総蓄積時間の調整によって、フォトダイオード50により変換された電荷のうちの一部を第1及び/または第2の信号保持部57A,57Bに蓄積することで、撮像素子3におけるイメージャND機能を実現する。
Since the
なお、本実施形態においては、撮像素子3は2つの第1及び第2の信号保持部57A,57Bが配設された構成としているが、1つであっても構わない。
In the present embodiment, the
次に、図3及び図4を用いて、撮像素子3におけるイメージャND機能について説明する。図3は、撮像素子3のイメージャND機能を利用して蓄積及び読み出しを行う際の、転送トランジスタの制御信号やリセットトランジスタの制御信号のタイミングチャートである。図4は、図3に示すタイミングのうち、時刻t0の直前から、蓄積時間の終了までの複数のタイミングにおける、画素のポテンシャル状態を示す図である。なお、ここでは、第1の信号保持部57Aを用いる場合について説明するが、第2の信号保持部57Bを用いた場合にも、同様の処理を行うことができる。以下、フォトダイオード50における電荷蓄積から、蓄積した電荷の読み出しまでの動作について説明する。
Next, the imager ND function in the
図3は、第1、第2、第5の転送トランジスタ51A,52A,53の制御電極に与えられる転送パルスφTX1A,φTX2A,φTX3と、リセットトランジスタ54の制御電極に与えられるリセットパルスφRESの変遷を示している。添え字のi、i+1、i+2は、撮像素子3の撮像領域における行の番号を表し、例えばφTX1A(i)は、i行目の画素の第1の転送トランジスタ51Aに与えられるパルスを意味している。なお、図3では、3行分の画素の制御について説明しているが、1行目からn行目までの全ての行において、同様の制御が行われる。
FIG. 3 shows changes in the transfer pulses φTX1A, φTX2A, φTX3 given to the control electrodes of the first, second, and
まず、時刻t0以前の初期状態では、転送パルスφTX1A,φTX2Aはローレベル、転送パルスφTX3及びリセットパルスφRESはハイレベルである。このときの画素のポテンシャル状態を図4(a)に示す。この期間では、フォトダイオード50と第1の信号保持部57Aとの間に、第1の転送トランジスタ51Aにより形成されたポテンシャル障壁が存在する。その一方で、第5の転送トランジスタ53のポテンシャル障壁が存在しない。このため、フォトダイオード50で発生した電荷(図中の黒丸)は第1の信号保持部57Aに移動することなく、第5の転送トランジスタ53を介して、電荷排出領域であるオーバーフロードレイン(OFD)へと排出される。ここで、第1の転送トランジスタ51Aに形成されるポテンシャル障壁は、第2の転送トランジスタ52A(TX2A)に形成されるポテンシャル障壁よりも低い。その理由はフォトダイオード50、第1の転送トランジスタ51A、第1の信号保持部57Aとで構成されるトランジスタが埋め込みチャネル型である例を考えているためである。
First, in the initial state before the time t0, the transfer pulses φTX1A and φTX2A are at the low level, and the transfer pulses φTX3 and the reset pulse φRES are at the high level. The potential state of the pixel at this time is shown in FIG. 4A. During this period, there is a potential barrier formed by the
時刻t0から時刻t1までの期間では、転送パルスφTX2A(i)~φTX2A(i+2)がハイレベルになる。これにより、第1の信号保持部57AとFD領域58との間の第2の転送トランジスタ52Aに形成されるポテンシャル障壁が無くなり、時刻t0以前に第1の信号保持部57Aに保持されていた電荷がFD領域58に転送される。この期間における画素のポテンシャル状態を図4(b)に示す。この期間では転送パルスφTX1A(i)~φTX1A(i+2)はローレベルであり、転送パルスφTX3(i)~φTX3(i+2)はハイレベルである。従って、フォトダイオード50で発生した電荷は、第5の転送トランジスタ53を介してOFDへと排出される。従って、この時点において第1の信号保持部57Aには、フォトダイオード50で発生した電荷が理想的には存在しないことになる。また、リセットパルスφRESがハイレベルであるため、FD領域58は、リセットレベルにリセットされるとともに、転送パルスφTX2A(i)~φTX2A(i+2)がハイレベルであるため、第1の信号保持部57Aもリセットされる。
In the period from time t0 to time t1, the transfer pulses φTX2A (i) to φTX2A (i + 2) are at a high level. As a result, the potential barrier formed in the
時刻t1で、転送パルスφTX2A(i)~φTX2A(i+2)がローレベルになると、画素のポテンシャル状態は図4(c)に示すようなものになる。これは、図4(a)に示した状態と同様である。この期間においても第1の転送トランジスタ51Aに形成されたポテンシャル障壁が存在する一方で、第5の転送トランジスタ53にはポテンシャル障壁が存在しない。そのため、フォトダイオード50で発生した電荷は第1の信号保持部57Aに移動することなく、第5の転送トランジスタ53(TX3)を介してOFDへと排出される。
When the transfer pulses φTX2A (i) to φTX2A (i + 2) become low level at time t1, the potential state of the pixel becomes as shown in FIG. 4 (c). This is the same as the state shown in FIG. 4 (a). Even in this period, the potential barrier formed in the
次に、時刻t3で転送パルスφTX3(i)~φTX3(i+2)がローレベルに遷移すると、画素のポテンシャル状態は図4(d)に示すようなものになる。この時、転送パルスφTX2A(i)~φTX2A(i+2)もローレベルであるが、第1の信号保持部57Aに蓄積される電荷に対するポテンシャル障壁は、第1の転送トランジスタ51Aよりも第5の転送トランジスタ53の方が高い。このため、フォトダイオード50で発生した電荷は、フォトダイオード50、または、第1の転送トランジスタ51Aのポテンシャル障壁を超えた電荷は、第1の転送トランジスタ51Aに留まることになる。従って、時刻t3に転送パルスφTX3(i)~φTX3(i+2)がローレベルに遷移したタイミングから各画素の蓄積時間が開始される。
Next, when the transfer pulses φTX3 (i) to φTX3 (i + 2) transition to the low level at time t3, the potential state of the pixel becomes as shown in FIG. 4 (d). At this time, the transfer pulses φTX2A (i) to φTX2A (i + 2) are also at a low level, but the potential barrier against the charge accumulated in the first
時刻t3から時刻t4までの期間に転送パルスφTX1A(i)~φTX1A(i+2)がハイレベルになると、第1の転送トランジスタ51Aに形成されたポテンシャル障壁が無くなる。これにより、フォトダイオード50で発生した電荷は第1の信号保持部57Aに転送される(図4(e))。以降、時刻t5までに転送パルスφTX1A(i)~φTX1A(i+2)がローレベルになる期間とハイレベルになる期間が複数回繰り返される。なお、時刻t3から時刻t5の間、転送パルスφTX3(i)~φTX3(i+2)は、転送パルスφTX1A(i)~φTX1A(i+2)とハイレベルとローレベルが反対となるように駆動を行う。これにより、転送パルスφTX1A(i)~φTX1A(i+2)がハイレベルの期間以外の期間にフォトダイオード50で発生した電荷は、第5の転送トランジスタ53を介してOFDへと排出されることとなる。なお、フォトダイオード50から第1の信号保持部57Aに転送する回数は、特に限定されない。
When the transfer pulses φTX1A (i) to φTX1A (i + 2) reach a high level during the period from time t3 to time t4, the potential barrier formed in the
このような駆動方法を採用することで、フォトダイオード50に蓄積されている電荷を定期的に第1の信号保持部57Aに転送することができる。また、通常の撮像素子であれば所定時間の蓄積を時間連続的に実施するのに対して、本実施形態の撮像素子3は、所定時間内に複数の蓄積している時間と蓄積していない時間を交互に有している。この蓄積および非蓄積の時間関係を利用して、撮像素子3はt3からt5までの蓄積時間内に光電変換される光量のうち、所望の割合の光量に対する電荷(すなわち、蓄積時間内に変換された電荷の一部)を、時間方向に分散して取得することが可能である。このような駆動による電荷の蓄積量の制御を、本実施形態では撮像素子3が実施するイメージャND機能と呼ぶ。
By adopting such a driving method, the electric charge stored in the
時刻t5において、転送パルスφTX1A(i)~φTX1A(i+2)がローレベルに遷移するのと入れ替わりに、転送パルスφTX3(i)~φTX3(i+2)がハイレベルになり、画素のポテンシャル状態は図4(f)に示すような状態となる。時刻t5以降にフォトダイオード50で発生した電荷は、第5の転送トランジスタ53を介してOFDへと排出されるので、全画素の蓄積時間は時刻t5を以って終了する。
At time t5, instead of the transfer pulse φTX1A (i) to φTX1A (i + 2) transitioning to the low level, the transfer pulse φTX3 (i) to φTX3 (i + 2) becomes the high level, and the potential state of the pixel is shown in FIG. The state is as shown in (f). Since the electric charge generated in the
このように、全画素同時にフォトダイオード50から第1の信号保持部57Aに転送することで、全画素の電荷蓄積開始時刻及び終了時刻を合わせることができるので、面内同期型電子シャッタ動作を実現できる。
In this way, by transferring all the pixels from the
次に、時刻t6から時刻t8まで、各行のリセットパルスφRES1(i)がローレベルとなっている期間に、各行の転送パルスφTX2A(i)が時刻t6にハイレベルになる。これにより、i行目の各画素の第1の信号保持部57Aに保持された電荷が、第2の転送トランジスタ52Aを介してFD領域58へと転送される。少なくともこのタイミングでは選択トランジスタ56がオン状態になっており、増幅トランジスタ55と定電流源65とで形成されるソースフォロワ回路によって、FD領域58に転送された電荷量に応じたレベルの信号が信号出力線63に現れる。信号出力線63に現れた信号は、出力回路30から出力される。
Next, from time t6 to time t8, the transfer pulse φTX2A (i) of each line becomes high level at time t6 during the period when the reset pulse φRES1 (i) of each line becomes low level. As a result, the electric charge held by the first
n+1行目及びn+2行目の画素についても同様の動作が行われ、それぞれの行の電荷に応じた信号が出力回路から出力される。以上で1フレーム分の動作が完了する。 The same operation is performed for the pixels in the n + 1st row and the n + 2nd row, and a signal corresponding to the charge in each row is output from the output circuit. This completes the operation for one frame.
なお、本実施形態では電荷排出領域としてOFDを使用しているが、本発明はこれには限定されるものではない。すなわち、第5の転送トランジスタ53がFD領域58に接続されていて、第2の転送トランジスタ52Aが第1の信号保持部57Aから電荷をFD領域58へと転送する前に電源線60へと排出される構成であっても良い。この方法であっても、フォトダイオード50で光電変換された電荷の一部が第1の信号保持部57Aへ、一部がFD領域58を経て排出されるので、露光量調整動作が可能となる。
Although OFD is used as the charge discharge region in the present embodiment, the present invention is not limited to this. That is, the
図5は、図3の時刻t3から時刻t5までの蓄積期間における転送パルスφTX1A(i)とφTX1A(i+1)をより詳細に示したタイミングチャートである。前述の通り、この期間には転送パルスφTX1Aがローレベルとハイレベルを複数回繰り返し、結果としてイメージャND機能を実現するが、この機能をさらに行に応じて変化させてもよい。すなわち、i行目とi+1行目の第1の転送トランジスタ51Aを駆動する転送パルスφTX1Aが持つハイレベルのパルス幅を、互いに異なる設定とすることが可能となっている。この制御は撮像素子駆動制御部4が垂直走査回路20内のパルス制御プログラムを変更することにより行うことができる。
FIG. 5 is a timing chart showing the transfer pulses φTX1A (i) and φTX1A (i + 1) in the accumulation period from the time t3 to the time t5 in FIG. 3 in more detail. As described above, during this period, the transfer pulse φTX1A repeats the low level and the high level a plurality of times, and as a result, the imager ND function is realized, but this function may be further changed depending on the row. That is, the high-level pulse widths of the transfer pulse φTX1A that drives the
図5ではi行目の合計蓄積時間がi+1行目よりも短いようなパルスとしているが、これは、撮像素子3がいわゆるベイヤ配列のカラーフィルタを有した撮像素子である場合に、以下のような効果がある。例えば、i行目がRGのカラーフィルタを有したRG行である場合、i+1行目はGBのカラーフィルタを有したGB行である。図5のようなパルス幅の違う転送パルスが撮像素子3の全面に適用された場合、Bに対してRの分光透過率が低下したような画像出力結果が得られることとなる。また、このように、蓄積時間内に均等に第1の信号保持部57Aへ電荷を転送する時間を割り付けることで、単純に、短い蓄積時間とするよりも、1フレーム内における蓄積ブレなどが自然に得られることとなる。
In FIG. 5, the pulse is set so that the total accumulation time in the i-th row is shorter than that in the i + 1-th row. This is as follows when the
図6は、ECNDフィルタ2の構成を説明する断面模式図である。ECNDフィルタ2は、一対の電極200,201と、それらの電極間に存在するEC材料202と、EC材料202を外部と隔離するシール材203によって構成される。一対の電極200,201は透明電極であり、撮像装置100が撮影の対象とする光線波長を透過するものであり、例えば、公知のITO電極などを用いることができる。一対の電極200,201は、電極面を対向させた配置でシール材203によって接合されている。一対の電極200,201の間には、EC分子によってEC材料202が形成されている。EC分子としては、例えば、特許文献1や特許文献2に記載されたEC分子など、公知のEC分子を用いることができる。一対の電極200,201間に電圧を印加することによって、酸化還元反応が発生し、EC分子が持つ光線の吸収率がEC分子の特性に応じて変化する。撮像装置100はこの電圧の印加による光線吸収率の変化を利用して光の透過率を変更することで、可変NDフィルタと同様の露出調整を行う。ECNDフィルタ2は、電極200,201が撮影光軸と略垂直になるよう、撮像素子3の物体側に配置される。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of the
前述の通り、ECNDフィルタ2に用いられるEC材料202は、EC分子に電圧を印加することによって、酸化還元反応が発生し、EC分子が持つ光線の吸収率がEC分子の特性に応じて変化することを利用している。印加電圧や環境温度、EC分子の組成などにも依るが、酸化還元反応の反応時間は所定の時間を要するものであり、ECNDフィルタとしての静定時間を規定する時間である。
As described above, in the
撮像装置100は、上述の撮像素子3のイメージャND機能及びECNDフィルタ2を用いて減光調節を実施するが、本実施形態では、その減光調節にかかる時間を、ユーザが設定することができる。例えば、設定可能な最速の減光調節時間を設定した場合であれば、動画撮影中に主被写体の輝度変化の速度が激しいシーンにおいて、撮像装置100が露光量を変更する際、瞬時に切り替わることで、シーン全体の違和感を緩和することが可能である。また、設定可能な最長の減光調節時間を設定した場合であれば、一定輝度下で積極的に露出変更を行う場合に、不自然で急峻な変化がなく、スムーズに露出変更することが可能となる。本実施形態においては、「最速」「通常」「低速」の3段階の減光調節時間を設定可能として、以下に図7~図9を用いて動作の説明を行う。しかしながら、本発明は3段階に限定されるものでは無く、無限の段階を有し、ユーザではなくカメラが自動選択するような機能であっても差し支えない。
The
図7~図9は、撮像装置100のND制御部9が実施する減光調節方法について説明する概略概念図である。いずれも横軸が撮影フレーム、縦軸が減光効果を示す概念のグラフである。ここで減光効果とは、高いほど光の透過率が低くなった状態を示す値である。なお、減光効果という表現を用いているが、露光量の削減状態を表現している。
7 to 9 are schematic conceptual diagrams illustrating a dimming adjustment method carried out by the ND control unit 9 of the
図7は、ECND制御部5が、ユーザにより設定された減光調節時間に応じて減光効果を変化させる動画撮影モードが選択されているときの、イメージャND機能とECNDフィルタ2の動作を示したものである。減光調節時間は、撮像装置100の不図示の背面液晶表示部をインターフェースとし、ユーザが任意に設定可能となっている。図7においては、フレーム000のある時刻T0において、減光効果として+3段分の変更指示がECND制御部5により与えられたものとする。また、目標露光量への減光調節にかかる減光調節時間は、「最速」に設定されているものとする。
FIG. 7 shows the operation of the imager ND function and the
撮像装置100は、時刻T0において減光効果の変更指示を受けると、撮像素子駆動制御部4とECND制御部5とが、イメージャND機能とECNDフィルタ2に対して、減光効果を増大させる指示をフレーム001の開始時刻である時刻T1において与える。図7(b)の点線のグラフは、ECND制御部5によって制御されたECNDフィルタ2による減光効果を示し、実線のグラフは、撮像素子駆動制御部4によって制御されたイメージャND機能による減光効果を示す。また、図7(a)の一点鎖線のグラフは、図7(b)に示すECNDフィルタ2とイメージャND機能による減光効果の総和を示す。
When the
ここでは、ECNDフィルタ2は3段分の減光効果を得るべく、時刻T1より印加電圧が変更され、静定時間である120フレーム後のフレーム121において、所望の3段分の減光効果の増大が完了する。ここでは、この+3段分の減光効果を得るためのに必要な120フレーム分の時間が、ECNDフィルタ2の静定時間に相当する。一方、時刻T0での輝度変化検出結果を受けて、撮像素子駆動制御部4は時刻T1から始まるフレーム001に対するイメージャND機能による減光効果を3段分増大させる。
Here, in order to obtain the dimming effect for three stages of the
また、フレーム002以降は、ECNDフィルタ2は目標露光量に向かうように制御され、ECNDフィルタ2による減光効果の、前のフレームからの変化量に相当する減光効果を、イメージャND機能による減光効果から低減するよう制御する。すなわち、ECNDフィルタ2による減光効果の変化に対応するように、イメージャND機能の減光効果を変化させていく。これにより、ECNDフィルタ2とイメージャND機能による減光効果の総和は、+3段分の効果を維持する形となる。前述の通り、イメージャND機能は1フレーム内において、露光時間内に取得される光電変換される光量のうち、所望の割合の光量に対する電荷を、時間方向に分散して取得する。つまり、1フレームの減光効果が、時間方向の分散的な取得によって決定されるため、イメージャND機能の減光効果はフレームごとに階段状に変化する。なお、イメージャND機能の減光効果を低減するには、図3に示す例の場合、転送パルスφTX1A(i)~φTX1A(i+2)がハイレベルである時間や回数を増やしていき、転送パルスφTX3(i)~φTX3(i+2)がハイレベルである時間や回数を減らしていく。
Further, after the frame 002, the
フレーム121にてECNDフィルタ2による減光効果が目標露光量である+3段分に達し、イメージャND機能による減光効果がT0の初期状態と同様となる。時刻T0での減光効果の変更指示に対して、次フレームの開始時刻である時刻T1において、イメージャND機能による減光効果が3段分発揮されることで、減光効果が発揮されるまでの「最速」の減光調節時間が実現される。このように、図7において、イメージャND機能、ECNDフィルタ2がともに目標露光量である+3段分の減光効果を目指して制御される。
At the frame 121, the dimming effect of the
図8も図7と同様に、ECND制御部5が、ユーザにより設定された減光調節時間に応じて減光効果を変化させる動画撮影モードが選択されているときの、イメージャND機能とECNDフィルタ2の動作を示したものである。図8においても、フレーム000の時刻T0において、減光効果として+3段分の変更指示がECND制御部5により与えられたものとする。また、目標露光量への減光調節にかかる減光調節時間は、「通常」に設定されているものとする。図8(b)の実線及び点線は、それぞれ、撮像素子駆動制御部4によって制御されたイメージャND機能の減光効果、ECND制御部5によって制御されたECNDフィルタ2の減光効果を示す。また、図8(a)の一点鎖線は、ECNDフィルタ2とイメージャND機能の減光効果の総和を示す。
Similar to FIG. 7, FIG. 8 also shows the imager ND function and the ECND filter when the
減光調節時間が「通常」に設定されている場合、図8に示す通り、フレーム001以降、イメージャND機能とECNDフィルタ2はほぼ同一の減光効果を発揮しながら、目標露光量である+3段分の減光効果を目指して並行して制御される。そして、60フレーム後のフレーム061において、イメージャND機能とECNDフィルタ2による減光効果の総和が目標露光量の+3段分の減光効果に達する。すると、フレーム062以降はECND制御部5が継続して目標露光量の+3段分の減光効果となるまでECNDフィルタ2を制御する。一方、ECNDフィルタ2による減光効果の前のフレームからの変化量に相当する減光効果を、イメージャND機能による減光効果から低減するように制御する。すなわち、ECNDフィルタ2の減光効果の変化に対応するように、イメージャND機能の減光効果を変化させていく。フレーム121にてECNDフィルタ2による減光効果が目標露光量である+3段分に達すると、イメージャND機能による減光効果はT0の初期状態と同様となる。なお、図8に示す例では、目標露光量に達するまで、イメージャND機能とECNDフィルタ2の減光効果をほぼ同一にする場合について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、それぞれの減光効果を徐々に上げるように制御すればよい。
When the dimming adjustment time is set to "normal", as shown in FIG. 8, after frame 001, the imager ND function and the
図9も図7及び図8と同様に、ECND制御部5が、ユーザにより設定された減光調節時間に応じて減光効果を変化させる動画撮影モードが選択されているときの、イメージャND機能とECNDフィルタ2の動作を示したものである。図9においても、フレーム00の時刻T0において、減光効果として+3段分の変更指示がECND制御部5により与えられたものとする。また、目標露光量への減光調節にかかる減光調節時間は、「低速」に設定されているものとする。図9(b)の実線及び点線は、それぞれ、撮像素子駆動制御部4によって制御されたイメージャND機能の減光効果、及び、ECND制御部5によって制御されたECNDフィルタ2の減光効果を示す。図8(a)の一点鎖線は、ECNDフィルタ2とイメージャND機能の減光効果の総和を示す。
Similar to FIGS. 7 and 8, FIG. 9 also has an imager ND function when the
減光調節時間が「低速」に設定されている場合、図9に示す通り、フレーム001以降、ECNDフィルタ2が静定時間よりも長い180フレーム分の時間をかけて、フレーム181において目標露光量である+3段分の減光効果に達する。この場合、イメージャND機能は初期状態を維持するよう制御されており、ECNDフィルタ2のみで目標露光量を達成する。すなわち、図9において、フレーム001からフレーム181の期間は、ECNDフィルタ2のみが目標露光量である+3段分の減光効果を目指して制御される。なお、図9に示す例では、ECNDフィルタ2が静定時間よりも長い180フレーム分の時間をかけて、目標露光量に到達する制御としたが、静定時間以上の時間であれば、当該制御を行うことができる。
When the dimming adjustment time is set to "low speed", as shown in FIG. 9, after frame 001, the
本実施形態においては、いずれの減光調節時間の設定に対しても、目標露光量に到達後、その減光効果を維持するのがECNDフィルタ2として説明してきた。しかしながら本発明はこれに限定されるものでは無く、イメージャND機能の効果を主として利用するものであってもよい。ただし、イメージャND機能は、露光時間を時間的に分散して生成される動画の1フレームであるため、被写体速度が著しく速い条件下では、被写体が画面内を移動する幅の中に、分散回数と同じエッジ像が生成され、動画の品位を損ねることもある。このような場合には、ECNDフィルタ2を主として利用するとよい。
In the present embodiment, it has been described as the
上記の通り本実施形態によれば、イメージャND機能とECNDフィルタ2による減光効果を制御することで、ユーザが所望する速度(減光調節時間)で減光制御を行うことができる。
As described above, according to the present embodiment, by controlling the dimming effect by the imager ND function and the
2:ECNDフィルタ、3:撮像素子、4:撮像素子駆動制御部、5:ECND制御部、9:ND制御部、11:EC着色検出部、20:垂直走査回路、50:フォトダイオード、51A:第1の転送トランジスタ、51B:第3の転送トランジスタ、52A:第2の転送トランジスタ、52B:第4の転送トランジスタ、53:第5の転送トランジスタ、57A:第1の信号保持部、57B:第2の信号保持部、58:浮遊拡散領域領域、100:撮像装置
2: ECND filter, 3: image pickup element, 4: image pickup element drive control unit, 5: ECND control unit, 9: ND control unit, 11: EC coloring detection unit, 20: vertical scanning circuit, 50: photodiode, 51A: 1st transfer transistor, 51B: 3rd transfer transistor, 52A: 2nd transfer transistor, 52B: 4th transfer transistor, 53: 5th transfer transistor, 57A: 1st signal holder, 57B:
Claims (14)
前記光学素子を介して入射した光を電荷に変換する光電変換部を有する撮像素子と、
予め決められた蓄積時間に、前記光電変換部により変換して得られた電荷の一部を蓄積するように前記撮像素子を駆動する駆動手段と、
露光量を目標露光量まで減らす場合に、前記駆動手段による電荷の蓄積量の制御と、前記光学素子の透過率を変更する制御とを組み合わせて、前記目標露光量となるように露光量を調節する制御手段と
を有することを特徴とする撮像装置。 Optical elements that can change the light transmittance,
An image sensor having a photoelectric conversion unit that converts light incident through the optical element into electric charges, and an image pickup device.
A driving means for driving the image pickup element so as to accumulate a part of the electric charge obtained by conversion by the photoelectric conversion unit at a predetermined storage time.
When the exposure amount is reduced to the target exposure amount, the exposure amount is adjusted so as to be the target exposure amount by combining the control of the charge accumulation amount by the driving means and the control of changing the transmittance of the optical element. An imaging device characterized by having a control means for performing an image.
前記光学素子を介して入射した光を電荷に変換する光電変換部を有する撮像素子と、
予め決められた蓄積時間に、前記光電変換部により変換して得られた電荷の一部を蓄積するように前記撮像素子を駆動する駆動手段と、
露光量を目標露光量まで減らす場合に、前記目標露光量に達するまでの速さを設定する設定手段と、
前記設定手段により設定された速さに基づいて、前記駆動手段による電荷の蓄積量の制御と、前記光学素子の透過率を変更する制御の少なくともいずれか一方により、前記目標露光量となるように露光量を調節する制御手段と
を有することを特徴とする撮像装置。 Optical elements that can change the light transmittance,
An image sensor having a photoelectric conversion unit that converts light incident through the optical element into electric charges, and an image pickup device.
A driving means for driving the image pickup element so as to accumulate a part of the electric charge obtained by conversion by the photoelectric conversion unit at a predetermined storage time.
When the exposure amount is reduced to the target exposure amount, the setting means for setting the speed until the target exposure amount is reached and the setting means.
Based on the speed set by the setting means, at least one of the control of the charge accumulation amount by the driving means and the control of changing the transmittance of the optical element so that the target exposure amount is obtained. An image pickup apparatus characterized by having a control means for adjusting an exposure amount.
前記駆動手段は、前記予め決められた蓄積時間において、前記第1の転送手段による前記信号保持手段への電荷の転送と、前記第2の転送手段による電荷の排出を交互に行って、電荷の蓄積量を制御することを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の撮像装置。 The image pickup device has a first transfer means for transferring the electric charge converted by the photoelectric conversion unit to the signal holding means, and a second transfer means for discharging the electric charge converted by the photoelectric conversion unit. death,
The driving means alternately transfers the charge to the signal holding means by the first transfer means and discharges the charge by the second transfer means at the predetermined storage time, so that the charge can be charged. The imaging device according to any one of claims 1 to 9, wherein the storage amount is controlled.
前記駆動手段は、前記検出された透過率に基づいて、前記電荷の蓄積量を制御することを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載の撮像装置。 Further having a detecting means for detecting the transmittance of the optical element,
The imaging device according to any one of claims 1 to 10, wherein the driving means controls the amount of accumulated charges based on the detected transmittance.
制御手段が、露光量を目標露光量まで減らす場合に、前記駆動手段による電荷の蓄積量の制御と、前記光学素子の透過率を変更する制御とを組み合わせて、前記目標露光量となるように露光量を調節する
ことを特徴とする撮像装置の制御方法。 An optical element capable of changing the light transmittance, an image sensor having a photoelectric conversion unit that converts light incident through the optical element into electric charges, and a predetermined storage time are converted by the photoelectric conversion unit. A control method for an image pickup device having a drive means for driving the image pickup element so as to accumulate a part of the obtained electric charge.
When the control means reduces the exposure amount to the target exposure amount, the control of the charge accumulation amount by the driving means and the control of changing the transmittance of the optical element are combined so as to obtain the target exposure amount. A control method for an image pickup device, which comprises adjusting an exposure amount.
設定手段が、露光量を目標露光量まで減らす場合に、前記目標露光量に達するまでの速さを設定する設定工程と、
制御手段が、前記設定工程により設定された速さに基づいて、前記駆動手段による電荷の蓄積量の制御と、前記光学素子の透過率を変更する制御の少なくともいずれか一方により、前記目標露光量となるように露光量を調節する制御工程と
を有することを特徴とする撮像装置の制御方法。 An optical element capable of changing the light transmittance, an image sensor having a photoelectric conversion unit that converts light incident through the optical element into electric charges, and a predetermined storage time are converted by the photoelectric conversion unit. A control method for an image pickup device having a drive means for driving the image pickup element so as to accumulate a part of the obtained electric charge.
When the setting means reduces the exposure amount to the target exposure amount, the setting step of setting the speed until the target exposure amount is reached, and
The control means controls the amount of charge accumulated by the driving means based on the speed set by the setting step, and controls for changing the transmittance of the optical element, thereby controlling the target exposure amount. A control method for an image pickup apparatus, which comprises a control step for adjusting an exposure amount so as to be.
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