(57)【要約】【課題】測光時に撮像素子の光電変換部が飽和してしまうのを抑制する。【解決手段】撮像装置１００は、撮像素子である測光センサ２０と、測光センサ２０の駆動を制御するＣＰＵ３０を備え、測光センサ２０は、入射光を光電変換して電荷を生成し、生成した電荷を蓄積することができる光電変換部ＰＤと、光電変換部ＰＤから転送された電荷を保持する電荷保持部ＭＥＭと、光電変換部ＰＤから電荷保持部ＭＥＭへ電荷を転送する第１の転送スイッチＭＴＸ１とを備え、ＣＰＵ３０は、第１の転送スイッチＭＴＸ１のオン／オフを切り替えて光電変換部ＰＤが生成した電荷を間欠的に電荷保持部ＭＥＭへ転送する第１の駆動モードと第１の転送スイッチＭＴＸ１をオンの状態に維持して光電変換部ＰＤが生成した電荷を電荷保持部ＭＥＭへ転送して蓄積する第２の駆動モードとを測光条件に応じて切り替える。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像素子と、前記撮像素子の駆動を制御する制御手段とを備える撮像装置であって、
前記撮像素子は、
入射光を光電変換して電荷を生成し、生成した電荷を蓄積することができる光電変換部と、
前記光電変換部から転送された電荷を保持する電荷保持部と、
前記光電変換部から前記電荷保持部へ前記電荷を転送する転送スイッチと、を備え、
前記制御手段は、前記転送スイッチのオン／オフを切り替えて前記光電変換部が生成した電荷を間欠的に前記電荷保持部へ転送する第１の駆動モードと、前記転送スイッチをオンの状態に維持して前記光電変換部が生成した電荷を前記電荷保持部へ転送して蓄積する第２の駆動モードと、を選択的に設定することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記電荷保持部の飽和電荷量は前記光電変換部の飽和電荷量よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記制御手段は、
発光装置を発光させずに被写体の輝度を求める際には、前記撮像素子を前記第１の駆動モードに設定し、
前記発光装置を発光させて前記被写体からの反射光の測光する際には、前記撮像素子を前記第２の駆動モードに設定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】
前記制御手段は、前記撮像素子を前記第２の駆動モードに設定した状態で、前記発光装置を発光させずに前記被写体からの光を測光した後に前記発光装置を発光させて前記被写体からの反射光の測光するように前記撮像素子を制御し、得られた２つの測光結果に基づいて本撮影での前記発光装置の発光量を算出することを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記制御手段は、
発光装置を発光させずに被写体輝度を求める際には、前記撮像素子を前記第１の駆動モードに設定し、
前記発光装置を発光させて被写体からの反射光の測光する際に、前記発光装置による発光がフラット発光である場合には前記撮像素子を前記第１の駆動モードに設定し、前記発光装置による発光が閃光発光である場合には前記撮像素子を前記第２の駆動モードに設定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６】
前記制御手段は、
前記光電変換部での電荷蓄積時間が所定の閾値より長い場合には前記撮像素子を前記第１の駆動モードに設定し、
前記電荷蓄積時間が前記閾値より長くない場合には前記撮像素子を第２の駆動モードに設定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７】
入射光を光電変換して電荷を生成し、生成した電荷を蓄積することができる光電変換部と、
前記光電変換部から転送された電荷を保持する電荷保持部と、
前記光電変換部から前記電荷保持部へ前記電荷を転送する転送スイッチと、
前記転送スイッチのオン／オフを切り替えて前記光電変換部が生成した電荷を間欠的に前記電荷保持部へ転送する第１の駆動モードと、前記転送スイッチをオンの状態に維持して前記光電変換部が生成した前記電荷保持部へ電荷を転送して蓄積する第２の駆動モードとを選択的に設定する制御回路と、を備えることを特徴とする撮像素子。
【請求項８】
撮像素子の制御方法であって、
発光装置を発光させずに被写体の輝度を求める際に、前記撮像素子の駆動モードを、飽和電荷量が光電変換部のよりも大きい電荷保持部へ前記光電変換部が生成した電荷を間欠的に転送する第１の駆動モードに設定するステップと、
前記発光装置を発光させて前記被写体からの反射光の測光する際に、前記撮像素子の駆動モードを、前記光電変換部が生成した電荷を常に前記電荷保持部へ転送して蓄積する第２の駆動モードに設定するステップと、を有することを特徴とする撮像素子の制御方法。
【請求項９】
撮像素子の制御方法であって、
発光装置を発光させずに被写体輝度を求める際には、前記撮像素子の駆動モードを、飽和電荷量が光電変換部のよりも大きい電荷保持部へ前記光電変換部が生成した電荷を間欠的に転送する第１の駆動モードに設定するステップと、
前記発光装置を発光させて被写体からの反射光の測光する際には、前記撮像素子の駆動モードを、前記発光装置による発光がフラット発光である場合には前記第１の駆動モードに設定し、前記発光装置による発光が閃光発光である場合には、前記光電変換部が生成した電荷を常に前記電荷保持部へ転送して蓄積する第２の駆動モードに設定するステップと、を有することを特徴とする撮像素子の制御方法。
【請求項１０】
撮像素子の制御方法であって、
前記撮像素子の駆動モードを、前記撮像素子の光電変換部での電荷蓄積時間が所定の閾値より長い場合に、飽和電荷量が光電変換部のよりも大きい電荷保持部へ前記光電変換部が生成した電荷を間欠的に転送する第１の駆動モードに設定し、前記電荷蓄積時間が前記閾値より長くない場合に、前記光電変換部が生成した電荷を常に前記電荷保持部へ転送して蓄積する第２の駆動モードに設定するステップを有することを特徴とする撮像素子の制御方法。
【請求項１１】
請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の撮像素子の制御方法の各ステップを撮像装置のコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置、撮像素子とその制御方法及びプログラムに関し、特に撮像素子を用いて測光を行う技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＭＯＳセンサを備える撮像装置では、静止画像又は動画像を構成する１フレームを得る際に、光電変換によって生じた電荷を光電変換部に蓄積し、全画素で同時に光電変換部から保持部へ電荷を転送することでグローバル電子シャッタを実現している。例えば、特許文献１では、光電変換部の飽和電荷量と電荷保持部の飽和電荷量の比率を、電荷蓄積時間中に電荷保持部へ電荷転送するタイミングに応じて最適化し、飽和電荷量を向上させながら画素サイズを小さくする技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１７７３５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に記載された技術では、ストロボ反射光（ストロボ光照射時の被写体からの反射光）等の突発的な明るい光を受光したときに、光電変換部から電荷保持部への電荷転送が間に合わずに光電変換部が飽和してしまうことがある。また、光電変換期間中に複数回の電荷転送を行う場合には、制御可能な単位時間に制約があるため、所望の高輝度限界を達成することができないことがある。このようなＣＭＯＳセンサを測光センサとして用いて被写体輝度を測光した場合、算出される測光値の精度が低下してしまう。例えば、ストロボ反射光の測光時には、被写体距離（撮像素子から被写体までの距離）は不明である。そのため、所定の発光量でストロボ装置を発光させた際に、被写体距離が短かったために、ストロボ反射光により光電変換部が飽和してしまう場合がある。こうして測光精度が低下した場合、本撮影時に発光するストロボ発光量を適切に算出することができずに、適正露出でのストロボ撮影ができなくなる場合がある。
【０００５】
本発明は、測光時に撮像素子の光電変換部が飽和してしまうのを抑制することができる撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る撮像装置は、撮像素子と、前記撮像素子の駆動を制御する制御手段とを備える撮像装置であって、前記撮像素子は、入射光を光電変換して電荷を生成し、生成した電荷を蓄積することができる光電変換部と、前記光電変換部から転送された電荷を保持する電荷保持部と、前記光電変換部から前記電荷保持部へ前記電荷を転送する転送スイッチと、を備え、前記制御手段は、前記転送スイッチのオン／オフを切り替えて前記光電変換部が生成した電荷を間欠的に前記電荷保持部へ転送する第１の駆動モードと、前記転送スイッチをオンの状態に維持して前記光電変換部が生成した電荷を前記電荷保持部へ転送して蓄積する第２の駆動モードと、を選択的に設定することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、測光時に撮像素子の光電変換部が飽和してしまうのを抑制することできる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態に係る撮像装置の概略断面図である。
【図２】撮像装置を構成するカメラ本体の概略構成を示すブロック図である。
【図３】カメラ本体に設けられた測光センサの構成を示すブロック図と、測光センサの画素アレイの構成を説明する回路図である。
【図４】測光センサの第１の駆動モードを説明するタイミングチャートである。
【図５】測光センサの第２の駆動モードを説明するタイミングチャートである。
【図６】撮像装置での第１実施形態に係る撮影動作のフローチャートである。
【図７】ステップＳ３０７の処理と測光センサの駆動モードとの関係の説明図である。
【図８】撮像装置での第２実施形態に係る撮影動作のフローチャートである。
【図９】フラット発光モードでのプリ発光と測光センサの第１の駆動モードとの関係の説明図である。
【図１０】撮像装置での第３実施形態に係る撮影動作のフローチャートである。
【図１１】測光センサの各駆動モードでの制御単位期間を説明する図である。
【図１２】第４実施形態での測光センサの構成を示すブロック図である。
【図１３】第４実施形態での撮像装置における撮影動作のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
【００１０】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の実施形態に係る撮像装置の概略構成を示す断面図である。撮像装置１００は、具体的にはデジタル一眼レフカメラであり、カメラ本体１、撮影レンズ２及びストロボ装置３を有する。撮影レンズ２とストロボ装置３はそれぞれ、カメラ本体１に対して所定の位置で着脱可能となっている。なお、本発明では撮影レンズ２及びストロボ装置３のそれぞれに特徴はなく、周知の撮影レンズ（交換レンズ）及びストロボ装置（発光装置）の適用が可能であるため、これらについての詳細な説明は省略する。
【００１１】
カメラ本体１は、撮影レンズ２を着脱するためのレンズマウント２１と、ストロボ装置３を着脱するためのアクセサリシュー２２を備える。カメラ本体１には、クイックリターンミラー機構を構成するメインミラー１５とサブミラー１６が配置されている。被写体に対するＡＦ（自動合焦）処理及びＡＥ（自動露出）処理時には、メインミラー１５とサブミラー１６は図１に示すように撮影光路内に配置されている。ＡＦ／ＡＥ処理時には撮影レンズ２を通してカメラ本体１に入射した被写体からの光束の大部分はメインミラー１５でファインダスクリーン１３側へ反射され、ファインダスクリーン１３上に被写体像として結像する。撮影者はこの像をペンタプリズム１１と接眼レンズ１２を介して観察することができる。また、ペンタプリズム１１に入射した光束の一部は、光学フィルタ１８と結像レンズ１９を介して測光センサ２０上に結像する。更に、メインミラー１５を透過した光束はサブミラーで反射されてＡＦセンサ１７へ導かれる。撮影時には、メインミラー１５及びサブミラー１６がファインダスクリーン１３側へ跳ね上がって撮影光路から退避することで、入射光束が撮像センサ１４上に結像し、被写体像の露光が行われる。
【００１２】
図２は、カメラ本体１の概略構成を示すブロック図である。なお、図２において図１と同じ構成要素については、同じ符号を付している。カメラ本体１は、撮像センサ１４、ＡＦセンサ１７、測光センサ２０、スイッチ群２３、信号入力回路２４、レンズ通信回路２５、シャッタ制御回路２６、ストロボ通信回路２７及びＣＰＵ３０を備える。撮像センサ１４（撮像素子）は、周知のＣＭＯＳセンサやＣＣＤセンサ等であり、撮像面上に結像した光学像を電気信号に変換し、画像信号を生成する。スイッチ群２３は、ユーザにより操作されることでＣＰＵ３０に各種指示を行う部材であり、レリーズボタンやダイヤル等が含まれる。信号入力回路２４は、スイッチ群２３に対する外部からの操作を検知する。
【００１３】
レンズ通信回路２５は、レンズマウント２１を介して撮影レンズ２と通信を行い、撮影レンズ２での焦点位置や絞り等の制御を行う。シャッタ制御回路２６は、シャッタマグネット２６ａ，２６ｂを制御する。ストロボ通信回路２７は、アクセサリシュー２２を介してストロボ装置３と通信を行い、ストロボ装置３での発光タイミングや発光量の制御を行う。ＣＰＵ３０は、ＣＰＵ３０が備えるメモリに格納されている所定のプログラムを実行することにより撮像装置１００の全体制御を行うマイクロコンピュータの一例である。例えば、ＣＰＵ３０は、測光センサ２０を制御することで被写体輝度を検出し、撮影レンズ２の絞り値やシャッタスピードを決定する。また、ＣＰＵ３０は、レンズ通信回路２５を介して撮影レンズ２での絞り値を制御し、シャッタ制御回路２６を介してシャッタマグネット２６ａ，２６ｂの通電時間を調節することによりシャッタスピードを制御する。更に、ＣＰＵ３０は、撮像センサ１４を制御して撮影動作を行う。なお、撮像センサ１４から出力される電気信号から画像データを生成し、記憶（保存）する構成及び方法には周知の技術を用いることができるため、説明を省略する。
【００１４】
図３（ａ）は、測光センサ２０の内部構成を示すブロック図である。測光センサ２０は、画素アレイ２０１、制御部２０２、Ａ／Ｄ変換回路２０３及び出力回路２０４を有する撮像素子である。制御部２０２はＣＰＵ３０と接続されており、ＣＰＵ３０からの制御命令に基づいて測光センサ２０の各ブロックを制御する。制御部２０２は、不図示であるが、各種制御のためのフラグ用レジスタ、設定用レジスタ、タイマを複数有している。画素アレイ２０１は、被写体像を光電変換し、生成した電荷を蓄積する。画素アレイ２０１の各画素が蓄積したアナログ信号はＡ／Ｄ変換回路２０３に出力され、Ａ／Ｄ変換回路２０３においてデジタルデータに変換される。Ａ／Ｄ変換回路２０３で生成されたデジタルデータは、出力回路２０４を介してＣＰＵ３０へ出力される。
【００１５】
図３（ｂ）は、画素アレイ２０１の構成を説明する回路図である。図３（ｂ）には、４個の画素２１０を示しているが、実際には画素アレイ２０１はより多くの画素２１０を有する。画素２１０は、光電変換部ＰＤ（フォトダイオード）、電荷保持部ＭＥＭ、増幅部Ｍ１、第１の転送スイッチＭＴＸ１及び第２の転送スイッチＭＴＸ２を有する。また、画素２１０は、リセットトランジスタＭＲＥＳ、選択トランジスタＭＳＥＬ及び排出スイッチＭＯＦＤを有する。
【００１６】
光電変換部ＰＤは、入射光によって電荷を生成し、生成した電荷を蓄積することができる。第１の転送スイッチＭＴＸ１は、光電変換部ＰＤが生成した電荷を電荷保持部ＭＥＭに転送する。電荷保持部ＭＥＭは、光電変換部ＰＤから転送された電荷を一時的に保持する。第２の転送スイッチＭＴＸ２は、電荷保持部ＭＥＭの電荷を増幅部Ｍ１の入力ノードＦＤ（フローティングデフージョン）に転送する。リセットトランジスタＭＲＥＳは、入力ノードＦＤの電圧をリセットする。選択トランジスタＭＳＥＬは、出力線ＶＳＩＧに信号を出力する画素２１０を選択する。増幅部Ｍ１は、光電変換部ＰＤで生じた電荷に基づく信号を出力線ＶＳＩＧに出力する。
【００１７】
排出スイッチＭＯＦＤは、光電変換部ＰＤの電荷を電源ノードＶＲＥＳ２に排出する。増幅部Ｍ１は、例えば、ソースフォロアである。第１の転送スイッチＭＴＸ１、第２の転送スイッチＭＴＸ２及び排出スイッチＭＯＦＤはそれぞれ、ＭＯＳトランジスタである。第１の転送スイッチＭＴＸ１には、制御線ＰＴＸ１が接続されている。第２の転送スイッチＭＴＸ２には、制御線ＰＴＸ２が接続されている。排出スイッチＭＯＦＤには、制御線ＰＯＦＤが接続されている。本実施形態では、複数の画素２１０は、行列状（碁盤目状）に配置され、１つの行に含まれる複数の画素２１０には共通の制御線が接続される。例えば、ｎ行目の画素２１０に接続される制御線は、制御線ＰＯＦＤ（ｎ）、制御線ＰＴＸ１（ｎ）及び制御線ＰＴＸ２（ｎ）と表される。
【００１８】
次に、画素アレイ２０１の駆動モードについて説明する。図４（ａ）は、画素アレイ２０１の第１の駆動モードを説明するタイミングチャートである。図４（ａ）には、ｎ〜ｎ＋２行目の画素２１０の排出スイッチＭＯＦＤの制御線ＰＯＦＤ、第１の転送スイッチＭＴＸ１の制御線ＰＴＸ１及び第２の転送スイッチＭＴＸ２の制御線ＰＴＸ２のそれぞれに供給される駆動パルスが示されている。駆動パルスがハイレベルのときに、対応するトランジスタ又はスイッチはオンし、駆動パルスがローレベルのときに、対応するトランジスタ又はスイッチはオフする。なお、制御部２０２は、シフトレジスタやアドレスデコーダ等の論理回路を有し、画素アレイ２０１に駆動パルスを供給する。
【００１９】
時刻Ｔ０までの期間、制御部２０２は排出スイッチＭＯＦＤをオンし、これにより光電変換部ＰＤは電源ノードＶＲＥＳ２にリセットされる。また、制御部２０２は、第２の転送スイッチＭＴＸ２をオンし、不図示のリセットトランジスタＭＲＥＳをオンし、これにより電荷保持部ＭＥＭ及び増幅部Ｍ１の入力ノードＦＤは電源ノードＶＲＥＳ１にリセットされる。制御部２０２は、時刻Ｔ０において第２の転送スイッチＭＴＸ２をオフし、時刻Ｔ１において排出スイッチＭＯＦＤをオフする。これにより、電荷の蓄積が開始される。時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までは、第１の転送スイッチＭＴＸ１がオフ状態に維持される。制御部２０２は、時刻Ｔ２において第１の転送スイッチＭＴＸ１をオンし、これにより、光電変換部ＰＤが生成した電荷は電荷保持部ＭＥＭに転送される。よって、時刻Ｔ２以降は、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの間に光電変換部ＰＤが生成した電荷は電荷保持部ＭＥＭで保持される。
【００２０】
制御部２０２は時刻Ｔ３において第１の転送スイッチＭＴＸ１をオフし、時刻Ｔ３から時刻Ｔ４までの間は第１の転送スイッチＭＴＸ１はオフ状態に維持される。これにより、時刻Ｔ１から時刻Ｔ３までに光電変換部ＰＤが生成した電荷は電荷保持部ＭＥＭで保持され、時刻Ｔ３から時刻Ｔ４までの間に光電変換部ＰＤが生成した電荷は光電変換部ＰＤで保持される。制御部２０２は時刻Ｔ４において全ての行の画素２１０の第１の転送スイッチＭＴＸ１をオンし、これにより、光電変換部ＰＤの電荷が電荷保持部ＭＥＭに転送される。制御部２０２は、時刻Ｔ５において全ての行の画素２１０の第１の転送スイッチＭＴＸ１をオフし、これにより電荷蓄積時間が終了する。こうして、電荷蓄積時間は、時刻Ｔ１に開始されて時刻Ｔ５に終了することで全ての画素２１０で同じになる。つまり、上記制御によりグローバル電子シャッタが実現される。
【００２１】
本実施形態では、電荷保持部ＭＥＭの飽和電荷量が光電変換部ＰＤの飽和電荷量の約２倍に設計されている。但し、電荷保持部ＭＥＭと光電変換部ＰＤの比率はこれに限定されるものではなく、電荷保持部ＭＥＭの飽和電荷量が光電変換部ＰＤの飽和電荷量よりも大きければよい。また、特開２０１５−１７７３５０号公報に記載されているように、電荷蓄積時間の１／２となるタイミングと電荷蓄積時間の終了タイミングで光電変換部ＰＤの電荷を電荷保持部ＭＥＭに転送している。なお、電荷保持部ＭＥＭの飽和電荷量と光電変換部ＰＤの飽和電荷量の比率に応じて、電荷蓄積時間に２回以上、光電変換部ＰＤの電荷を電荷保持部ＭＥＭに転送する構成としてもよい。
【００２２】
次に、１つの画素２１０からの信号読み出し動作について説明する。図４（ｂ）は、ｎ行目にある１つの画素２１０からの信号読み出し動作（斜線表記した部分）を説明するタイミングチャートである。図４（ｂ）には、選択トランジスタＭＳＥＬ（ｎ）に供給される駆動パルスＰＳＥＬ（ｎ）、リセットトランジスタＭＲＥＳ（ｎ）に供給される駆動パルスＰＲＥＳ（ｎ）、第２の転送スイッチＭＴＸ２の制御線ＰＴＸ２に供給される駆動パルスが示されている。
【００２３】
制御部２０２は、駆動パルスＰＳＥＬ（ｎ）をオンすることにより選択トランジスタＭＳＥＬ（ｎ）をオンする。続いて、制御部２０２は、駆動パルスＰＲＥＳ（ｎ）をオンすることによりリセットトランジスタＭＲＥＳ（ｎ）をオンし、入力ノードＦＤを電源ノードＶＲＥＳ１にリセットする。その後、制御部２０２は、駆動パルスＰＲＥＳ（ｎ）をオフすることによりリセットトランジスタＭＲＥＳ（ｎ）をオフし、これにより、入力ノードＦＤのリセットノイズとオフセット電圧が出力線ＶＳＩＧに出力される。この信号を制御部２０２はノイズ信号ＮとしてＡ／Ｄ変換し、記憶する（Ｎ読み）。続いて、制御部２０２は、制御線ＰＴＸ２（ｎ）に供給される駆動パルスをオンすることにより第２の転送スイッチＭＴＸ２（ｎ）をオンする。これにより、電荷保持部ＭＥＭの電荷が入力ノードＦＤに転送される。入力ノードＦＤの容量と転送された電荷の量に応じて入力ノードＦＤの電圧が変化し、入力ノードＦＤの電圧に基づく信号が増幅部Ｍ１によって出力線ＶＳＩＧに出力される。この信号を制御部２０２は光信号ＳとしてＡ／Ｄ変換し、記憶する（Ｓ読み）。
【００２４】
出力回路２０４は、光信号Ｓからノイズ信号Ｎを除去してＣＰＵ３０に出力する。そして、制御部２０２は、駆動パルスＰＳＥＬ（ｎ）をオフすることにより、選択トランジスタＭＳＥＬ（ｎ）をオフする。以上がｎ行目の画素２１０についての動作であり、続いて、ｎ＋１行目の画素２１０について同様の動作が行われ、同様の動作が１行目の画素２１０から最後の行の画素２１０までのそれぞれについて行われる。最後の行の画素２１０で読み出しが行われた後に、制御部２０２は、全ての画素２１０の第１の転送スイッチＭＴＸ１及び第２の転送スイッチＭＴＸ２をオフする。
【００２５】
図５は、画素アレイ２０１の第２の駆動モードを説明するタイミングチャートであり、図４（ａ）と同様に表されている。時刻Ｔ６までの期間、制御部２０２は排出スイッチＭＯＦＤをオンし、これにより光電変換部ＰＤはＶＲＥＳ２にリセットされる。また、制御部２０２は、第２の転送スイッチＭＴＸ２と不図示のリセットトランジスタＭＲＥＳをオンし、これにより電荷保持部ＭＥＭ及び増幅部Ｍ１の入力ノードＦＤは電源ノードＶＲＥＳ１にリセットされる。制御部２０２は、時刻Ｔ６において第２の転送スイッチＭＴＸ２をオフし、その後の時刻Ｔ７において排出スイッチＭＯＦＤをオフして、電荷の蓄積を開始する。また、制御部２０２は、時刻Ｔ７において第１の転送スイッチＭＴＸ１をオンする。時刻Ｔ７から時刻Ｔ８までの期間は、常に光電変換部ＰＤで生じた電荷は即座に電荷保持部ＭＥＭに転送されて保持される。制御部２０２は、時刻Ｔ８において全ての行の画素２１０の第１の転送スイッチＭＴＸ１をオフし、これにより電荷蓄積時間が終了する。こうして、全ての画素２１０の電荷蓄積時間は、時刻Ｔ７に開始されて時刻Ｔ８に終了することで同じとなる。つまり、上記制御によりグローバル電子シャッタが実現されている。１つの画素２１０からの信号読み出し動作は、図４（ｂ）を参照した先述の説明に準ずるため、ここでの説明を省略する。
【００２６】
上述した第１の駆動モードでは、第１の転送スイッチＭＴＸ１のオン／オフを制御して間欠的に電荷を転送するため、第１の転送スイッチＭＴＸ１がオンしている期間は短い。よって、第１の転送スイッチＭＴＸ１がオンしている期間に依存する暗電流ノイズの影響を小さくすることができるため、長時間の電荷蓄積に向いている。しかしながら、後述するようにストロボ反射光のような大光量の光が突発的に入射した場合、光電変換部ＰＤで飽和が生じてしまう可能性がある。
【００２７】
これに対して第２の駆動モードでは、電荷蓄積期間中は第１の転送スイッチＭＴＸ１をオンの状態に維持して、光電変換部ＰＤが生成した電荷を電荷保持部ＭＥＭへ転送し、電荷保持部ＭＥＭで保持する。これにより、光電変換部ＰＤが生成した電荷を飽和電荷量が大きい電荷保持部ＭＥＭにおいて蓄積することができるため、ストロボ光（閃光）のような大光量の光が突発的に入射しても、第１の駆動モードに比べて、飽和する可能性は小さくなる。しかしながら、第１の転送スイッチＭＴＸ１がオンしている期間に依存する暗電流ノイズの影響は大きくなってしまうため、第２の駆動モードは短時間の電荷蓄積に用いることが望ましい。
【００２８】
そこで本実施形態では、第１の駆動モードと第２の駆動モードを併用した露出制御を行う。図６は、撮像装置１００での第１実施形態に係る撮影動作を説明するフローチャートである。図６のフローチャートの各処理は、ＣＰＵ３０が所定のプログラムを実行して撮像装置１００の各部の動作を制御することによって実現される。
【００２９】
ステップＳ３０１においてＣＰＵ３０は、被写体に対するＡＦ／ＡＥ処理の開始が指示されたことを検知すると、測光センサ２０の駆動モードを第１の駆動モードに設定する。ステップＳ３０２においてＣＰＵ３０は、測光センサ２０を制御して、ストロボ装置３による発光を行わずに被写体輝度を算出するために、電荷蓄積と蓄積した電荷を測光信号として読み出す。ステップＳ３０３においてＣＰＵ３０は、ステップＳ３０２で取得した測光信号に基づいて被写体輝度を演算し、露出値を算出する。ステップＳ３０４においてＣＰＵ３０は、本撮影の開始が指示されたか否かをカメラ本体１に設けられているレリーズボタンが押下されたか否かにより判定する。ＣＰＵ３０は、レリーズボタンが押下されていないと判定した場合（Ｓ３０４でＮＯ）、処理をステップＳ３０２へ戻し、レリーズボタンが押下されたと判定した場合（Ｓ３０４でＹＥＳ）、処理をステップＳ３０５へ進める。なお、ステップＳ３０４からステップＳ３０２に処理が戻された場合のステップＳ３０２，Ｓ３０３では、測光センサ２０での電荷蓄積時間等はその直前に算出された被写体輝度に基づいて適切に設定される。
【００３０】
ステップＳ３０５においてＣＰＵ３０は、測光センサ２０の駆動モードを第２の駆動モードに設定する。よって、これ以降に行われるステップＳ３０６，Ｓ３０７では、測光センサ２０は第２の駆動モードで駆動される。ステップＳ３０６においてＣＰＵ３０は、測光センサ２０を制御して、プリ発光前測光用の電荷蓄積と蓄積した電荷（測光信号）の読み出しを行う。なお、プリ発光前測光用の電荷蓄積とは、ストロボ装置３を発光させないで状態で後述のステップＳ３０７と同じ蓄積条件で測光センサ２０を制御することにより、ストロボ光ではない外光による被写体輝度を算出するための電荷蓄積処理である。ステップＳ３０７においてＣＰＵ３０は、測光センサ２０を制御して、プリ発光反射光測光用の電荷蓄積を行う。プリ発光反射光測光用の電荷蓄積とは、ストロボ装置３を発光させて測光センサ２０での電荷蓄積を制御することにより、ストロボ反射光に基づく被写体輝度を算出するための電荷蓄積処理である。なお、ステップＳ３０７で測光センサ２０に蓄積される信号は、ストロボ反射光とストロボ光ではない外光が混合されたものとなる。ストロボ装置３のプリ発光には、一般的に閃光発光が用いられるが、所定の略一定の発光レベルで発光を継続させるフラット発光を用いてもよい。
【００３１】
ステップＳ３０８においてＣＰＵ３０は、本撮影時のストロボ発光量（本発光量）を算出する。ここでは、ステップＳ３０６，Ｓ３０７で得られた測光信号の差分からストロボ光ではない外光を除去したプリ発光反射光を算出することによって本発光量を算出する。ステップＳ３０９においてＣＰＵ３０は、ステップＳ３０３で算出された露出値、ステップＳ３０８で算出された本発光量等に基づいてストロボ装置３や撮像センサ１４、シャッタ制御回路２６等を制御し、ストロボ装置３を発光させて撮影動作を実行する。ＣＰＵ３０は、ステップＳ３０９の処理が終わると本処理を終了させる。
【００３２】
上記説明の通り、本実施形態では、ストロボ装置３をプリ発光させて行う電荷蓄積（ステップＳ３０７）では、測光センサ２０の駆動を第２の駆動モードで制御している。図７（ａ）は、ステップＳ３０７の処理を仮に第１の駆動モードで行った場合の電荷蓄積とストロボ発光との関係を説明する図である。一般的に、撮像装置１００から被写体までの距離が近ければ、ストロボ反射光の光量は大きくなる。前述したように、本実施形態では、光電変換部ＰＤの飽和電荷量は電荷保持部ＭＥＭの飽和電荷量の半分しかない。そのため、ストロボ反射光により光電変換部ＰＤが飽和してしまうおそれがあり、その場合、蓄積しなければならない全電荷を蓄積することができないことになる。
【００３３】
これに対して、第２の駆動モードでは、光電変換部ＰＤで生じた電荷は即座に電荷保持部ＭＥＭに転送され、電荷保持部ＭＥＭで蓄積される。図７（ｂ）は、ステップＳ３０７の処理を第２の駆動モードで行った場合の電荷蓄積とストロボ発光との関係を説明する図である。この場合の飽和電荷量は電荷保持部ＭＥＭで決定されるため、ストロボ反射光に起因して生じる全電荷を電荷保持部ＭＥＭに蓄積することができる。また、ストロボ装置３が発光している期間に電荷を蓄積することができればよいため、ステップＳ３０７での電荷蓄積時間はステップＳ３０２での電荷蓄積時間よりも短い。よって、第２の駆動モードで電荷蓄積を行っても、第１の転送スイッチＭＴＸ１がオンしている期間に依存する暗電流ノイズの影響は小さい。更に、ストロボ装置３を発光させないステップＳ３０６でも測光センサ２０を第２の駆動モードで制御している。これにより、ストロボ光ではない外光の影響を除去して、撮影時のストロボ発光量をより高い精度で算出することができる。
【００３４】
上記説明の通り、本実施形態では、ストロボ装置３を発光させずに被写体輝度を求めるための電荷蓄積（ステップＳ３０１）では、測光センサ２０の駆動を第１の駆動モードで制御し、被写体輝度が小さい場合には電荷蓄積時間は長く設定される。したがって、第１の転送スイッチＭＴＸ１がオンしている期間に依存する暗電流ノイズの影響を小さくすることができる。一方、ストロボ装置３の発光時には、測光センサ２０を光電変換部ＰＤで生じた電荷を即座に電荷保持部ＭＥＭに転送し、電荷保持部ＭＥＭに電荷を蓄積する第２の駆動モードで駆動する。これにより、ストロボ反射光によって画素２１０で電荷の飽和が生じる可能性を低減させることができ、よって、測光精度を高めることが可能になることで適切な本発光量でのストロボ撮影が可能になり、高品質の撮影画像を得ることが可能になる。
【００３５】
＜第２実施形態＞
図８は、撮像装置１００での第２実施形態に係る撮影動作を説明するフローチャートである。図８のフローチャートの各処理は、ＣＰＵ３０が所定のプログラムを実行して撮像装置１００の各部の動作を制御することによって実現される。
【００３６】
ステップＳ４０１〜Ｓ４０４の処理は、図６のフローチャートのステップＳ３０１〜Ｓ３０４の処理と同じであるため、説明を省略する。装着されたストロボ装置３によって発光モードが異なることがあるため、ステップＳ４０５においてＣＰＵ３０は、ストロボ装置３との通信により、ストロボ装置３のプリ発光時の発光モードを取得する。ステップＳ４０６において取得したストロボ装置３の発光モードがフラット発光モードか又は閃光発光モードかを判定する。ＣＰＵ３０は、フラット発光モードであると判定した場合（Ｓ４０６でＹＥＳ）、処理をステップＳ４０８へ進め、閃光発光モードであると判定した場合（Ｓ４０６でＮＯ）、処理をステップＳ４０７へ進める。ステップＳ４０７においてＣＰＵ３０は、測光センサ２０の駆動モードを第２の駆動モードに設定する。ステップＳ４０８〜Ｓ４１１の処理は、図６のフローチャートのステップＳ３０６〜Ｓ３０９の処理と同じであるため、説明を省略する。
【００３７】
なお、ステップＳ４０１で測光センサ２０は第１の駆動モードに設定されている。よって、ストロボ装置３の発光モードがフラット発光モードである場合（Ｓ４０６からＳ４０８へ進む場合）、測光センサ２０に第１の駆動モードが設定された状態で、ステップＳ４０８〜Ｓ４１１の処理が行われる。一方、ストロボ装置３の発光モードが閃光発光モードである場合（Ｓ４０７からＳ４０８へ進む場合）、測光センサ２０に第２の駆動モードが設定された状態で、ステップＳ４０８〜Ｓ４１１の処理が行われる。
【００３８】
図９は、測光センサ２０が第１の駆動モードに設定されているときにストロボ装置３をフラット発光モードでプリ発光させた場合のタイミングチャートである。フラット発光モードでは発光のピークレベルは閃光発光より小さいため、第１の駆動モードであっても、光電変換部ＰＤが飽和してしまう可能性は閃光発光の場合よりも小さい。一方、発光時間が長くなってしまうことで、測光センサ２０での電荷蓄積時間が長くなる場合がある。この場合でも、第１の駆動モードで測光センサ２０を駆動することで、第１の転送スイッチＭＴＸ１がオンしている期間に依存する暗電流ノイズの影響を小さくすることができる。
【００３９】
上記説明の通り、本実施形態によれば、ストロボ装置３の発光モードに応じて測光センサ２０の駆動モードを選択的に切り替える。これにより、測光精度を高めることが可能になることで適切な本発光量でのストロボ撮影が可能になり、高品質の撮影画像を得ることが可能になる。
【００４０】
＜第３実施形態＞
図１０は、撮像装置１００での第２実施形態に係る撮影動作を説明するフローチャートである。図８のフローチャートの各処理は、ＣＰＵ３０が所定のプログラムを実行して撮像装置１００の各部の動作を制御することによって実現される。
【００４１】
ステップＳ５０１においてＣＰＵ３０は、測光センサ２０の電荷蓄積時間が所定の閾値Ｔｈより長いか否かを判定する。なお、電荷蓄積時間は、ステップＳ５０１の処理が実行される前に取得した被写体輝度に基づいて決定されるが、取得した被写体輝度がない場合には予め定められた蓄積時間が用いられる。閾値Ｔｈは、例えば、第１の転送スイッチＭＴＸ１がオンしている期間に依存する暗電流ノイズの影響を無視することが可能な時間に設定することができる。ＣＰＵ３０は、電荷蓄積時間が閾値Ｔｈより長い場合（Ｓ５０１でＹＥＳ）、処理をステップＳ５０２へ進め、電荷蓄積時間が閾値Ｔｈ以下である場合（Ｓ５０１でＮＯ）、処理をステップＳ５０３へ進める。
【００４２】
ステップＳ５０２においてＣＰＵ３０は、測光センサ２０の駆動モードを第１の駆動モードに設定し、その後、処理をステップＳ５０４へ進める。ステップＳ５０３においてＣＰＵ３０は、測光センサ２０の駆動モードを第２の駆動モードに設定し、その後、処理をステップＳ５０４へ進める。ステップＳ５０４〜Ｓ５０５の処理は、図６のフローチャートのステップＳ３０２〜Ｓ３０３の処理と同じであるので、説明を省略する。ステップＳ５０６においてＣＰＵ３０は、本撮影の開始が指示されたか否かをカメラ本体１に設けられているレリーズボタンが押下されたか否かにより判定する。ＣＰＵ３０は、レリーズボタンが押下されていないと判定した場合（Ｓ５０６でＮＯ）、処理をステップＳ５０１へ戻し、レリーズボタンが押下されたと判定した場合（Ｓ５０６でＹＥＳ）、処理をステップＳ５０７へ進める。ステップＳ５０７においてＣＰＵ３０は、ステップＳ５０５で算出された露出値等に基づいて撮像センサ１４、シャッタ制御回路２６等を制御し、撮影動作を実行する。ＣＰＵ３０は、ステップＳ５０７の処理が終わると本処理を終了させる。
【００４３】
図１１（ａ）は、第１の駆動モードでの制御単位期間を説明する図である。測光センサ２０での電荷蓄積時間に対して設定可能な制御単位期間は、ＣＰＵ３０又は測光センサ２０の制御部２０２によって制約されている。第１の駆動モードでは、第１の転送スイッチＭＴＸ１を少なくとも２回、オン／オフさせる必要があり、電荷保持部ＭＥＭの飽和電荷量を最大限に使用するためには、電荷蓄積時間は最低でも２個の制御単位期間を必要とする。図１１（ｂ）は、第２の駆動モードでの制御単位期間を説明する図である。第２の駆動モードでは、第１の転送スイッチＭＴＸ１を１回オン／オフすればよく、１個の制御単位期間で電荷保持部ＭＥＭの飽和電荷量を最大限に使用するように蓄積時間を設定することができる。したがって、第２の駆動モードでの最短の電荷蓄積時間を、第１の駆動モードの最短の電荷蓄積時間の半分にすることができるため、測光可能な高輝度限界を倍にすることができる。また、第２の駆動モードに設定された場合であっても、電荷蓄積時間が短いため、第１の転送スイッチＭＴＸ１がオン状態にある期間に依存する暗電流ノイズの影響を小さくすることができる。
【００４４】
＜第４実施形態＞
図１２は、撮像装置１００に装備可能な測光センサ２０Ａの内部構成を示すブロック図である。本実施形態では、第１乃至第３実施形態で用いた測光センサ２０の構成を変更した測光センサ２０Ａを用いて、露出値等を決定するための測光制御を行う。なお、測光センサ２０Ａの構成要素のうち、測光センサ２０の構成要素と同じものについては、同じ符号を付して説明を省略する。
【００４５】
測光センサ２０Ａは、画素アレイ２０１、制御部２０２Ａ、Ａ／Ｄ変換回路２０３及び出力回路２０４を備える。制御部２０２Ａは、モード設定部２２０を有する。モード設定部２２０は、ＣＰＵ３０から電荷蓄積時間を設定する制御命令を受信すると、設定された電荷蓄積時間に応じて測光センサ２０Ａの駆動モードを選択し、設定を行う。
【００４６】
図１３は、測光センサ２０Ａを備える撮像装置での撮影動作を説明するフローチャートである。図１３のフローチャートの各処理は、ＣＰＵ３０が所定のプログラムを実行して撮像装置１００の各部の動作を制御することによって実現される。
【００４７】
ステップＳ６０１においてＣＰＵ３０は、測光センサ２０Ａに対して電荷蓄積時間を設定する。これにより、ステップＳ６０１において測光センサ２０Ａのモード設定部２２０が、図１０のフローチャートのステップＳ５０１〜Ｓ５０３の処理を実行することにより、設定された電荷蓄積時間に応じて測光センサ２０Ａの駆動モードを選択し、設定する。なお、ステップＳ６０１では、モード設定部２２０が、ストロボ装置３の発光モードを判別するためのフラグをＣＰＵ３０から受信すると、駆動モードを選択して設定する構成としてもよい。この場合、図８のフローチャートのステップＳ４０６，Ｓ４０７の処理を制御部２０２Ａが実行する。
【００４８】
ステップＳ６０２〜Ｓ６０４の処理は、図６のフローチャートのステップＳ３０２〜Ｓ３０４の処理と同じであるため、説明を省略する。なお、ステップＳ６０４の判定がＮＯとなる場合、ＣＰＵ３０は処理をステップＳ６０４からステップＳ６０１へ戻す。ステップＳ６０５においてＣＰＵ３０は、ステップＳ６０３で算出された露出値等に基づいて撮像センサ１４、シャッタ制御回路２６等を制御し、撮影動作を実行する。ＣＰＵ３０は、ステップＳ６０５の処理が終わると本処理を終了させる。
【００４９】
上記説明の通り、本実施形態によれば、ＣＰＵ３０からの制御命令を電荷蓄積時間やストロボ装置３の発光モードフラグ等に抽象化することができるため、画素アレイ２０１を駆動する際の各種タイミングを逐一設定する必要がなくなる。これにより、測光センサ２０Ａに対する制御命令通信を簡略化することができ、撮像装置１００の撮影動作における応答性を向上させることができる。
【００５０】
＜その他の実施形態＞
以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、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。更に、上述した各実施形態は本発明の一実施形態を示すものにすぎず、各実施形態を適宜組み合わせることも可能である。例えば、本発明は、図１を参照して説明した撮影レンズ２及びストロボ装置３の着脱が可能に構成に限定されず、レンズ固定式やストロボ装置内蔵型の撮像装置へ適用することができる。また、上記実施形態では、測光センサ２０による測光結果に基づいてＣＰＵ３０がＡＥ処理を行うものとしたが、撮像センサ１４を用いて測光を行い、ＣＰＵ３０がＡＥ処理を行う構成となっていてもよい。更に、第２実施形態と第３実施形態を組み合わせてもよい。具体的には、被写体輝度を測光するための電荷蓄積では、電荷蓄積時間に応じて測光センサの駆動モードを選択的に切り替える。そして、プリ発光反射光を測光するための電荷蓄積では、ストロボ装置３の発光モードに応じて測光センサ２０の駆動モードを切り替えればよい。
【００５１】
本発明は、上述した実施形態の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】
【００５２】
１    カメラ本体
３    ストロボ装置
１４    撮像センサ
２０，２０Ａ    測光センサ
１００    撮像装置
２０１    画素アレイ
２０２，２０２Ａ    制御部
２１０    画素
２２０    モード設定部
【図１】
2018182565.tif 000003
【図２】
2018182565.tif 000004
【図３】
2018182565.tif 000005
【図４】
2018182565.tif 000006
【図５】
2018182565.tif 000007
【図６】
2018182565.tif 000008
【図７】
2018182565.tif 000009
【図８】
2018182565.tif 000010
【図９】
2018182565.tif 000011
【図１０】
2018182565.tif 000012
【図１１】
2018182565.tif 000013
【図１２】
2018182565.tif 000014
【図１３】
2018182565.tif 000015