(57)【要約】【課題】ＥＣ素子を用いて光量制御を行う際に、色バランスの変化およびムラを低減して良好なＮＤ効果を得る。【解決手段】撮像素子３は２次元マトリックス状に配列された複数の画素を備え、画素の各々は光学像を電荷に変換する光電変換部と、光電変換部の電荷を蓄積する蓄積部と、光電変換部から蓄積部に電荷を転送する第１の転送部と、光電変換部の電荷を電荷排出部に転送する第２の転送部とを有する。ＥＣ素子の着色に応じて撮像素子の露光量が調整され、撮像素子駆動制御部４は第１の転送部および第２の転送部による転送を選択的に行って撮像素子の露光量を調整する際、ＥＣ素子の着色の状態と画像信号とに基づいて露光量の調整を行う。【選択図】図１
2018101937.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学像に応じた画像信号を出力する撮像素子を備える撮像装置であって、
前記撮像素子は２次元マトリックス状に配列された複数の画素を備えており、
前記画素の各々は前記光学像を電荷に変換する光電変換部と、前記光電変換部の電荷を蓄積する蓄積部と、前記光電変換部から前記蓄積部に前記電荷を転送する第１の転送部と、前記光電変換部の電荷を電荷排出部に転送する第２の転送部とを有し、
前記第１の転送部および前記第２の転送部による転送を選択的に行って、前記撮像素子の露光量を調整する第１の制御手段と、
エレクトロクロミック素子の着色に応じて前記撮像素子の露光量を調整する第２の制御手段と、を有し、
前記第１の制御手段は、前記エレクトロクロミック素子の着色の状態と前記画像信号とに基づいて前記露光量の調整を行うことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記第１の制御手段は前記撮像素子の行毎に前記画素を駆動制御することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記画素は、複数の前記蓄積部、前記第１の転送部、および前記第２の転送部を備えており、
前記第１の制御手段は、前記複数の蓄積部の出力を加算又は減算する際、列毎に前記画素の駆動制御を変更することを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記エレクトロクロミック素子の着色に関する着色情報が記録された記憶手段を備え、
前記第１の制御手段は、前記エレクトロクロミック素子の着色の状態を前記着色情報を用いて判定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。
【請求項５】
前記エレクトロクロミック素子の着色状態を検出する着色状態検出手段を備えていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記光電変換部は赤、緑、又は青のカラーフィルタを介して前記光学像を受光しており、
前記第１の制御手段は、前記画像信号の赤、緑、および青の出力特性に応じて前記露光量の調整を行う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。
【請求項７】
前記画素は、前記蓄積部に蓄積された電荷を浮遊拡散領域へ転送するための第３の転送部と、前記浮遊拡散領域の電荷を増幅するための増幅部とを有していることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記第１の制御手段は、１フレーム時間において前記露光量を調整することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項９】
２次元マトリックス状に配列された複数の画素を備え、前記画素の各々は光学像を電荷に変換する光電変換部と、前記光電変換部の電荷を蓄積する蓄積部と、前記光電変換部から前記蓄積部に前記電荷を転送する第１の転送部と、前記光電変換部の電荷を電荷排出部に転送する第２の転送部とを有し、前記光学像に応じた画像信号を出力する撮像素子を備える撮像装置の制御方法であって、
前記第１の転送部および前記第２の転送部による転送を選択的に行って、前記撮像素子の露光量を調整する第１の制御ステップと、
エレクトロクロミック素子の着色に応じて前記撮像素子の露光量を調整する第２の制御ステップと、を有し、
前記第１の制御ステップでは、前記エレクトロクロミック素子の着色の状態と前記画像信号とに基づいて前記露光量の調整を行うことを特徴とする制御方法。
【請求項１０】
２次元マトリックス状に配列された複数の画素を備え、前記画素の各々は光学像を電荷に変換する光電変換部と、前記光電変換部の電荷を蓄積する蓄積部と、前記光電変換部から前記蓄積部に前記電荷を転送する第１の転送部と、前記光電変換部の電荷を電荷排出部に転送する第２の転送部とを有し、前記光学像に応じた画像信号を出力する撮像素子を備える撮像装置で用いられる制御プログラムであって、
前記撮像装置が備えるコンピュータに、
前記第１の転送部および前記第２の転送部による転送を選択的に行って、前記撮像素子の露光量を調整する第１の制御ステップと、
エレクトロクロミック素子の着色に応じて前記撮像素子の露光量を調整する第２の制御ステップと、を実行させ、
前記第１の制御ステップでは、前記エレクトロクロミック素子の着色の状態と前記画像信号とに基づいて前記露光量の調整を行うことを特徴とする制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置、その制御方法、および制御プログラムに関し、特に、撮影の際に光量の透過率を制御する撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、デジタルカメラなどの撮像装置において、極めて明るい環境下における撮影の際に、撮影光量の透過率を低下させて撮影する手法が知られている。当該手法は、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を表現する際又は長秒露光を行っても飽和を発生させずに被写体の動いた軌跡（例えば、滝）を表現する際に用いられる。
【０００３】
従来、撮影光量を調整する際には、ＮＤフィルタなどの光学フィルタを用いて減光を行っている。一方、近年、エレクトロクロミック（以下ＥＣと呼ぶ）素子などを用いた着色および消色手法を活用して、ＮＤフィルタと同様の効果を得る技術が知られている（特許文献１及び２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００１−５１９９２２号公報
【特許文献２】特開平６−３０１０６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、特許文献１などに記載のＥＣ素子を通電駆動制御によって着色・消色することによって、特許文献２に記載のＮＤフィルタとして活用する場合には、次のような問題点がある。
【０００６】
ＥＣ素子においては、ＥＣ層のＥＣ分子の酸化還元電位および拡散係数の相違などによって、着色の際の色バランスがＥＣ層で均一とならないことがある。さらには、着色の度合いに応じて光透過率の波長依存が変化することがある。このような事態が生じると、撮影範囲において透過率ムラが生じて、ＮＤ効果段数に応じて色バランスが崩れるなどの不都合が発生する。
【０００７】
従って、本発明の目的は、ＥＣ素子を用いて光量制御を行う際に、色バランスの変化およびムラを低減して良好なＮＤ効果を得ることができる撮像装置、その制御方法、および制御プログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するため、本発明による撮像装置は、光学像に応じた画像信号を出力する撮像素子を備える撮像装置であって、前記撮像素子は２次元マトリックス状に配列された複数の画素を備えており、前記画素の各々は前記光学像を電荷に変換する光電変換部と、前記光電変換部の電荷を蓄積する蓄積部と、前記光電変換部から前記蓄積部に前記電荷を転送する第１の転送部と、前記光電変換部の電荷を電荷排出部に転送する第２の転送部とを有し、前記第１の転送部および前記第２の転送部による転送を選択的に行って、前記撮像素子の露光量を調整する第１の制御手段と、エレクトロクロミック素子の着色に応じて前記撮像素子の露光量を調整する第２の制御手段と、を有し、前記第１の制御手段は、前記エレクトロクロミック素子の着色の状態と前記画像信号とに基づいて前記露光量の調整を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、エレクトロクロミック素子を用いて光量制御を行う際に、色バランスの変化およびムラを低減して良好なＮＤ効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態による撮像装置の一例についてその構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す撮像素子の一部分についてその回路構成を示す図である。
【図３】図２に示す撮像素子によって行われるイメージャＮＤ機能について説明するためのタイミングチャートである。
【図４】図２に示す撮像素子の蓄積時間終了までの画素のポテンシャル状態を示す図である。
【図５】図３に示すパルスφＴＸ１Ａ（ｎ）およびφＴＸ１Ａ（ｎ＋１）について時刻ｔ３からｔ５までの状態を詳細に示すタイミングチャートである。
【図６】図１に示すＥＣＮＤ部の構成についてその一例を示す断面図である。
【図７】図６に示すＥＣＮＤ部における光波長と光透過率との関係を示す図である。
【図８】図１に示すカメラにおけるＥＣＮＤ制御および撮像素子駆動制御を説明するためのフローチャートである。
【図９】図２に示す撮像素子３において行われる電荷蓄積および読み出しの一例を説明するためのタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明の実施の形態による撮像装置の一例について図面を参照して説明する。
【００１２】
図１は、本発明の実施の形態による撮像装置の一例についてその構成を示すブロック図である。
【００１３】
図示の撮像装置は、例えば、デジタルカメラ（以下単にカメラと呼ぶ）１０００であり、光学像が撮影光学系１を介して撮像素子３に結像する。後述するように、撮像素子３は、第１のＮＤ部として機能（イメージャＮＤ部）し、露光量を蓄積時間および蓄積回数の制御に応じて調整する。なお、撮像素子３による露光量調整は、撮像素子駆動制御部４によって行われる。
【００１４】
図示のように、撮影光学系１と撮像素子３との間には、第２のＮＤ部であるＥＣＮＤ部２が配設されている。ＥＣＮＤ部２は、撮像素子３に結像する光学像の露光量を、ＥＣＮＤ部２に組み込まれたエレクトロクロミック素子（ＥＣ素子）の着色駆動制御によって調整する。後述するように、ＥＣＮＤ部２による露光量制御は、ＥＣＮＤ制御部（図示せず）によって行われる。
【００１５】
撮像素子駆動制御部４は、ＥＣＮＤ部２に備えられたＥＣ素子の着色状態を検出するＥＣ着色検出部５による検出結果と記憶部６に記録されたＥＣＮＤ部２の特性値とに基づいて撮像素子３を制御する。
【００１６】
撮像素子３は光電変換によって光学像に応じた画像信号を出力する。画像処理部７は、当該画像信号に対して現像処理などの所定の画像処理を行い、その結果得られた画像データをメモリ８に保存する。
【００１７】
図２は、図１に示す撮像素子の一部分についてその回路構成を示す図である。
【００１８】
撮像素子３は、例えば、ＣＭＯＳイメージセンサである。図示の例では、撮像素子３は２次元マトリックス状に配列された複数の画素を有し、ここでは、１行１列目（１，１）の画素と最終行であるｎ行１列目（ｎ、１）の画素とが示されている（ｎは２以上の整数）。なお、１行１列目（１，１）の画素とｎ行１列目（ｎ、１）の画素との構成は同様であるので、ここでは同一の参照番号が付されている。
【００１９】
画素は、フォトダイオード（ＰＤ：光電変換部）５００に対して２つの信号保持部（蓄積部）５０７Ａおよび５０７Ｂを有している。なお、信号保持部を備えるＣＭＯＳイメージセンサについては、例えば、特開２０１３−１７２２１０号公報に記載されているので、ここでは説明を省略する。
【００２０】
図２において、画素は、ＰＤ５００、第１の転送トランジスタ５０１Ａ、第１の信号保持部５０７Ａ、第２の転送トランジスタ５０２Ａ、第３の転送トランジスタ５０１Ｂ、第２の信号保持部５０７Ｂ、および第４の転送トランジスタ５０２Ｂを有する。さらに、画素は、第５の転送トランジスタ５０３、フローティング・ディフュージョン（ＦＤ）領域（浮遊拡散領域）５０８、リセットトランジスタ５０４、増幅トランジスタ（増幅部）５０５、および選択トランジスタ５０６を備えている。
【００２１】
第１の転送トランジスタ（転送部）５０１Ａは転送パルスφＴＸ１Ａによってオンオフ制御され、第２の転送トランジスタ５０２Ａは転送パルスφＴＸ２Ａによってオンオフ制御される。また、第３の転送トランジスタ５０１Ｂは転送パルスφＴＸ１Ｂによってオンオフ制御され、第４の転送トランジスタ５０２Ｂは転送パルスφＴＸ２Ｂによってオンオフ制御される。
【００２２】
さらに、リセットトランジスタ５０４はリセットパルスφＲＥＳによってオンオフ制御され、選択トランジスタ５０６は選択パルスφＳＥＬによってオンオフ制御される。そして、第５の転送トランジスタ５０３は転送パルスφＴＸ３によってオンオフ制御される。つまり、第１〜第５の転送トランジスタは転送パルスによって選択的にオンオフ制御される。
【００２３】
なお、上述の各パルスは垂直走査回路（図示せず）から送出される。また、図示のように、撮像素子３には電源線５２０および５２１と信号出力線５２３が備えられている。
【００２４】
上述のように、撮像素子３は、１つのＰＤ５００に対して２つの信号保持部５０７Ａおよび５０７Ｂを備えているので、例えば、静止画と動画とを同時に撮影することが可能となる。また、後述するように、信号保持部５０７には、転送トランジスタ５０２によってＰＤ５００から電荷が転送されるが、この際、転送トランジスタ５０２に係る転送パルスの幅および転送パルスの回数に応じて総蓄積時間の調整が可能となる。つまり、総蓄積時間の調整によって撮像素子１が第１のＮＤ部として機能する。
【００２５】
なお、図示の例では、撮像素子３は２つの信号保持部を有しているが、信号保持部の数は限定されず、いずれにしても撮像素子３がイメージャＮＤ部としての機能を備えていればよい。
【００２６】
図３は、図２に示す撮像素子によって行われるイメージャＮＤ機能について説明するためのタイミングチャートである。
【００２７】
また、図４は、図２に示す撮像素子の蓄積時間終了までの画素のポテンシャル状態を説明するための図である。そして、図４（ａ）は第１のポテンシャル状態を示す図であり、図４（ｂ）は第２のポテンシャル状態を示す図である。また、図４（ｃ）は第３のポテンシャル状態を示す図であり、図４（ｄ）は第４のポテンシャル状態を示す図である。さらに、図４（ｅ）は第５のポテンシャル状態を示す図であり、図４（ｆ）は第６のポテンシャル状態を示す図である。
【００２８】
図３および図４を参照して、ここでは、説明の便宜上、図２に示す画素において、ＰＤ５００、第１の転送トランジスタ５０１Ａ、第１の信号保持部５０７Ａ、および第２の転送トランジスタ５０２Ａを用いた電荷蓄積および信号保持部への電荷について説明する。また、ここでは、第５の転送トランジスタ５０３、ＦＤ領域５０８、リセットトランジスタ５０４、増幅トランジスタ５０５、および選択トランジスタ５０６を用いて読み出しまでの動作が行われる。
【００２９】
図３においては、転送トランジスタ５０１Ａ、５０２Ａ、および５０３の制御電極（ベース）に与えるパルスφＴＸ１Ａ〜φＴＸ３と、リセットトランジスタ５０４の制御電極に与えるパルスφＲＥＳの変化が示されている。そして、添え字のｎ、ｎ＋１、およびｎ＋２は、画素の行の番号を示し、例えば、φＴＸ１（ｎ）はｎ行目の画素の第１の転送トランジスタ５０１Ａに与えられるパルスを示す。
【００３０】
時刻ｔ０以前の初期状態においては、転送パルスφＴＸ１およびφＴＸ２はローレベル（Ｌレベル）であり、転送パルスφＴＸ３およびリセットパルスφＲＥＳがハイレベル（Ｈレベル）である。この際の画素のポテンシャル状態が図４（ａ）に示されている。
【００３１】
初期状態においては、第１の信号保持部５０７Ａ（ＭＥＭ）に蓄積された電荷に対して、第１の転送トランジスタ５０１Ａに形成されたポテンシャル障壁が存在する。一方、第５の転送トランジスタ５０３にはポテンシャル障壁が存在しない。このため、ＰＤ５００に生じた電荷（図４（ａ）において黒丸で示す）は第１の信号保持部５０７Ａ（ＭＥＭ）に移動することがない。そして、電荷は第５の転送トランジスタ５０３（ＴＸ３）を介してＯＦＤ（オーバーフロードレイン：電荷排出部）に排出される。
【００３２】
ここでは、第１の転送トランジスタ５０１Ａ（ＴＸ１Ａ）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５０２Ａ（ＴＸ２Ａ）に形成されるポテンシャル障壁よりも低い。つまり、ＰＤ５００、第１の転送トランジスタ５０１Ａ（ＴＸ１Ａ）、および第１の信号保持部５０７Ａ（ＭＥＭ）が埋め込みチャネル型である場合には、ポテンシャル障壁は上記の関係となる。
【００３３】
時刻ｔ０から時刻ｔ１までの期間においては、転送パルスφＴＸ２Ａ（ｎ）〜φＴＸ２Ａ（ｎ＋２）はＨレベルとなる。このため、第１の信号保持部５０７Ａ（ＭＥＭ）とＦＤ領域５０８との間に位置する第２の転送トランジスタ５０２Ａ（ＴＸ２Ａ）ではポテンシャル障壁がなくなる。従って、時刻ｔ０以前に第１の信号保持部５０７Ａに保持された電荷がＦＤ領域５０８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。
【００３４】
この期間においては、転送パルスφＴＸ１Ａ（ｎ）〜φＴＸ１Ａ（ｎ＋２）はＬレベルであり、転送パルスφＴＸ３（ｎ）〜φＴＸ３（ｎ＋２）がＨレベルである。よって、ＰＤ５００に生じた電荷は第５の転送トランジスタ５０３（ＴＸ３）を介してＯＦＤに排出される。従って、この時点において第１の信号保持部５０７には、ＰＤ５００で生じた電荷は理想的には存在しないことになる。
【００３５】
時刻ｔ１において、転送パルスφＴＸ２Ａ（ｎ）〜φＴＸ２Ａ（ｎ＋２）がＬレベルになると、画素のポテンシャル状態は図４（ｃ）に示す状態となる。図４（ｃ）に示す状態は図４（ａ）に示す状態と同様である。この期間においても、第１の転送トランジスタ５０１Ａ（ＴＸ１Ａ）に形成されたポテンシャル障壁が存在する。一方、第５の転送トランジスタ５０３（ＴＸ３）にはポテンシャル障壁が存在しない。よって、フォトダイオード５００で生じた電荷は第１の信号保持部５０７に移動することなく、第５の転送トランジスタ５０３（ＴＸ３）を介してＯＦＤに排出される。
【００３６】
次に、時刻ｔ３において、転送パルスφＴＸ３（ｎ）〜φＴＸ３（ｎ＋２）がＬレベルに遷移すると、画素のポテンシャル状態は図４（ｄ）に示す状態となる。この期間においては、第１の信号保持部５０７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５０１Ａ（ＴＸ１Ａ）よりも第５の転送トランジスタ５０３（ＴＸ３）の方が高い。そして、転送パルスφＴＸ２Ａ（ｎ）〜φＴＸ２Ａ（ｎ＋２）がＬレベルであるので、ＰＤ５００で生じた電荷のうち第１の転送トランジスタ５０１Ａのポテンシャル障壁を超えた電荷がＰＤ５００又は第１の信号保持部５０７に留まる。従って、時刻ｔ３において転送パルスφＴＸ３（ｎ）〜φＴＸ３（ｎ＋２）がＬ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する。
【００３７】
時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間において、転送パルスφＴＸ１Ａ（ｎ）〜φＴＸ１Ａ（ｎ＋２）がＨレベルになる。これによって、第１の転送トランジスタ５０１Ａに形成されたポテンシャル障壁がなくなって、ＰＤ５００で生じた電荷が第１の信号保持部５０７に転送される（図４（ｅ）参照）。
【００３８】
以降、時刻ｔ５までに転送パルスφＴＸ１Ａ（ｎ）〜φＴＸ１Ａ（ｎ＋２）がＬレベルになる期間とＨレベルになる期間とが複数回繰り返される。また、時刻ｔ３から時刻ｔ５の間、転送パルスφＴＸ３Ａ（ｎ）〜φＴＸ３Ａ（ｎ＋２）は、転送パルスφＴＸ１Ａ（ｎ）〜φＴＸ１Ａ（ｎ＋２）とＨおよびＬレベルが逆転する。これによって、転送パルスφＴＸ１Ａ（ｎ）〜φＴＸ１Ａ（ｎ＋２）がＨレベルの期間以外の期間においてＰＤ５００で生じた電荷が、第５の転送トランジスタ５０３（ＴＸ３）を介してＯＦＤに排出される。なお、転送の回数は特に限定されない。
【００３９】
上述の駆動手法によって、ＰＤ５００に蓄積した電荷を定期的に第１の信号保持部５０７に転送することができる。また、通常の撮像素子の場合には、所定時間の蓄積が連続的に行われるが、撮像素子３においては所定時間に複数の蓄積時間と非蓄積時間とが存在する。当該蓄積および非蓄積の時間関係を用いて、撮像素子３においては時刻ｔ３からｔ５までの露光時間で得られる光量のうち、所望の割合を時間方向にチョップして取得することができる。つまり、このような動作が撮像素子３で行われるイメージャＮＤ機能を用いた露光量調整動作である。
【００４０】
時刻ｔ５において、転送パルスφＴＸ１Ａ（ｎ）〜φＴＸ１Ａ（ｎ＋２）がＬレベルに遷移すると同時に、転送パルスφＴＸ３（ｎ）〜φＴＸ３（ｎ＋２）がＨレベルになる。これによって、画素のポテンシャル状態は図４（ｆ）に示す状態となる。時刻ｔ５以降においてＰＤ５００で生じた電荷は第５の転送トランジスタ５０３を介してＯＦＤに排出されるので、全画素に係る蓄積時間は時刻ｔ５で終了する。
【００４１】
このように、全画素同時に電荷をＰＤ５００から第１の信号保持部５０７に転送することによって、全画素に係る蓄積開始および終了時刻を合わせることができる。この結果、面内同期型電子シャッタ動作を行うことができる。
【００４２】
次に、時刻ｔ６から時刻ｔ８において、リセットパルスφＲＥＳ１（ｎ）がＬレベルである期間に、転送パルスφＴＸ２Ａ（ｎ）が時刻ｔ６にハイレベルになる。これによって、ｎ行目の各画素の第１の信号保持部５０７に保持された電荷が第２の転送トランジスタ５０２Ａ（ＴＸ２Ａ）を介してＦＤ５０８に転送される。少なくともこのタイミングでは、選択トランジスタ５０６がオン状態になっている。よって、増幅トランジスタ５０５と定電流源とによって形成されるソースフォロワ回路によって、ＦＤ領域５０８に転送された電荷量に応じたレベルの電圧が信号出力線５２３に現れる。信号出力線５２３に現れた電圧レベルに応じた信号は出力回路（図示せず）から外部に出力される。
【００４３】
ｎ＋１行目およびｎ＋２行目の画素についても同様の動作が行われて、各行の画素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（つまり、１フレーム時間）の動作が完了する。
【００４４】
ここでは、電荷排出領域としてＯＦＤを用いているが、これに限定されない。例えば、第５の転送トランジスタ５０３がＦＤ５０８に接続され、第２の転送トランジスタ５０２Ａが第１の信号保持部５０７から電荷をＦＤ領域５０８に転送する前に電源線に排出するようにしてもよい。このような構成であっても、ＰＤ５００で光電変換された電荷が第１の信号保持部５０７に排出され、ＦＤ領域５０８介して排出されるので、露光量調整動作を行うことができる。
【００４５】
図５は、図３に示すパルスφＴＸ１Ａ（ｎ）およびφＴＸ１Ａ（ｎ＋１）について時刻ｔ３からｔ５までの状態を詳細に示すタイミングチャートである。
【００４６】
前述のように、時刻ｔ３からｔ５までの期間においては、転送パルスφＴＸ１ＡはＬレベルとＨレベルとを複数回繰り返す。これによって、撮像素子３はイメージャＮＤ機能を発揮する。ここでは、このイメージャＮＤ機能がさらに行に応じて変化する。つまり、ｎ行目およびｎ＋１行目の画素に備えられた第１の転送トランジスタ５０１Ａを駆動する転送パルスφＴＸ１ＡのＨレベルにおけるパルス幅を互いに異なる設定とする。このような制御は、撮像素子駆動制御部４による垂直走査回路のパルス制御プログラムを変更することによって行われる。
【００４７】
図５においては、ｎ行目の画素の合計蓄積時間がｎ＋１行目の画素の合計蓄積時間よりも少なくなるように転送パルスが制御される。図示の撮像素子３は、所謂ベイヤ配列のカラーフィルタを有しており、ｎ行目がＲＧ（赤緑）のカラーフィルタを有するＲＧ行であるとする。この場合、ｎ＋１行目はＧＢ（緑青）のカラーフィルタを有するＧＢ行となる。
【００４８】
図５に示すパルス幅の相違が撮像素子３の全体に亘って適用された場合、Ｂ（青）に対してＲ（赤）の分光透過率が低下した画像が得られる。また、１フレームに均等に電荷蓄積時間を割り当てることによって、単純に１フレームにおいて短い電荷蓄積時間をフレーム先頭に配置するよりも、１フレームにおける蓄積ブレなどが自然に得られることになる。
【００４９】
図６は、図１に示すＥＣＮＤ部の構成についてその一例を示す断面図である。
【００５０】
ＥＣＮＤ部２は、ＥＣ素子２０２０を有しており、ＥＣ素子２０２０の主面（表面および裏面）には、それぞれ電極２０００および２０１０が配置されている。さらに、ＥＣ素子２０２０は、シール材２０３０によって外部と隔離されて保持されている。一対の電極２０００および２０１０は透明電極であり、カメラ１０００が撮影の対象とする光の波長を透過する。例えば、電極２０００および２０１０として既知のＩＴＯ電極などを用いることが望ましい。
【００５１】
図示のように、一対の電極２０００および２０１０は電極面を対向させて配置されており、シール材２０３０によって互いに接合されている。一対の電極２０００および２０１０の間には、ＥＣ分子によってＥＣ素子２０２０が形成されている。ＥＣ分子として、例えば、特許文献１および２に記載のＥＣ分子又は公知のＥＣ分子が用いられる。
【００５２】
ここでは、一対の電極２０００および２０１０に電圧を印加すると、酸化還元反応が生じて、ＥＣ分子が有する光の吸収率がＥＣ分子の特性に応じて変化する。カメラ１０００においては、電圧印加による光吸収率の変化を可変ＮＤフィルタと同様に用いて、露出調整を行う。なお、ＥＣＮＤ部２は、電極２０００および２０１０が撮影光軸と略垂直になるように撮像素子３の被写体側に配置される。
【００５３】
図７は、図６に示すＥＣＮＤ部２における光波長と光透過率との関係を示す図である。
【００５４】
図７において、実線はＥＣＮＤ部２（ＥＣ）を用いた際の光波長毎の透過率を示す。また、破線はＮＤフィルタ（ＮＤ  ｆｉｌｔｅｒ）を用いた際の光波長毎の透過率を示す。ここでは、ＮＤ効果段数を異ならせている関係上、実線および破線ともに複数の曲線が存在する。
【００５５】
図７から容易に理解できるように、ＥＣＮＤ部２を用いた際には、ＮＤフィルタに比べて光波長毎の透過率において平坦性が低いことが分かる。つまり、ＥＣＮＤ部２による減光の効果は光波長に応じて変化するので、可視光の全帯域で一律な減光を行うことは困難である。
【００５６】
さらに、ＥＣＮＤ部２においては、ＮＤ効果段数に応じた光波長毎の透過率の変化が相似形になっていないので、ＮＤ効果段数によって透過する光に含まれる光波長の比率が一定でないことが分かる。つまり、例えば、２段のＮＤ段数効果において撮影した画像と３段のＮＤ段数効果において撮影した画像とでは色温度の差が生じることが懸念される。
【００５７】
前述のように、ＥＣＮＤ部２はＥＣ素子を有しており、ＥＣ素子に電圧を印加することによってアノード材とカソード材の各々は酸化還元反応によって光の吸収率が変化する。つまり、着色・消色が発生する。アノード材およびカソード材によるＥＣ素子の着色状態は、アノード材およびカソード材が備える吸収特性によるものである。このため、多様な材料の提案がなされているもののＮＤフィルタのように光波長毎のフラットな透過率特性を得ることが難しい。このことが前述のＥＣＮＤ部２における透過率平坦性の低さの要因となっている。
【００５８】
一方、アノード材およびカソード材は、印加する電圧によって吸収波長の分布が変化することがある。このことが前述のＥＣＮＤ部２におけるＮＤ段数効果に応じた透過波長比率の変化（色ズレ）の要因となっている。また、ＥＣＮＤ部２が動作する環境温度によって電極反応が活発になるか又は低下する。これによって、同様に吸収波長の分布が変化し、さらには電極からの距離の相違などによってＥＣ素子の光軸垂直面内において着色ムラが発生することがある。
【００５９】
図８は、図１に示すカメラにおけるＥＣＮＤ制御および撮像素子駆動制御を説明するためのフローチャートである。
【００６０】
カメラ１０００の電源投入が投入されると、撮像素子駆動制御部４は、記憶部６に格納されたＥＣＮＤ部２の特性値を呼び出す（ステップＳ８０１）。このＥＣＮＤ部２の特性値は、ＥＣＮＤ部２が備える設計上のＥＣ着色特性による光波長毎の透過率分布とＥＣ電極の配置などによるＥＣ素子平面内における着色ムラの情報である。なお、ＥＣＮＤ部２の特性値は、設計上のみでなく製造誤差などに起因するＥＣＮＤ部２毎の透過率分布および着色ムラ情報を含むようにしてもよい。
【００６１】
これらの透過率分布および着色ムラ情報は、ＥＣＮＤ部２のＮＤ効果段数毎に記憶部６に記憶されている。また、ＥＣ素子個体毎の着色特性は、例えば、製造工程における個体調整値として記憶部６に記憶するようにしてもよく、ユーザ又はカスタマーサービスによって経年変化分も含めたキャリブレーションによって得られる経年個体調整値で更新するようにしてもよい。
【００６２】
なお、キャリブレーションの手法として、例えば、均一輝度面をＥＣＮＤ部２の動作状態に応じて撮影して、その結果得られた画像のムラ情報などに基づいてムラを補正する手法が用いられる。そして、カメラ１０００にキャリブレーション機能を内蔵するようにしてもよく、記憶部６に記憶された個体調整値を逐次自動更新するようにしもよい。
【００６３】
撮像素子駆動制御部４は、上記の特性値に基づいて前述の垂直走査回路のパルス制御プログラムを変更する。よって、記憶部６に記憶されたＥＣＮＤ部２の特性値は、ＥＣＮＤ部２の着色状態自体であってもよいが、パルス制御プログラムのパラメータであってもよい。
【００６４】
続いて、撮像素子駆動制御部４は、着色情報と撮像素子３のカラーフィルタ特性（分光透過特性）との関係に基づいて、カラーフィルタ毎の合計蓄積時間を、撮像画像がよりフラットなＮＤ単数効果に応じて得られるように設定する。具体的には、ＥＣＮＤ部２が撮像素子３のＲ画素の波長域においてＢ画素の波長域よりも透過率が低い場合、Ｒ画素の合計蓄積時間がＢ画素の合計蓄積時間よりも長くなるようにパルス制御プログラムを変更する。
【００６５】
次に、撮像素子駆動制御部４は、後述の露出変更指示の有無を判定する（ステップＳ８０２）。なお、露出変更指示は、例えば、カメラ１０００に備えられた操作ボタン（図示せず）又はＧＵＩの操作によって行われるマニュアル露出操作であってもよく、露出制御部（図示せず）による被写体輝度の検出による露出変更動作であってもよい。
【００６６】
露出変更指示がない場合には（ステップＳ８０２において、ＮＯ）、撮像素子駆動制御部４は待機する。露出変更の指示があると（ステップＳ８０２において、ＹＥＳ）、撮像素子駆動制御部４はプログラム線図によって決定される露出条件においてＮＤ機能を用いる必要があるか否かを判定する（ステップＳ８０３）。
【００６７】
なお、プログラム線図は被写体輝度などに基づいて露出条件を決定する際に用いられる。そして、露出条件は絞り装置の開口で決定されるＡｖ値、シャッタ装置の速度により決定されるＴｖ値、および撮像素子３の感度により決定されるＳｖ値に基づいて決定される。
【００６８】
カメラ１０００はＥＣＮＤ部２および撮像素子３によるイメージャＮＤ機能（以下ＮＤ機能と総称する）を備えているので、例えば、極めて明るい露出条件下では、自動露出制御部はＮＤ機能が必要である旨のフラグをプログラム線図に基づいて発行する。撮像素子駆動制御部４は当該フラグが発行されると、ＮＤ機能を用いる必要があると判定する。
【００６９】
ＮＤ機能を用いる必要がないと判定すると（ステップＳ８０３において、ＮＯ）、撮像素子駆動制御部４はステップＳ８０１の処理に戻る。一方、ＮＤ機能を用いる必要があると判定すると（ステップＳ８０３において、ＹＥＳ）、撮像素子駆動制御部４はその旨をＥＣＮＤ制御部に通知する。これによって、ＥＣＮＤ制御部はＥＣＮＤ部２をオンして駆動する（ステップＳ８０４）。
【００７０】
一方、撮像素子駆動制御部４は、ＥＣ着色検出部５によって検出されたＥＣＮＤ部２の着色状態の検出結果を得る（ステップＳ８０５）。なお、ＥＣ着色検出部５は、投光受光系を有する光検出部であり、ＥＣＮＤ部２によるＲＧＢ毎の透過率を検出する。
【００７１】
次に、撮像素子駆動制御部４は、ＥＣ着色検出部５によるＥＣ素子の着色状態検出結果に基づいてパルス制御プログラムを更新する（ステップＳ８０６）。そして、撮像素子駆動制御部４は、更新されたパルス制御プログラムに基づいて撮像素子３のイメージャＮＤ機能をＯＮする（ステップＳ８０７）。なお、既にイメージャＮＤ機能がＯＮされている場合には、撮像素子駆動制御部４は最新のパルス制御プログラムに応じてイメージャＮＤ機能を継続して動作させる。
【００７２】
イメージャＮＤ機能のＯＮによって、これまでに得られた着色情報に基づいて更新されたパルス制御プログラムに応じて、撮像素子駆動制御部４は前述の転送パルスφＴＸ１Ａを制御して、行毎の合計蓄積時間を変更する。これによって、ＥＣＮＤ部２が有する光波長毎の透過率のばらつきが緩和されて、ＥＣＮＤ部２を単独で用いた際の減光よりも光波長毎の透過率の平坦性を向上させることができる。
【００７３】
続いて、撮像素子駆動制御部４は、ＥＣ着色検出部５による着色状態検出結果に基づいてパルス制御プログラムを変更する必要があるか否かを判定する。つまり、撮像素子駆動制御部４は、ＥＣ着色検出部５による着色状態検出結果がパルス制御プログラムの変更を要するだけ変化したか否かを判定する（ステップＳ８０８）。
【００７４】
変更を要すると判定すると（ステップＳ８０８において、ＹＥＳ）、撮像素子駆動制御部４は、ステップＳ８０６の処理に戻ってパルス制御プログラム（つまり、ＥＣ着色特性）を変更する。一方、変更を要しないと判定すると（ステップＳ８０８において、ＮＯ）、撮像素子駆動制御部４はパルス制御プログラムを変更することなく、イメージャＮＤ機能を維持する。そして、撮像素子駆動制御部４は露出再変更指示の有無を判定する（ステップＳ８０９）。
【００７５】
このように、イメージャＮＤ機能をＯＮした後、リアルタイムに検出されるＥＣ着色状態検出結果を逐次参照してイメージャＮＤ機能をフィードバック制御する。これによって、光波長毎の透過率のばらつきおよび着色ムラをなくしてＮＤ機能を用いることができる。一方、前述のキャリブレーションも、ＥＣ着色検出部５に相当するものであって、キャリブレーションによって得られた着色ムラの情報に基づいて同様のフィードバック制御を行うようにしてもよい。
【００７６】
露出再変更指示があると（ステップＳ８０９において、ＹＥＳ）、撮像素子駆動制御部４はステップＳ８０３の処理に戻る。一方、露出再変更指示がないと（ステップＳ８０９において、ＮＯ）、撮像素子駆動制御部４はＮＤ機能の停止指示の有無を判定する（ステップＳ８１０）。なお、ＮＤ機能の停止指示は、例えば、ユーザが動画又は静止画撮影を終了する撮影終了指示である。さらには、ライブビュー表示などで所定の操作がない状態で所定の時間が経過した際にカメラ１０００で行われる自動露出終了の指示又はスリープ開始指示であってもよい。また、ＮＤ機能の停止指示は、ユーザによってＮＤ機能を用いないモードを選択することであってもよい。
【００７７】
ＮＤ機能の停止指示があると（ステップＳ８１０において、ＹＥＳ）、撮像素子駆動制御部４はＮＤ機能を停止して、ＥＣＮＤ制御および撮像素子駆動制御を終了する。一方、ＮＤ機能の停止指示がないと（ステップＳ８１０において、ＮＯ）、撮像素子駆動制御部４はステップＳ８０９の処理に戻る。
【００７８】
このように、上述の実施の形態では、ＥＣＮＤ部２単独で行うＥＣＮＤ機能よりも光波長毎の透過率の平坦性が向上する結果、良好な撮像画像が得られる。つまり、ＥＣＮＤ部２の光波長毎の透過率の平坦性の低さおよびＮＤ効果段数による透過光の光線波長比率のばらつきを解消することができる。これによって、カメラ１０００は、より波長の平坦性が向上したＮＤ機能を有することになる。さらには、ＥＣＮＤ部２およびイメージャＮＤ機能を同時に用いることによって、ＮＤ効果段数の広いＮＤ機能が得られる。
【００７９】
上述の実施の形態では、転送パルスφＴＸ１Ａを行毎に異ならせて、撮像素子３の合計蓄積時間を行毎に異ならせ撮影画像におけるＲＧＢ出力特性を変更するようにした。一方、画素毎に合計蓄積時間を異ならせるようにしてもよい。
【００８０】
続いて、図２に示す撮像素子３で行われる電荷蓄積および読み出しの変形例について説明する。
【００８１】
図９は、図２に示す撮像素子３において行われる電荷蓄積および読み出しの変形例を説明するためのタイミングチャートである。
【００８２】
ここでは、撮像素子３は、前述のように、複数の信号保持部５０７Ａおよび５０７Ｂ備えている。ＰＤ５００における電荷蓄積と信号保持部５０７Ａに対する電荷転送（転送Ａ）は転送パルスφＴＸ１Ａによって行われる。図９においては、「蓄積」におけるクロスハッチ部分と「転送Ａ」における長方形の部分で示されている。
【００８３】
その後、ＰＤ５００における蓄積と信号保持部５０７Ｂに対する電荷転送（転送Ｂ）が転送パルスφＴＸ１Ｂによって行われる。図９においては、「蓄積」における左下がりハッチング部分と「転送Ｂ」における長方形の部分で示されている。
【００８４】
上述の動作が１フレーム（ここでは、Ｎフレーム目）において１６回繰り返されて、信号保持部５０７Ａおよび５０７Ｂに電荷が保持される。いずれの蓄積および転送とも１６回目の後、転送パルスφＴＸ２ＡおよびφＴＸ２Ｂによって電荷がＦＤ５０８に転送される。
【００８５】
通常、信号保持部５０７Ａおよび５０７Ｂの双方で得られた電圧信号が信号出力線５２３に現れて、垂直走査回路によって読みだされる。図９においては、読み出しＡおよびＢにおける黒塗りの部分で示されている。
【００８６】
一方、図示の撮像素子３においては、パルス制御プログラムによってＦＤ５０８の電荷を読み出すか否かが列毎に選択される。つまり、図９に示す読み出しＡおよび読み出しＢは列に応じていずれか一方が行われる。この結果、列毎の蓄積時間について２つの蓄積パターンを選択することができる。
【００８７】
図９に示す例では、信号保持部５０７Ａの合計蓄積時間が信号保持部５０７Ｂのそれよりも短く設定されており、その結果、信号保持部５０７Ｂの読み出しが行われた画素の分光感度が低下することとなる。パルス制御プログラムにおいて、例えば、Ｒ画素を含む列については信号保持部５０７Ａの電荷を、Ｇ画素を含む列については信号保持部５０７Ｂの電荷を転送する。これによって、相対的に短い蓄積時間のＲ画素信号と相対的に長い蓄積時間のＧ画素信号が得られることとなる。
【００８８】
さらに、読み出しＡおよび読み出しＢを双方を行って、後段で加算および減算を行えば、列方向に異なる合計蓄積時間のパターンを増やすことができる。この例の撮像素子３においては、より柔軟に撮像画像全体におけるＲＧＢ出力特性を制御することができる。
【００８９】
また、この例における撮像素子３を用いれば、行毎のみでなく列毎に撮影画像のＲＧＢ出力特性を変更することができる結果、ＥＣ素子の光軸垂直平面内における着色ムラについても２次元的に低減することが可能となる。
【００９０】
このように、変形例においては、信号保持部５０７Ａおよび５０７Ｂとパルス制御プログラムとを用いて、画素毎の合計蓄積時間を異ならせる。一方、電荷蓄積および読み出しはこの例に限定されず、画素毎の合計蓄積時間を制御可能な撮像素子および当該撮像素子を制御する撮像素子駆動制御部を備えていればよい。
【００９１】
なお、上述の実施の形態および変形例においては、信号保持部が２つ備えられているが、これに限定されず、複数の信号保持部を備えて各画素の蓄積パターンの階調を高めることができる。さらに、１フレームをサブフレームに分割して読み出しを行っても、蓄積パターンの階調を高めることが可能である。
【００９２】
さらに、上述の例では、撮像素子３においてカラーフィルタとして原色フィルタを用いてベイヤ配列するようにしたが、これに限定されず、補色フィルタを用いるようにしてもよい。また、ベイヤ配列とは異なる配列を用いるようにしもよい。
【００９３】
このように、本発明の実施の形態では、ＥＣ素子を用いて光量制御を行う際に、色バランスの変化およびムラを低減して良好なＮＤ効果を得ることができる。
【００９４】
以上、本発明について実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。
【００９５】
例えば、上記の実施の形態の機能を制御方法として、この制御方法を撮像装置に実行させるようにすればよい。また、上述の実施の形態の機能を有するプログラムを制御プログラムとして、当該制御プログラムを撮像装置が備えるコンピュータに実行させるようにしてもよい。なお、制御プログラムは、例えば、コンピュータに読み取り可能な記録媒体に記録される。
【００９６】
［その他の実施形態］
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。
【符号の説明】
【００９７】
１  撮像光学系
２  ＥＣＮＤ部
３  撮像素子
４  撮像素子駆動制御部
５  ＥＣ着色検出部
６  記憶部
７  画像処理部
８  メモリ
１０００  撮像装置（カメラ）
【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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【図６】
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【図７】
2018101937.tif 000009
【図８】
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【図９】
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