(57)【要約】【課題】  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。【解決手段】  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。【選択図】  図１
2019092109.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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
を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記光学素子の透過率を前記目標露光量を達成する透過率まで下げていく間、前記電荷の蓄積量を制御して前記目標露光量となるように調整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】
前記制御手段は、前記電荷の蓄積量を減らしていく制御と、前記光学素子の透過率を下げていく制御とを並行して行い、前記目標露光量に到達した後、前記光学素子の透過率を前記目標露光量を達成する透過率まで下げていく制御を継続するとともに、前記目標露光量を保ちながら、前記電荷の蓄積量を増やしていく制御とを並行して行うことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項４】
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。
【請求項５】
前記設定手段により、第１の速さが設定された場合に、前記制御手段は、前記光学素子の透過率を前記目標露光量を達成する透過率まで下げていく間、前記電荷の蓄積量を制御して前記目標露光量となるように調整することを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記設定手段により、第１の速さが設定された場合に、前記制御手段は、前記電荷の蓄積量を制御して前記目標露光量となるように調整することを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記設定手段により、前記第１の速さよりも遅い第２の速さが設定された場合に、前記制御手段は、前記電荷の蓄積量を減らしていく制御と、前記光学素子の透過率を下げていく制御とを並行して行い、前記目標露光量に到達した後、前記光学素子の透過率を前記目標露光量を達成する透過率まで下げていく制御を継続するとともに、前記目標露光量を保ちながら、前記電荷の蓄積量を増やしていく制御とを並行して行うことを特徴とする請求項５または６に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記設定手段により、前記第１の速さよりも遅い第２の速さが設定された場合に、前記制御手段は、前記電荷の蓄積量を減らしていく制御と、前記光学素子の透過率を下げていく制御とを並行して行い、前記目標露光量に到達した後、前記電荷の蓄積量を前記目標露光量を達成する蓄積量まで減らしていく制御を継続するとともに、前記目標露光量を保ちながら、前記光学素子の透過率を上げていく制御とを並行して行うことを特徴とする請求項５または６に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記設定手段により、前記第２の速さよりも遅い第３の速さが設定された場合に、前記制御手段は、前記光学素子の透過率を前記目標露光量を達成する透過率まで下げていくことを特徴とする請求項７または８に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記撮像素子は、前記光電変換部により変換された電荷を信号保持手段に転送する第１の転送手段と、前記光電変換部により変換された電荷を排出するための第２の転送手段とを有し、
前記駆動手段は、前記予め決められた露光時間において、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。
【請求項１１】
前記光学素子の透過率を検出する検出手段をさらに有し、
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。
【請求項１２】
前記光学素子は、エレクトロクロミック（ＥＣ）ＮＤフィルタであ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。
【請求項１３】
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、を有する撮像装置の制御方法であって、
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。
【請求項１４】
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、を有する撮像装置の制御方法であって、
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は撮像装置及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−３０１０６５号公報
【特許文献２】特許第４３８４７３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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。
【発明の効果】
【０００８】
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。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態における撮像装置の構成を示すブロック図。
【図２】実施形態における撮像素子の一部の構成の回路図。
【図３】実施形態における撮像素子の駆動制御パルスのタイミングチャート。
【図４】実施形態における撮像素子の駆動制御パルスに対応する画素のポテンシャル状態を示す図。
【図５】実施形態における撮像素子の駆動制御パルスφＴＸ１Ａ（ｉ）、φＴＸ１Ａ（ｉ＋１）の詳細を示すタイミングチャート。
【図６】実施形態におけるＥＣＮＤフィルタの構成を説明する断面模式図である。
【図７】実施形態における「最速」が設定された場合の減光調節方法を説明する模式図。
【図８】実施形態における「通常」が設定された場合の減光調節方法を説明する模式図。
【図９】実施形態における「低速」が設定された場合の減光調節方法を説明する模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【符号の説明】
【００４９】
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
【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】
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【図８】
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【図９】
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