(57)【要約】【課題】  撮像装置の露光制御において、露光時間が上限まで達したことに引き続いて、垂直走査期間を拡大してさらに露光時間の延長を可能とすると、フレームレートが低下する影響が大きい。【解決手段】  被写体が暗い場合に、まず垂直走査期間Ｖを標準値Ｖstとして露光時間Ｅを上限値Ｅmaxまで増加し（Ｐ６０）、次にＡＧＣ回路のゲインαを増加させる（Ｐ６２）。ゲインαが上限値αmaxに達しても、まだ画像が暗い場合に、垂直走査期間Ｖを拡大値Ｖexに切り換え、さらなる露光時間Ｅの延長を可能とする（Ｐ６４）。【選択図】        図３
2006050350.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体を撮影して画像信号を生成する撮像素子と、
前記撮像素子を所定のフレーム周期で繰り返し駆動可能な駆動部と、
前記画像信号に所定の信号処理を施して、出力画像信号を生成する信号処理部と、
前記出力画像信号の信号レベルをフィードバック制御する露光制御部と、
を有し、
前記駆動部は、前記フレーム周期に応じた範囲にて露光時間を伸縮して、露光ゲインを増減し、
前記信号処理部は、前記画像信号に所定範囲内の処理ゲインを乗じる、少なくとも１つの前段ゲイン制御回路を有し、
前記露光制御部は、
前記露光ゲイン及び前記処理ゲインの積に応じた前記出力画像信号の総合ゲインについて、小さい方から順に第１から第３区間を設定し、
前記第１区間では、前記フレーム周期を標準周期に設定し、前記駆動部による前記露光ゲインの増減により前記総合ゲインを制御し、
前記第２区間では、少なくとも１つの前記前段ゲイン制御回路の前記処理ゲインの増減により前記総合ゲインを制御し、
前記第３区間では、前記フレーム周期を前記標準周期より大きい拡大周期に設定し、前記駆動部による前記露光ゲインの増減により前記総合ゲインを制御すること、
を特徴とする撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の撮像装置において、
前記信号処理部は、前記画像信号に所定範囲内の処理ゲインを乗じる後段ゲイン制御回路を有し、
前記露光制御部は、前記第３区間の次に配置される第４区間にて、前記後段ゲイン制御回路の前記処理ゲインの増減により前記総合ゲインを制御すること、
を特徴とする撮像装置。
【請求項３】
被写体を撮影して画像信号を生成する撮像素子と、
前記撮像素子を所定のフレーム周期で繰り返し駆動可能な駆動部と、
前記画像信号に所定の信号処理を施して、出力画像信号を生成する信号処理部と、
予め設定された２つの制御モードのいずれかに従って、前記出力画像信号の信号レベルをフィードバック制御する露光制御部と、
前記制御モードを切り換える切り換え手段と、
を有し、
前記駆動部は、前記フレーム周期に応じた範囲にて露光時間を伸縮して、露光ゲインを増減し、
前記信号処理部は、
前記画像信号に所定範囲内の前段処理ゲインを乗じる前段ゲイン制御回路と、
前記画像信号に所定範囲内の後段処理ゲインを乗じる後段ゲイン制御回路と、
を有し、
前記露光制御部は、
前記露光ゲイン、前記前段処理ゲイン及び前記後段処理ゲインの積に応じた前記出力画像信号の総合ゲインについて、前記各制御モードそれぞれに対して、小さい方から順に第１から第４区間を設定し、
第１の前記制御モードでは、
その前記第１区間にて、前記フレーム周期を標準周期に設定し、前記駆動部による前記露光ゲインの増減により前記総合ゲインを制御する標準露光時間制御を行い、
その前記第２区間にて、前記フレーム周期を前記標準周期より大きい拡大周期に設定し、前記駆動部による前記露光ゲインの増減により前記総合ゲインを制御する拡大露光時間制御を行い、
その前記第３区間にて、前記前段処理ゲインの増減により前記総合ゲインを制御する前段処理ゲイン制御を行い、
その前記第４区間にて、前記後段処理ゲインの増減により前記総合ゲインを制御する後段処理ゲイン制御を行い、
第２の前記制御モードでは、
その第１区間にて、前記標準露光時間制御を行い、
その第２区間にて、前記前段処理ゲイン制御を行い、
その第３区間にて、前記後段処理ゲイン制御を行い、
その第４区間にて、前記拡大露光時間制御を行うこと、
を特徴とする撮像装置。
【請求項４】
被写体を撮影して画像信号を生成する撮像素子と、
前記撮像素子を所定のフレーム周期で繰り返し駆動可能な駆動部と、
前記画像信号に所定の信号処理を施して、出力画像信号を生成する信号処理部と、
予め設定された２つの制御モードのいずれかに従って、前記出力画像信号の信号レベルをフィードバック制御する露光制御部と、
前記制御モードを切り換える切り換え手段と、
を有し、
前記駆動部は、前記フレーム周期に応じた範囲にて露光時間を伸縮して、露光ゲインを増減し、
前記信号処理部は、
前記画像信号に所定範囲内の前段処理ゲインを乗じる前段ゲイン制御回路と、
前記画像信号に所定範囲内の後段処理ゲインを乗じる後段ゲイン制御回路と、
を有し、
前記露光制御部は、
前記露光ゲイン、前記前段処理ゲイン及び前記後段処理ゲインの積に応じた前記出力画像信号の総合ゲインについて、前記各制御モードそれぞれに対して、小さい方から順に第１から第４区間を設定し、
第１の前記制御モードでは、
その前記第１区間にて、前記フレーム周期を標準周期に設定し、前記駆動部による前記露光ゲインの増減により前記総合ゲインを制御する標準露光時間制御を行い、
その前記第２区間にて、前記フレーム周期を前記標準周期より大きい拡大周期に設定し、前記駆動部による前記露光ゲインの増減により前記総合ゲインを制御する拡大露光時間制御を行い、
その前記第３区間にて、前記前段処理ゲインの増減により前記総合ゲインを制御する前段処理ゲイン制御を行い、
その前記第４区間にて、前記後段処理ゲインの増減により前記総合ゲインを制御する後段処理ゲイン制御を行い、
第２の前記制御モードでは、
その第１区間にて、前記標準露光時間制御を行い、
その第２区間にて、前記前段処理ゲイン制御を行い、
その第３区間にて、前記拡大露光時間制御を行い、
その第４区間にて、前記後段処理ゲイン制御を行うこと、
を特徴とする撮像装置。
【請求項５】
被写体を撮影して画像信号を生成する撮像素子に接続され、前記撮像素子を所定のフレーム周期で繰り返し駆動可能な駆動部と、
前記撮像素子に接続され、前記画像信号に所定の信号処理を施して、出力画像信号を生成する信号処理部と、
前記出力画像信号の信号レベルをフィードバック制御する露光制御部と、
を有し、
前記駆動部は、前記フレーム周期に応じた範囲にて露光時間を伸縮して、露光ゲインを増減し、
前記信号処理部は、前記画像信号に所定範囲内の処理ゲインを乗じる、少なくとも１つの前段ゲイン制御回路を有し、
前記露光制御部は、
前記露光ゲイン及び前記処理ゲインの積に応じた前記出力画像信号の総合ゲインについて、小さい方から順に第１から第３区間を設定し、
前記第１区間では、前記フレーム周期を標準周期に設定し、前記駆動部による前記露光ゲインの増減により前記総合ゲインを制御し、
前記第２区間では、少なくとも１つの前記前段ゲイン制御回路の前記処理ゲインの増減により前記総合ゲインを制御し、
前記第３区間では、前記フレーム周期を前記標準周期より大きい拡大周期に設定し、前記駆動部による前記露光ゲインの増減により前記総合ゲインを制御すること、
を特徴とする撮像素子の制御回路。
【請求項６】
請求項５に記載の撮像素子の制御回路において、
前記信号処理部は、前記画像信号に所定範囲内の処理ゲインを乗じる後段ゲイン制御回路を有し、
前記露光制御部は、前記第３区間の次に配置される第４区間にて、前記後段ゲイン制御回路の前記処理ゲインの増減により前記総合ゲインを制御すること、
を特徴とする制御回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被写体を撮影する撮像装置に関し、特に被写体の明るさに対応して画像信号レベルを制御する露光制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラ等の撮像装置において、ＣＣＤ（Charge Coupled Device：電荷結合素子）イメージセンサ等の撮像素子から出力される画像信号は、被写体が暗い場合には信号レベルが低くなり、それに含まれるランダムノイズや暗電流等に起因するノイズ成分の影響が大きくなってＳ／Ｎ（Signal to Noise ratio：ＳＮ比）が劣化する。一方、被写体が明るく信号レベルが高い場合には、受光画素やＣＣＤシフトレジスタ等の飽和により、画像信号のダイナミックレンジが抑制される。
【０００３】
そのため、被写体の明るさが変化しても、得られる画像信号の信号レベルを好適な範囲内に維持する自動露光制御が行われる。この自動露光制御は、１つには、撮像素子の露光時間の伸縮によって行われる。また、画像信号を処理する画像信号処理回路における画像信号の増幅率（ゲイン）の制御によって、画像信号レベルを調整することもできる。
【０００４】
後者に関しては、画像信号処理回路には、撮像素子から出力されるアナログの画像信号を処理するアナログ信号処理回路と、その後段に設けられＡ／Ｄ変換後の画像信号を処理するデジタル信号処理回路とが設けられ、それぞれにおいてゲイン調整が行われる。具体的には、アナログ信号処理回路には、可変制御されるゲイン（アナログゲイン）で画像信号を増幅するＡＧＣ（Auto Gain Control：自動利得制御）回路が設けられ、一方、デジタル信号処理回路には、Ａ／Ｄ変換された画像データに、可変制御されるゲイン（デジタルゲイン）を乗じるＤＧＣ（Digital Gain Control：デジタルゲイン制御）回路が設けられる。
【０００５】
画像信号処理回路では、ＤＧＣ回路が出力する画像データが１画面単位で積分され、自動露光制御回路は、その積分結果に基づいて、撮像素子の駆動部を制御して露光時間を伸縮させたり、ＡＧＣ回路、ＤＧＣ回路の各ゲインを調節することによって、画像信号の１画面の平均レベルを所望の水準とするようにフィードバック制御を行う。
【０００６】
ここで、ＡＧＣ回路、ＤＧＣ回路により画像信号にゲインを乗じる処理は、ノイズ成分までも増幅する。これに対して、露光時間の伸長はノイズ増加の影響が小さい。そのため、被写体が暗い場合には、まず露光時間を延ばし、露光時間を上限値にしても画像信号レベルが不足する場合に、ＡＧＣ回路、ＤＧＣ回路のゲインを上げる。一方、画像信号レベルを下げる場合には、ＡＧＣ回路、ＤＧＣ回路のゲインを下げ、それらゲインを下限値に設定しても画像信号レベルが高すぎる場合に、露光時間を短縮する。
【０００７】
さて、上述のように、画像信号レベルを上げる際に、ＡＧＣ回路、ＤＧＣ回路のゲインの上昇はＳ／Ｎの維持の点で不利であるため、それらに優先して、露光時間の伸長での対応が図られる。しかし、設定可能な露光時間には、撮像装置が動画撮影において垂直走査期間Ｖに応じた所定のフレーム周期毎に撮影を行うことに起因して、垂直走査期間Ｖに応じて定まる上限が存在する。
【０００８】
このことに関して、露光時間がある垂直走査期間Ｖに応じた上限に達すると、垂直走査期間を拡大して、さらなる露光時間の伸長を可能とすることが考えられている。図５は、この従来の露光制御技術を説明する状態遷移図である。図において、横軸は露光制御のトータルゲインＧを表し、右向きがゲインが増加する向きである。このトータルゲインは露光時間の伸縮に応じた露光ゲインとＡＧＣ回路及びＤＧＣ回路それぞれの処理ゲインとの積に相当する。また、露光制御を行う複数の制御状態が、縦方向にずらして配置されている。信号レベルを目標水準に上げるために、まず露光時間Ｅを伸長するアイリス制御Ｐ２が実施される。その露光時間Ｅが上限値Ｅmaxに達すると、垂直走査期間Ｖを標準値Ｖstから値Ｖexに拡大した拡大アイリス制御Ｐ４が実施される。拡大アイリス制御Ｐ４では、露光時間Ｅはアイリス制御Ｐ２で設定された上限値Ｅmaxから、新たな垂直走査期間Ｖexに応じた上限値Ｅmax’まで伸長可能である。この拡大アイリス制御Ｐ４において露光時間Ｅが上限値Ｅmax’に達しても、まだ信号レベルが不十分である場合には、ＡＧＣ（Ｐ６）が行われ、そのゲインが基準値から増加される。さらにＡＧＣ（Ｐ６）のゲインを上限値に設定しても信号レベルが足りない場合には、ＤＧＣ（Ｐ８）が行われ、そのゲインが基準値から増加される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
露光制御では、被写体が暗くなるほど自動露光制御のトータルゲインが必要となる。すなわち、上述の図５では、左側は被写体が明るい側、右側が暗い側に対応する。上述の従来技術では、被写体が暗くなっていくと、ＡＧＣ回路やＤＧＣ回路のゲインを可変制御する前に、拡大アイリス制御Ｐ４が実施される。すなわち、被写体がまだ比較的明るい段階で、垂直走査期間が拡大され、フレームレートが低下することとなる。例えば、静止画の撮影では、撮影間隔が大きいことは比較的許容されるが、動画撮影やプレビューでは、画像が被写体の動きに滑らかに追随することが重要視され得るため、上述の従来技術が問題となることがあった。
【００１０】
本発明は上記問題点を解消するためになされたもので、撮像装置において、フレームレートの確保及びＳ／Ｎ劣化抑制が好適に図れる露光制御を可能とすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る撮像装置は、被写体を撮影して画像信号を生成する撮像素子と、前記撮像素子を所定のフレーム周期で繰り返し駆動可能な駆動部と、前記画像信号に所定の信号処理を施して、出力画像信号を生成する信号処理部と、前記出力画像信号の信号レベルをフィードバック制御する露光制御部と、を有し、前記駆動部が、前記フレーム周期に応じた範囲にて露光時間を伸縮して、露光ゲインを増減し、前記信号処理部が、前記画像信号に所定範囲内の処理ゲインを乗じる、少なくとも１つの前段ゲイン制御回路を有し、前記露光制御部が、前記露光ゲイン及び前記処理ゲインの積に応じた前記出力画像信号の総合ゲインについて、小さい方から順に第１から第３区間を設定し、前記第１区間では、前記フレーム周期を標準周期に設定し、前記駆動部による前記露光ゲインの増減により前記総合ゲインを制御し、前記第２区間では、少なくとも１つの前記前段ゲイン制御回路の前記処理ゲインの増減により前記総合ゲインを制御し、前記第３区間では、前記フレーム周期を前記標準周期より大きい拡大周期に設定し、前記駆動部による前記露光ゲインの増減により前記総合ゲインを制御する。
【００１２】
他の本発明に係る撮像装置においては、前記信号処理部が、前記画像信号に所定範囲内の処理ゲインを乗じる後段ゲイン制御回路を有し、前記露光制御部が、前記第３区間の次に配置される第４区間にて、前記後段ゲイン制御回路の前記処理ゲインの増減により前記総合ゲインを制御する。
【００１３】
別の本発明に係る撮像装置は、被写体を撮影して画像信号を生成する撮像素子と、前記撮像素子を所定のフレーム周期で繰り返し駆動可能な駆動部と、前記画像信号に所定の信号処理を施して、出力画像信号を生成する信号処理部と、予め設定された２つの制御モードのいずれかに従って、前記出力画像信号の信号レベルをフィードバック制御する露光制御部と、前記制御モードを切り換える切り換え手段と、を有し、前記駆動部が、前記フレーム周期に応じた範囲にて露光時間を伸縮して、露光ゲインを増減し、前記信号処理部が、前記画像信号に所定範囲内の前段処理ゲインを乗じる前段ゲイン制御回路と、前記画像信号に所定範囲内の後段処理ゲインを乗じる後段ゲイン制御回路と、を有し、前記露光制御部が、前記露光ゲイン、前記前段処理ゲイン及び前記後段処理ゲインの積に応じた前記出力画像信号の総合ゲインについて、前記各制御モードそれぞれに対して、小さい方から順に第１から第４区間を設定し、第１の前記制御モードでは、その前記第１区間にて、前記フレーム周期を標準周期に設定し、前記駆動部による前記露光ゲインの増減により前記総合ゲインを制御する標準露光時間制御を行い、その前記第２区間にて、前記フレーム周期を前記標準周期より大きい拡大周期に設定し、前記駆動部による前記露光ゲインの増減により前記総合ゲインを制御する拡大露光時間制御を行い、その前記第３区間にて、前記前段処理ゲインの増減により前記総合ゲインを制御する前段処理ゲイン制御を行い、その前記第４区間にて、前記後段処理ゲインの増減により前記総合ゲインを制御する後段処理ゲイン制御を行い、第２の前記制御モードでは、その第１区間にて、前記標準露光時間制御を行い、その第２区間にて、前記前段処理ゲイン制御を行い、その第３区間にて、前記後段処理ゲイン制御を行い、その第４区間にて、前記拡大露光時間制御を行う。
【００１４】
さらに別の本発明に係る撮像装置は、被写体を撮影して画像信号を生成する撮像素子と、前記撮像素子を所定のフレーム周期で繰り返し駆動可能な駆動部と、前記画像信号に所定の信号処理を施して、出力画像信号を生成する信号処理部と、予め設定された２つの制御モードのいずれかに従って、前記出力画像信号の信号レベルをフィードバック制御する露光制御部と、前記制御モードを切り換える切り換え手段と、を有し、前記駆動部が、前記フレーム周期に応じた範囲にて露光時間を伸縮して、露光ゲインを増減し、前記信号処理部が、前記画像信号に所定範囲内の前段処理ゲインを乗じる前段ゲイン制御回路と、前記画像信号に所定範囲内の後段処理ゲインを乗じる後段ゲイン制御回路と、を有し、前記露光制御部が、前記露光ゲイン、前記前段処理ゲイン及び前記後段処理ゲインの積に応じた前記出力画像信号の総合ゲインについて、前記各制御モードそれぞれに対して、小さい方から順に第１から第４区間を設定し、第１の前記制御モードでは、その前記第１区間にて、前記フレーム周期を標準周期に設定し、前記駆動部による前記露光ゲインの増減により前記総合ゲインを制御する標準露光時間制御を行い、その前記第２区間にて、前記フレーム周期を前記標準周期より大きい拡大周期に設定し、前記駆動部による前記露光ゲインの増減により前記総合ゲインを制御する拡大露光時間制御を行い、その前記第３区間にて、前記前段処理ゲインの増減により前記総合ゲインを制御する前段処理ゲイン制御を行い、その前記第４区間にて、前記後段処理ゲインの増減により前記総合ゲインを制御する後段処理ゲイン制御を行い、第２の前記制御モードでは、その第１区間にて、前記標準露光時間制御を行い、その第２区間にて、前記前段処理ゲイン制御を行い、その第３区間にて、前記拡大露光時間制御を行い、その第４区間にて、前記後段処理ゲイン制御を行う。
【００１５】
本発明に係る撮像素子の制御回路は、被写体を撮影して画像信号を生成する撮像素子に接続され、前記撮像素子を所定のフレーム周期で繰り返し駆動可能な駆動部と、前記撮像素子に接続され、前記画像信号に所定の信号処理を施して、出力画像信号を生成する信号処理部と、前記出力画像信号の信号レベルをフィードバック制御する露光制御部と、を有し、前記駆動部が、前記フレーム周期に応じた範囲にて露光時間を伸縮して、露光ゲインを増減し、前記信号処理部が、前記画像信号に所定範囲内の処理ゲインを乗じる、少なくとも１つの前段ゲイン制御回路を有し、前記露光制御部が、前記露光ゲイン及び前記処理ゲインの積に応じた前記出力画像信号の総合ゲインについて、小さい方から順に第１から第３区間を設定し、前記第１区間では、前記フレーム周期を標準周期に設定し、前記駆動部による前記露光ゲインの増減により前記総合ゲインを制御し、前記第２区間では、少なくとも１つの前記前段ゲイン制御回路の前記処理ゲインの増減により前記総合ゲインを制御し、前記第３区間では、前記フレーム周期を前記標準周期より大きい拡大周期に設定し、前記駆動部による前記露光ゲインの増減により前記総合ゲインを制御する。
【００１６】
他の本発明に係る撮像素子の制御回路においては、前記信号処理部が、前記画像信号に所定範囲内の処理ゲインを乗じる後段ゲイン制御回路を有し、前記露光制御部が、前記第３区間の次に配置される第４区間にて、前記後段ゲイン制御回路の前記処理ゲインの増減により前記総合ゲインを制御する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、被写体が比較的暗くなるまで、フレーム周期が標準周期に維持される。すなわち、フレームレートが確保される。また、必要な総合ゲイン幅のうちの一部をフレーム周期を拡大周期にした露光時間の伸縮制御が担うので、ＡＧＣやＤＧＣといったゲイン制御回路が担うゲイン幅を相対的に小さくでき、Ｓ／Ｎ劣化の抑制を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）について、図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１は、本発明の実施形態に係る撮像装置の概略の構成を示すブロック図である。この撮像装置は、ＣＣＤイメージセンサ等の撮像素子１０、撮像素子１０を駆動する駆動部１２、及び画像信号処理部１４を含んで構成される。
【００２０】
画像信号処理部１４は、撮像素子１０から出力された画像信号に基づいて、輝度信号等を生成して表示装置（図示せず）等へ出力するほか、露光状態を判定して、撮像素子１０を駆動する駆動部１２を制御する。撮像素子１０から画像信号処理部１４に入力された画像信号は、アナログ信号処理回路２０に入力される。
【００２１】
アナログ信号処理回路２０は、可変制御される処理ゲイン（アナログゲイン）で画像信号を増幅するＡＧＣ回路３０を備え、自動利得制御を行う。また、アナログ信号処理回路２０は、サンプルホールド等の処理を画像信号に施す。Ａ／Ｄ変換回路２２はアナログ信号処理回路２０から出力される画像信号をデジタルデータに変換して、画像データを出力する。
【００２２】
デジタル信号処理回路２４はＡ／Ｄ変換回路２２から画像データを取り込み、各種の処理を行う。ここでは、デジタル信号処理回路２４は、ＤＧＣ回路３２を備え、画像データに処理ゲイン（デジタルゲイン）を乗じて増幅する処理を行う。また、デジタル信号処理回路２４は、低域通過フィルタ（ＬＰＦ：Low Pass Filter）３４を備える。ＬＰＦ３４は撮像素子１０から得られる画像信号から輝度信号成分を取り出すと共に、モアレノイズ、ランダムノイズ、横引きノイズといったノイズ成分を除去、低減する。ＤＧＣ回路３２の出力はＬＰＦ３４に入力され、ＬＰＦ３４にて取り出された輝度信号成分が画像データとしてガンマ補正回路３６に入力される。
【００２３】
ガンマ補正回路３６はＬＰＦ３４からの画像データに対して、非線形変換特性に基づいて信号レベルを変換する階調補正処理を行う。
【００２４】
積分回路３８は、ＤＧＣ回路３２が出力する画像データを１画面単位で積分し、自動露光制御回路４０は、その積分結果に基づいて露光時間Ｅを伸縮制御する。駆動部１２は自動露光制御回路４０での露光時間制御の結果を受けて、撮像素子１０での電子シャッタ動作等のタイミングを制御し、目的とする露光時間での撮像動作を実現する。また、駆動部１２は、自動露光制御回路４０の制御の下、垂直走査期間を変更する。例えば、垂直走査期間Ｖは、水平走査期間毎のパルスＨＤのカウント数で定義され、レジスタに設定される当該カウント数を変更することで垂直走査期間が変えられる。ここでは、標準の垂直走査期間をＶst、延長され拡大された垂直走査期間をＶexと表す。
【００２５】
また、自動露光制御回路４０は、積分回路３８での積分結果に基づいて、ＡＧＣ回路３０での画像信号に対する処理ゲイン（アナログゲインα）、及びＤＧＣ回路３２での画像データに乗じられる処理ゲイン（デジタルゲインβ）を制御する。自動露光制御回路４０は、後述するように３つの制御モードを提供可能であり、モード切換回路４２は、自動露光制御回路４０に対し、モード切換信号を与える。
【００２６】
モード切換回路４２は、例えば、スイッチ切換等によるユーザの選択動作に応じてモード切換信号を発生することができる。
【００２７】
次に、自動露光制御回路４０による露光制御を説明する。３つの制御モードのうち第１の制御モードは、図５を用いて説明したものと基本的に同じであるが、ここではさらに詳しく説明する。図２は、第１制御モードの露光制御を説明する状態遷移図である。図において、横軸は露光制御の総合ゲイン（トータルゲイン）Ｇを表し、右向きがゲインが増加する向きである。このトータルゲインＧは露光時間Ｅとゲインα及びβとの積に相当する。
【００２８】
自動露光制御回路４０は、それぞれアイリス制御Ｐ５０、拡大アイリス制御Ｐ５２、ＡＧＣ（Ｐ５４）及びＤＧＣ（Ｐ５６）を行う４つの露光制御状態をゲインに応じて切り換える。
【００２９】
ここで、アイリス制御Ｐ５０と拡大アイリス制御Ｐ５２との間では、垂直走査期間Ｖが不連続に切り換えられることに関係して、制御Ｐ５０，Ｐ５２相互間の状態遷移が不安定となりやすい。そこでその安定性を確保するために、制御Ｐ５０、Ｐ５２相互間の遷移にはヒステリシスが設けられる。具体的には、自動露光制御回路４０は、ゲインＧの上昇過程では、垂直走査期間Ｖを標準値Ｖに設定して露光時間ＥをＥmaxまで増加させると（制御Ｐ５０）、さらにトータルゲインＧを上げるために、垂直走査期間Ｖを拡大値Ｖexに切り換えて、露光時間ＥをＥmaxからさらに増加させる（制御Ｐ５２）。一方、ゲインＧの下降過程では、垂直走査期間Ｖを拡大値Ｖexに設定した状態で、露光期間Ｅを下限値Ｅmin’まで減少させる（制御Ｐ５２）。ヒステリシスを持たせるために、この下限値Ｅmin’は制御Ｐ５０の上限値Ｅmaxより小さめに設定される。露光時間がＥmin’に達すると（制御Ｐ５２）、垂直走査期間Ｖを標準値Ｖstに切り換えて、露光時間ＥをＥmin’からさらに減少させる（制御Ｐ５０）。すなわち、Ｅmax、Ｅmin’はΔＥ（≡Ｅmax−Ｅmin’）だけずらして設定され、ΔＥは制御Ｐ５０，Ｐ５２相互間の状態遷移の安定性が得られるように定められる。
【００３０】
制御Ｐ５２以降のゲインＧの上昇過程では、まず、制御Ｐ５２にて、露光時間が上限値Ｅmax’まで増加され、次に制御Ｐ５４へ遷移する。制御Ｐ５４では、Ｖ＝Ｖex、Ｅ＝Ｅmax’に維持しつつ、ゲインαを現状のαminから増加させる。αがαmaxに達すると、制御Ｐ５６へ遷移する。制御Ｐ５６では、Ｖ＝Ｖex、Ｅ＝Ｅmax’、α＝αmaxに維持しつつ、ゲインβを現状のβminから上限値βmaxまで増加させる。一方、下降過程では、制御Ｐ５６、Ｐ５４、Ｐ５２の順に、上昇過程の逆過程での制御が行われる。制御Ｐ５２からＰ５０への制御は、上述した通りである。
【００３１】
図３は、第２の制御モードの露光制御を説明する状態遷移図である。この制御モードでは、ゲインＧの上昇過程にて、アイリス制御Ｐ６０、ＡＧＣ（Ｐ６２）、拡大アイリス制御Ｐ６４、及びＤＧＣ（Ｐ６６）の４つの露光制御が順に行われ、下降過程では逆順の制御が行われる。この場合も、垂直走査期間の切り換え時の安定性確保のため、制御にヒステリシスが設けられる。当該制御モードでは、垂直走査期間の切り換えは、制御Ｐ６２、Ｐ６４間で行われるため、これら２つの制御状態間の遷移に関してヒステリシスが設けられる。
【００３２】
念のため、この第２制御モードをさらに具体的に説明する。上昇過程では、自動露光制御回路４０は、まず垂直走査期間Ｖを標準値Ｖstに設定して露光時間Ｅを増加させる。露光時間ＥがＥmaxに達すると（制御Ｐ６０）、Ｅ＝Ｅmaxに維持しつつ、ゲインαを現状のαminから上限値αmaxまで増加させる（制御Ｐ６２）。αがαmaxに達すると、垂直走査期間Ｖが拡大値Ｖexに切り換えられ、露光時間ＥをＥmaxから上限値Ｅmax’まで増加させる（制御Ｐ６４）。露光時間Ｅが上限値Ｅmax’に達すると（制御Ｐ６４）、Ｖ＝Ｖex、Ｅ＝Ｅmax’、α＝αmaxに維持しつつ、ゲインβを現状のβminから上限値βmaxまで増加させる（制御Ｐ６６）。
【００３３】
一方、下降過程では、制御Ｐ６６から制御Ｐ６４に至る露光制御、及び制御Ｐ６２から制御Ｐ６０に至る露光制御は、基本的には上記上昇過程の逆過程に沿って行われる。制御Ｐ６４から制御Ｐ６２への遷移には上述のようにヒステリシスが設けられる。具体的にこの遷移では、垂直走査期間Ｖを拡大値Ｖexに設定した状態で、露光期間ＥをＥmaxまで減少させる（制御Ｐ６４）。露光時間がＥmaxに達すると、Ｖ＝Ｖex、Ｅ＝Ｅmaxに維持しつつ、ゲインαを現状のαmaxからαtrまで減少させる（Ｐ６２）。例えば、αtrは、Ｖ＝Ｖex、Ｅ＝Ｅmax、α＝αtrでのトータルゲインＧが基本的にＶ＝Ｖex、Ｅ＝Ｅmin’、α＝αmaxでのトータルゲインＧに等しくなることに基づいて定められる。ゲインαがαtrに達すると、垂直走査期間Ｖを標準値Ｖstに切り換えて、Ｅ＝Ｅmaxに維持しつつ、ゲインαをαtrからさらに減少させる（制御Ｐ６２）。
【００３４】
図４は、第３の制御モードの露光制御を説明する状態遷移図である。この制御モードでは、ゲインＧの上昇過程にて、アイリス制御Ｐ７０、ＡＧＣ（Ｐ７２）、ＤＧＣ（Ｐ７４）、及び拡大アイリス制御Ｐ７６の４つの露光制御が順に行われ、下降過程では逆順の制御が行われる。この場合も、垂直走査期間の切り換え時の安定性確保のため、制御にヒステリシスが設けられる。当該制御モードでは、垂直走査期間の切り換えは、制御Ｐ７４、Ｐ７６間で行われるため、これら２つの制御状態間の遷移に関してヒステリシスが設けられる。
【００３５】
念のため、この第３制御モードをさらに具体的に説明する。上昇過程では、自動露光制御回路４０は、まず垂直走査期間Ｖを標準値Ｖstに設定して露光時間Ｅを増加させる。露光時間ＥがＥmaxに達すると（制御Ｐ７０）、Ｅ＝Ｅmaxに維持しつつ、ゲインαを現状のαminから上限値αmaxまで増加させる（制御Ｐ７２）。αがαmaxに達すると、Ｖ＝Ｖst、Ｅ＝Ｅmax、α＝αmaxに維持しつつ、ゲインβを現状のβminから上限値βmaxまで増加させる（制御Ｐ７４）。βがβmaxに達すると、垂直走査期間Ｖが拡大値Ｖexに切り換えられ、露光時間ＥをＥmaxから上限値Ｅmax’まで増加させる（制御Ｐ７６）。
【００３６】
一方、下降過程では、垂直走査期間Ｖを拡大値Ｖexに設定した状態で、露光期間ＥをＥmaxまで減少させる（制御Ｐ７６）。露光時間がＥmaxに達すると、Ｖ＝Ｖex、Ｅ＝Ｅmaxに維持しつつ、ゲインβを現状のβmaxからβtrまで減少させる（Ｐ７４）。例えば、βtrは、Ｖ＝Ｖex、Ｅ＝Ｅmax、β＝βtrでのトータルゲインＧが基本的にＶ＝Ｖex、Ｅ＝Ｅmin’、β＝βmaxでのトータルゲインＧに等しくなることに基づいて定められる。ゲインβがβtrに達すると、垂直走査期間Ｖを標準値Ｖstに切り換えて、Ｅ＝Ｅmaxに維持しつつ、ゲインβをβtrからさらに減少させる（制御Ｐ７４）。制御Ｐ７４から制御Ｐ７０に至る露光制御は、上記上昇過程の逆過程に沿って行われる。
【００３７】
図２〜図４を用いて説明した３つの制御モードは、上述のようにモード切換回路４２を介して、例えばユーザ選択される。第２制御モードは第１制御モードに比べて、ゲインＧが高い領域にて垂直走査期間が拡大値Ｖexとされる。つまり、第２制御モードにおいてフレームレートが低くなるゲインＧの範囲は、第１制御モードに比べて狭く、かつ被写体がより暗い側に限定される。同様に、第３制御モードは第２制御モードに比べて、フレームレートが低くなるゲインＧの範囲が狭く、かつ被写体がより暗い側に限定される。このように、第１制御モードより第２制御モード、また第２制御モードより第３制御モードがフレームレート優先の撮影に適しており、３つの制御モードはそれらの相違が生かされるように選択される。
【００３８】
例えば、静止画撮影ではフレームレートを確保する必要性が低いので、第１制御モードを用いることができ、これにより良好な画質での撮影が可能である。一方、動画撮影やプレビューでは、フレームレートが落ちないようにすることが好適であり、第２又は第３制御モードが採用され得る。例えば、被写体の動きが比較的緩やかである場合には、第２制御モードを採用し、被写体の動きが比較的速い場合には、第３制御モードを採用することができる。
【００３９】
なお、上述の構成は、例えば、ゲインＧの増加に際して、ＡＧＣ回路３０のゲインαを制御した後に、ＤＧＣ回路３２のゲインβを制御するものであったが、これらゲインα、βの制御順序を入れ換えた構成も可能である。また、制御Ｐ５０，Ｐ５２相互間、制御Ｐ６２，Ｐ６４相互間、制御Ｐ７４，Ｐ７６相互間の遷移がヒステリシスを持たない構成も可能である。
【００４０】
また、上述の構成は第１〜第３制御モードを備え、それらを相互に切り換え可能な構成であったが、上述の第１制御モード及び第２制御モードの２つを備え、それらを相互に切り換え可能な構成や、第１制御モード及び第３制御モードの２つを備え、それらを相互に切り換え可能な構成としてもよい。その場合、例えば、静止画撮影時に第１制御モード、動画撮影時等に第２又は第３制御モードを用いることができる。さらに、例えば、撮像装置が静止画撮影機能を備えず動画撮影だけを行うものであるような場合には、第２制御モード、第３制御モードのいずれか１つ、又はそれらを相互に切り換え可能な構成として、フレームレートを優先した露光制御としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施形態に係る撮像装置の概略の構成を示すブロック図である。
【図２】第１制御モードの露光制御を説明する状態遷移図である。
【図３】第２制御モードの露光制御を説明する状態遷移図である。
【図４】第３制御モードの露光制御を説明する状態遷移図である。
【図５】従来の露光制御技術を説明する状態遷移図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０  撮像素子、１２  駆動部、１４  画像信号処理部、２０  アナログ信号処理回路、２２  Ａ／Ｄ変換回路、２４  デジタル信号処理回路、３０  ＡＧＣ回路、３２  ＤＧＣ回路、３４  ＬＰＦ、３６  ガンマ補正回路、３８  積分回路、４０  自動露光制御回路、４２  モード切換回路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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