(57)【要約】  【課題】  フォーカルプレーンシャッター搭載の固体撮像装置において、ストロボ発光のためのプリ発光時に、全画面または全画面相当から被写体の光量を検出することができなかった。  【解決手段】  被写体を照明するストロボ１２２と、二次元行列状に配置された複数の画素を有する固体撮像素子１０４を備える固体撮像装置内に実装される撮像制御装置１００である。ストロボの制御を行うストロボ発光制御回路１１４と、固体撮像素子の電荷蓄積・電荷読み出しの制御を行うセンサー駆動回路１１２とを備える。ストロボ発光制御回路１１４は、ストロボの本発光前にプリ発光を行うようにストロボを制御し、センサー駆動回路１１２は、ストロボのプリ発光中に複数の画素に蓄積された電荷を、所定個数の画素毎に混合して読み出すように固体撮像素子１０４を制御する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体を照明する少なくとも１つのストロボと、二次元行列状に配置された複数の画素を有する固体撮像素子とを備える固体撮像装置内に実装され、前記ストロボと前記固体撮像素子の制御を行う撮像制御装置であって、
前記ストロボの制御を行うストロボ発光制御回路と、
前記固体撮像素子の電荷蓄積・電荷読み出しの制御を行うセンサー駆動回路とを備え、
前記ストロボ発光制御回路は、前記ストロボの本発光前にプリ発光を行うように前記ストロボを制御し、
前記センサー駆動回路は、前記ストロボのプリ発光中に前記複数の画素に蓄積された電荷を、所定個数の画素毎に混合して読み出すように前記固体撮像素子を制御することを特徴とする撮像制御装置。
【請求項２】
被写体を照明する少なくとも１つのストロボと、二次元行列状に配置された複数の画素を有する固体撮像素子とを備える固体撮像装置内に実装され、前記ストロボと前記固体撮像素子の制御を行う撮像制御装置であって、
前記ストロボの制御を行うストロボ発光制御回路と、
前記固体撮像素子の電荷蓄積・電荷読み出しの制御を行うセンサー駆動回路とを備え、
前記ストロボ発光制御回路は、前記ストロボの本発光前にプリ発光を行うように前記ストロボを制御し、
前記センサー駆動回路は、前記ストロボのプリ発光中に前記複数の画素に蓄積された電荷を、所定行数毎に間引いて読み出すように前記固体撮像素子を制御することを特徴とする撮像制御装置。
【請求項３】
前記センサー駆動回路が、前記固体撮像素子の全画面領域相当の画素データをプリ発光時に読み出すことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の撮像制御装置。
【請求項４】
さらに、
前記プリ発光時に読み出された全画面領域相当の画素データをブロック分割するブロック演算回路と、
前記ブロック分割された前記画素データに基づいて、本発光時の最適なシャッタースピードと絞り値を算出するＡＥ制御回路とを備えることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかに記載の撮像制御装置。
【請求項５】
さらに、前記ブロック分割された前記画素データに基づいて、ホワイトバランスを算出するＡＷＢ回路を備えることを特徴とする請求項４に記載の撮像制御装置。
【請求項６】
前記プリ発光時に算出されたホワイトバランスを換算して、ストロボ本発光時のホワイトバランスを決定することを特徴とする請求項５に記載の撮像制御装置。
【請求項７】
前記ブロック分割された前記画素データに基づいて、最適な信号レベルを算出することを特徴とする請求項４に記載の撮像制御装置。
【請求項８】
前記プリ発光時に算出された最適な信号レベルを換算して、ストロボ本発光時の信号レベルを決定することを特徴とする請求項７に記載の撮像制御装置。
【請求項９】
前記ブロック分割された前記画素データに基づいて前記混合される所定個数の画素は同色の画素データであると共に、全ての画素について混合して読み出すことを特徴とする請求項４から請求項８までのいずれかに記載の撮像制御装置。
【請求項１０】
被写体を照明する少なくとも１つのストロボと、二次元行列状に配置された複数の画素を有する固体撮像素子とを備える固体撮像装置内に実装され、前記ストロボと前記固体撮像素子の制御を行う撮像制御装置であって、
前記ストロボの制御を行うストロボ発光制御回路と、
前記固体撮像素子の電荷蓄積・電荷読み出しの制御を行うセンサー駆動回路とを備え、
前記ストロボ発光制御回路は、前記ストロボの本発光前にプリ発光を行うように前記ストロボを制御し、
前記センサー駆動回路は、前記ストロボのプリ発光中に前記複数の画素に蓄積された電荷を、所定個数の画素数毎に混合して読み出す第１の駆動方法と、所定行数毎に間引いて読み出す第２の駆動方法との２つの駆動方法を選択して、前記固体撮像素子を制御することを特徴とする撮像制御装置。
【請求項１１】
プリ発光を行うべきタイミングと、全画素の露光が開始されるタイミングを、予め記憶手段に格納しておくことを特徴とする請求項１から請求項１０までのいずれかに記載の撮像制御装置。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１までのいずれかに記載の撮像制御装置と、前記ストロボと、前記固体撮像素子とを有することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項１３】
前記固体撮像素子がフォーカルプレーンシャッターで読み出されることを特徴とする請求項１２に記載の固体撮像装置。
【請求項１４】
さらに、前記固体撮像素子の前面に配されたカラーフィルターを備えることを特徴とする請求項１２または請求項１３に記載の固体撮像装置。
【請求項１５】
ストロボで被写体を照明し、照明された被写体を二次元行列状に配置された複数の画素を有する固体撮像装置へと集光して撮像を行う撮像方法であって、
前記ストロボをプリ発光するステップと、
前記プリ発光中に前記複数の画素に電荷を蓄積するステップと、
前記プリ発光中に前記複数の画素に蓄積された電荷を、所定個数の画素毎に混合して読み出すステップと、
前記混合して読み出された電荷を用いて、前記ストロボの本発光時におけるシャッタースピードと絞り値を算出するステップと、
前記ストロボを本発光するステップと、
前記算出されたシャッタースピードと絞り値に基づいて、前記複数の画素に電荷を蓄積するステップと、
前記蓄積された電荷を、全画素について混合せずに読み出すステップとを有する撮像方法。
【請求項１６】
ストロボで被写体を照明し、照明された被写体を二次元行列状に配置された複数の画素を有する固体撮像装置へと集光して撮像を行う撮像方法であって、
前記ストロボをプリ発光するステップと、
前記プリ発光中に前記複数の画素に電荷を蓄積するステップと、
前記プリ発光中に前記複数の画素に蓄積された電荷を、所定行数毎に間引いて読み出すステップと、
前記間引いて読み出された電荷を用いて、前記ストロボの本発光時におけるシャッタースピードと絞り値を算出するステップと、
前記ストロボを本発光するステップと、
前記算出されたシャッタースピードと絞り値に基づいて、前記複数の画素に電荷を蓄積するステップと、
前記蓄積された電荷を、全画素について間引かずに読み出すステップとを有する撮像方法。
【請求項１７】
さらに、
前記プリ発光中に前記複数の画素に蓄積された電荷を用いて、ホワイトバランスまたは／および信号レベルを算出するステップと、
前記算出されたホワイトバランスまたは／および信号レベルを換算して、前記本発光時におけるホワイトバランスまたは／および信号レベルを決定するステップとを有することを特徴とする請求項１５または請求項１６に記載の撮像方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換素子を有する固体撮像装置、撮像制御装置および撮像方法にかかわり、特にフォーカルプレーンシャッターを有する光電変換素子を用いた固体撮像素子のプリストロボ発光の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高画素化した光電変換素子は、ビデオカメラやデジタルスチルカメラや携帯電話用のモバイルカメラ等の撮像装置に用いられている。これらの装置では、ＣＦカードやＳＤカードなどの記録媒体に画像データを記録し、液晶表示などに表示し、あるいは、その画像データをプリントアウトして保存することができる。このデジタルスチルカメラなどの撮像装置などは、通常、ストロボやフラッシュを備えている。室内の暗い場所や夜間では、光量が少ないため、撮像する対象物にストロボをたいて光量を瞬間的に増量して撮影をしている。
【０００３】
撮像装置において、画像撮像時に被写体の露光条件を測定して、適切な露光時間や絞りなどを設定する。具体的には、固体撮像素子は二次元行列状に配置された光電変換素子を有するが、この固体撮像素子の全画面に照射されている光量を測定する。その測定値が予め設定をしている目標値より大きいか小さいかの判断を行い、目標値になるように制御する。この動作を一般にＡＥ（Automatic Exposure：自動露光）と称する。
【０００４】
ストロボ撮影をする場合にもＡＥを行う必要がある。また、ホワイトバランス制御やオートフォーカスなどのピント制御も行う必要がある。しかしながら、絞りや露光制御、ホワイトバランス制御、ピント制御を、ストロボ発光の瞬間に正確に調整することは困難である。現在では、事前に発光するプリ発光時に測光を行う。ストロボ本発光前に光量の調整をし、かつ出力の換算を計算してから、撮像動作に入り撮影を行っている。
【０００５】
ＣＣＤなどの固体撮像装置は、電荷蓄積の同時性があり、通常はストロボ発光のタイミングで電荷蓄積動作を行っていた。
【０００６】
近年、固体撮像素子の高画素化に伴い、画素数が増加して消費電力が多くなってきている。デジタルスチルカメラやモバイルカメラでは、消費電力の課題を解決する手段として、消費電力の少ないＣＭＯＳ型の光電変換素子が採用されてきている。
【０００７】
ＣＭＯＳ型センサーの特徴の一つに、電荷読み出しがフォーカルプレーンシャッター読み出しになっていることがある。この場合、ＣＣＤなどとは違って同時性がない。すなわち、水平方向に読み出しをする場合であれば、露光開始のタイミングについて、垂直方向にずれが生じる。そのため、画像の同時性がない。水平時間軸方向に速く動く被写体は、垂直時間軸方向で時間差ができて、曲がったような撮像になってしまう現象が生じる。
【０００８】
このように、フォーカルプレーンシャッター読み出しのＣＭＯＳ型の光電変換素子は、ＣＣＤとは異なり同時性がない。そのため、プリ発光を行う場合も、全ての水平走査ラインが露光状態になってから発光をしないと、光電変換素子から正確なデータが得られない。
【０００９】
例えば、図８のようなフォーカルプレーンシャッターの場合、ｔ２のタイミングでプリ発光したときは、プリ発光を受けた全ての露光データを読み出すことができる。これに対して、ｔ１のタイミングでプリ発光したときは、Ｎ＋１ライン以降の露光データについては、プリ発光されていないデータしか読み出せず、正確なデータを得ることができない。
【００１０】
これを解決するために、ランダムアクセス可能なＣＭＯＳ型の光電変換素子の場合に、中心領域のブロックデータをサンプリングしてＡＥデータとして使用する方法がある（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−１９６９５１号公報（第４頁、第２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ＭＯＳ型光電変換素子を含む固体撮像装置では、室内の暗い場所や夜間では光量が少ないため、撮像する対象物にストロボをたいて光量を瞬間的に増量して撮影をしている。ＣＣＤなどの固体撮像装置では、ＡＥに必要な画像ブロックデータを１フレーム分読み出しているため、露光時間や絞り制御またはホワイトバランス調整に必要な制御に時間がかかる。そこで、事前に本発光前にプリ発光を行い、そのデータを演算しておき、本発光前に露光時間や絞りを制御する。
【００１２】
フォーカルプレーンシャッター読み出しのＣＭＯＳ型光電変換素子に代表されるようなＭＯＳ型光電変換素子においてもプリ発光は必要である。しかし、電荷蓄積の同時性がない。そのため、光量測定のための電荷蓄積において、ライン毎に電荷を蓄積する時間、つまりは光量測定時間がずれてしまう。この場合、プリ発光を含むストロボなどの瞬時の発光に対して、ＡＥのための光量蓄積にちいて、ライン毎のタイミングずれが生じて、ＡＥ評価領域からプリ発光の光がずれる問題がある。
【００１３】
また、電荷蓄積の同時性の改善のために、ランダムアクセス可能な光電変換素子で部分領域の読み出しを行う特許文献１においては、全画素の露光データ、または全画面に相当する露光データ（被写体の全領域）を用いてＡＥ処理を行っていない。そのため、正確な露光時間や絞り制御またはホワイトバランス調整を行うことができないという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、上記の課題を解決するために次のような手段を講じる。
【００１５】
第１の発明は、プリ発光における各画素のデータを混合し、かつ全ての画素のデータを読み出す。また、プリ発光時に混合して読み出された全ての画素のデータを用いて、本発光時におけるＡＥ制御を行う。
【００１６】
第２の発明は、プリ発光における各画素のデータをライン間引きし、かつ全画面領域相当の画素データを読み出す。また、プリ発光時にライン間引きして読み出された全画面領域相当の画素データを用いて、本発光時におけるＡＥ制御を行う。
【００１７】
また、上記の画素混合とライン間引きを明るさなどの条件に応じて選択的に用いても良い。すなわち、被写体が明るい場合にはライン間引きしてプリ発光を行う一方で、被写体が暗い場合には信号レベルを稼ぐために画素混合してプリ発光を行うようにしても良い。画素混合することにより、例えば９画素相当の信号レベルを１画素のデータとして用いることが可能なので、暗い場所でもＳ／Ｎの良い画像データを得ることが可能である。
【００１８】
また、ＡＥ制御に限らず、ホワイトバランスや信号レベルを算出し、算出結果から本発光後の露光データに対する換算値を演算し、最適な画像データを生成する構成としても良い。
【００１９】
以下、より具体的レベルで記述する。
【００２０】
本発明における第１の撮像制御装置は、被写体を照明する少なくとも１つのストロボと、二次元行列状に配置された複数の画素を有する固体撮像素子とを備える固体撮像装置内に実装され、前記ストロボと前記固体撮像素子の制御を行う撮像制御装置を前提とする。この構成においてさらに、前記ストロボの制御を行うストロボ発光制御回路と、前記固体撮像素子の電荷蓄積・電荷読み出しの制御を行うセンサー駆動回路とを備える。そして、前記ストロボ発光制御回路は、前記ストロボの本発光前にプリ発光を行うように前記ストロボを制御する。また、前記センサー駆動回路は、前記ストロボのプリ発光中に前記複数の画素に蓄積された電荷を、所定個数の画素毎に混合して読み出すように前記固体撮像素子を制御する。
【００２１】
この構成によれば、画素混合機能を用いることにより、ストロボ発光前のプリ発光時に正確な光量を検出することができる。ひいては、ストロボ本発光時に最適な露光値（絞り値、電子シャッター値）やホワイトバランスのゲイン値を設定、調整することができる。
【００２２】
本発明における第２の撮像制御装置は、被写体を照明する少なくとも１つのストロボと、二次元行列状に配置された複数の画素を有する固体撮像素子とを備える固体撮像装置内に実装され、前記ストロボと前記固体撮像素子の制御を行う撮像制御装置を前提とする。この構成においてさらに、前記ストロボの制御を行うストロボ発光制御回路と、前記固体撮像素子の電荷蓄積・電荷読み出しの制御を行うセンサー駆動回路を備える。そして、前記ストロボ発光制御回路は、前記ストロボの本発光前にプリ発光を行うように前記ストロボを制御する。また、前記センサー駆動回路は、前記ストロボのプリ発光中に前記複数の画素に蓄積された電荷を、所定行数毎に間引いて読み出すように前記固体撮像素子を制御する。
【００２３】
この構成によれば、ライン間引き機能を用いることにより、ストロボ発光前のプリ発光時に正確な光量を検出することができる。ひいては、ストロボ本発光時に最適な露光値（絞り値、電子シャッター値）やホワイトバランスのゲイン値を設定、調整することができる。
【００２４】
上記構成の撮像制御装置において、前記センサー駆動回路が、前記固体撮像素子の全画面領域相当の画素データをプリ発光時に読み出すように構成することが好ましい。
【００２５】
また、上記構成の撮像制御装置において、さらに、前記プリ発光時に読み出された全画面領域相当の画素データをブロック分割するブロック演算回路と、前記ブロック分割された前記画素データに基づいて、本発光時の最適なシャッタースピードと絞り値を算出するＡＥ制御回路とを備えた構成とすることが好ましい。
【００２６】
また、上記構成の撮像制御装置において、さらに、前記ブロック分割された前記画素データに基づいて、ホワイトバランスを算出するＡＷＢ回路を備えた構成することが好ましい。
【００２７】
また、上記構成の撮像制御装置において、前記プリ発光時に算出されたホワイトバランスを換算して、ストロボ本発光時のホワイトバランスを決定するように構成することが好ましい。
【００２８】
また、上記構成の撮像制御装置において、前記ブロック分割された前記画素データに基づいて、最適な信号レベルを算出するように構成することが好ましい。
【００２９】
また、上記構成の撮像制御装置において、前記プリ発光時に算出された最適な信号レベルを換算して、ストロボ本発光時の信号レベルを決定するように構成することが好ましい。
【００３０】
また、上記構成の撮像制御装置において、前記ブロック分割された前記画素データに基づいて前記混合される所定個数の画素は同色の画素データであると共に、全ての画素について混合して読み出すように構成することが好ましい。
【００３１】
本発明における第３の撮像制御装置は、被写体を照明する少なくとも１つのストロボと、二次元行列状に配置された複数の画素を有する固体撮像素子とを備える固体撮像装置内に実装され、前記ストロボと前記固体撮像素子の制御を行う撮像制御装置を前提とする。この構成においてさらに、前記ストロボの制御を行うストロボ発光制御回路と、前記固体撮像素子の電荷蓄積・電荷読み出しの制御を行うセンサー駆動回路とを備える。そして、前記ストロボ発光制御回路は、前記ストロボの本発光前にプリ発光を行うように前記ストロボを制御する。また、前記センサー駆動回路は、前記ストロボのプリ発光中に前記複数の画素に蓄積された電荷を、所定個数の画素数毎に混合して読み出す第１の駆動方法と、所定行数毎に間引いて読み出す第２の駆動方法との２つの駆動方法を選択して、前記固体撮像素子を制御する。
【００３２】
この構成によれば、被写体が暗い場合には信号レベルを稼ぐために画素混合してプリ発光を行う一方で、被写体が明るい場合にはライン間引きしてプリ発光を行う。画素混合することにより、暗い場所でもＳ／Ｎの良い画像データを得ることができる。
【００３３】
上記構成の撮像制御装置において、プリ発光を行うべきタイミングと、全画素の露光が開始されるタイミングを、予め記憶手段に格納しておくように構成することが好ましい。
【００３４】
上記の撮像制御装置にかかわる発明を固体撮像装置として、次のように展開することが好ましい。すなわち、それは、上記いずれかの撮像制御装置と、前記ストロボと、前記固体撮像素子とを備えた構成である。
【００３５】
上記構成の固体撮像装置において、前記固体撮像素子がフォーカルプレーンシャッターで読み出される構成が好ましい。
【００３６】
また、上記構成の固体撮像装置において、さらに、前記固体撮像素子の前面に配されたカラーフィルターを備える構成が好ましい。
【００３７】
本発明における第１の撮像方法は、ストロボで被写体を照明し、照明された被写体を二次元行列状に配置された複数の画素を有する固体撮像装置へと集光して撮像を行う撮像方法を前提とする。この構成においてさらに、前記ストロボをプリ発光するステップと、
前記プリ発光中に前記複数の画素に電荷を蓄積するステップと、前記プリ発光中に前記複数の画素に蓄積された電荷を、所定個数の画素毎に混合して読み出すステップと、前記混合して読み出された電荷を用いて、前記ストロボの本発光時におけるシャッタースピードと絞り値を算出するステップと、前記ストロボを本発光するステップと、前記算出されたシャッタースピードと絞り値に基づいて、前記複数の画素に電荷を蓄積するステップと、前記蓄積された電荷を、全画素について混合せずに読み出すステップとを有するものである。
【００３８】
本発明における第２の撮像方法は、ストロボで被写体を照明し、照明された被写体を二次元行列状に配置された複数の画素を有する固体撮像装置へと集光して撮像を行う撮像方法を前提とする。この構成においてさらに、前記ストロボをプリ発光するステップと、前記プリ発光中に前記複数の画素に電荷を蓄積するステップと、前記プリ発光中に前記複数の画素に蓄積された電荷を、所定行数毎に間引いて読み出すステップと、前記間引いて読み出された電荷を用いて、前記ストロボの本発光時におけるシャッタースピードと絞り値を算出するステップと、前記ストロボを本発光するステップと、前記算出されたシャッタースピードと絞り値に基づいて、前記複数の画素に電荷を蓄積するステップと、前記蓄積された電荷を、全画素について間引かずに読み出すステップとを有するものである。
【００３９】
上記の撮像方法において、さらに、前記プリ発光中に前記複数の画素に蓄積された電荷を用いて、ホワイトバランスまたは／および信号レベルを算出するステップと、前記算出されたホワイトバランスまたは／および信号レベルを換算して、前記本発光時におけるホワイトバランスまたは／および信号レベルを決定するステップとを有するものである。
【発明の効果】
【００４０】
本発明によれば、画素混合機能やライン間引き機能を用いることにより、ストロボ発光前のプリ発光時に正確な光量を検出することができる。その結果として、ストロボ本発光時に最適な露光値（絞り値、電子シャッター値）やホワイトバランスのゲイン値を設定、調整することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下、本発明にかかわる固体撮像装置および撮像制御装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００４２】
図１は本実施の形態における固体撮像装置の全体構成図である。この固体撮像装置は、被写体の像を集光するためのレンズ群１０１と、光量および焦点深度を調整するための絞り１０２、電子シャッター１０３、集光された被写体からの像を電気信号に変えるための光電変換素子を有する固体撮像素子１０４、ノイズやオフセットをキャンセルするためのＣＤＳ（Correlated Double Sampling）ＡＭＰ１０５、ゲインを調整するＧＣＡ（Gain Control Amp）１０６、アナログ信号としての被写体の画像をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ１０７、入力されたデジタル信号を演算するブロック演算回路１１５、ブロック演算回路１１５の演算結果に応じてＡＥを行うＡＥ回路１１６、シャッターの開閉を制御するシャッター制御回路１１１、固体撮像素子１０４の露光・読み出しを制御するセンサー駆動回路１１２、絞り１０２を制御する絞り制御回路１１３、ストロボの発光タイミング・時間を制御するストロボ発光制御回路１１４、ストロボ発光制御回路１１４の制御のもとにストロボ発光を行うストロボ１２２、演算結果からホワイトバランスを演算し所望の画質を得るためのＡＷＢ（AutoWhite Balance）回路１１７、信号レベルの調整を行うＡＬＣ（Auto Luminance Control）回路１１８、各モードに応じた信号の換算を行う換算回路１１９，１２０、換算された値をデジタル信号にかけ算をするかけ算器１０８，１１０、所定の信号処理を行う信号処理回路１０９、被写体からの像をデジタル信号として出力する出力回路１２１で構成される。
【００４３】
なお、固体撮像素子１０４は複数の画素（光電変換素子）と、各々の画素毎に所定の色が配されたカラーフィルターとを有する。カラーフィルターとしては、例えばベイヤー配列に配されたカラーフィルターがある。また、図１中の実線で囲まれた部分は固体撮像装置の撮像動作を制御する撮像制御装置１００である。
【００４４】
図１のように構成された固体撮像装置を例にとって、その動作を図２、図８を交えて説明する。
【００４５】
まず、ストロボが発光される前、すなわち静止画撮像される前のプレビュー状態では、図１のレンズ群１０１へ入力された被写体の像（光）は、ある絞り値で制御された絞り１０２を通り、固体撮像素子１０４へと集光される。固体撮像素子１０４は、光を電荷へと変換する（光電変換）。光電変換された信号は、ＣＤＳＡＭＰ１０５を通ってノイズやオフセットをカットされ、ＧＣＡ１０６を通ってゲインを調整され、Ａ／Ｄコンバータ１０７によってデジタル変換された後に、画面データをブロック演算回路１１５で演算されて、ＡＥ回路１１６へと入力される。ＡＥ回路１１６は、入力された光量や設定条件（ユーザーによる設定、マクロによる設定等）に基づいて最適な絞り値、シャッター速度等を算出する。絞り制御回路１１３とシャッター制御回路１１１は、算出された絞り値およびシャッター速度などに基づいて絞り１０２や電子シャッター１０３を制御する。また、ＡＷＢ回路１１７は、ブロック演算回路１１５で演算されたデータに基づき最適なホワイトバランスを算出する。Ａ／Ｄ変換された信号はＡＷＢ回路１７で算出されたホワイトバランスゲインに基づき、かけ算器１０８にて色毎にゲインをかけ算される。そして、信号処理回路１０９で画像処理をされた後、ＡＬＣ回路１１８で最適な信号レベルに調整される。
【００４６】
ストロボ撮影時にはＡＥ（絞り値、シャッター速度の制御等）をストロボ本発光時に完了して撮影することは難しいので、プリ発光が行われる。このとき、フォーカルプレーンシャッター搭載のＭＯＳセンサーでは、図８のように露光開始がライン毎にずれているため、プリ発光をｔ１のタイミングで発光した場合には、Ｎ＋１ライン以降の電荷蓄積ができないことになる。したがって、Ｎ＋１ライン以降のデータについての情報を得ることができないので、最適なＡＥを行うことは難しい。そのため、全画素の露光準備ができるｔ２のタイミングでプリ発光をする必要がある。しかし、これではプリ発光を開始するまでに時間がかかる。結果として、撮像装置のシャッターボタンが押されてから、プリ発光、ストロボ本発光に時間がかかり、シャッターチャンスを逃してしまうことがある。
【００４７】
本実施の形態においては、プリ発光時に画素混合して固体撮像素子１０４からのデータの読み出しを行う。画素混合を行った場合、単純に全画素の読み出しを行う場合と比較すると、画素読み出しを早く行うことができ、結果として各画素の露光開始のタイミングを早くすることができる。概念を図２に示している。実線が画素混合を行った場合の各画素の露光開始のタイミングを示している。
【００４８】
図２のように、画素混合を行うと、ｔ３のタイミングで、全ての画素について露光開始ができるため、ｔ３のタイミングでプリ発光を行うことにより全画素の露光蓄積ができ、その露光データを読み出すことができる。全画素の露光データを読み出せるので最適なＡＥが可能となる。
【００４９】
画素混合の概念を図３に示す。図３はあくまで一例であり、様々な画素混合方法が考えられることは言うまでもない。
【００５０】
図３の例では、同色の３×３の９画素分のデータを中心となる同色の画素位置へと混合している。このように画素を混合することにより、処理すべき画素数を減らすことができるので、各画素について露光開始のタイミングを早くすることができる。また、混合はしているものの、全ての画素を用いているので情報量の劣化も少ない（図の中心領域を見れば、全ての画素が混合に用いられていることが理解できる）。露光開始のタイミングが早くできるので、結果としてプリ発光のタイミングを早くすることができる。しかも被写体の全領域、かつ全画素のデータを用いてＡＥを算出することができるので、最適なＡＥを行うことができる。
【００５１】
また、本実施の形態においては、プリ発光時にライン間引きを行って固体撮像素子１０４からのデータ読み出しを行うこともできる。画素をライン間引きして読み出すことにより、単純に全画素の読み出しを行う場合と比較すると、画素読み出しを早く行うことができ、結果として各画素の露光開始のタイミングを早くすることができる。概念を図４に示している。実線がライン間引きを行った場合の各画素の露光開始のタイミングを示す。
【００５２】
図４のように、ライン間引きを行うと、ｔ４のタイミングでは被写体の全領域の画素について露光開始ができるため、ｔ４のタイミングでプリ発光を行うことにより全画素相当の露光蓄積ができ、全画素相当の露光データを読み出すことができる。全画素相当の露光データを読み出すことができるので最適なＡＥが可能となる。
【００５３】
なお、プリ発光のタイミングと、全領域の画素の露光開始のタイミングは予めレジスタ等の記憶手段に格納される。
【００５４】
ここで、特許文献１に示す先行技術との比較を行う。
【００５５】
特許文献１では、図９（ａ）のような、ランダムアクセス可能な光電変換素子を利用することにより、画面の真ん中の特定枠内のブロックデータを読み出して、露光制御や絞り制御、オートホワイトバランス調整、ＡＦ制御データとして用いていた。
【００５６】
しかし、図９（ｂ）のように特定枠外に露光データ上必要な被写体があった場合に、上記ＡＥ制御に大きな誤差を生じていた。例えば絞り制御や露光時間制御では、ブロック外に明るい被写体があった場合には、本発光時に露光時間が長くなり、周辺被写体が飽和してしまい、白飛び（ダイナミックレンジオーバー）となる。また、プリ発光時にホワイトバランス調整をする場合には、特定枠内と枠外で色相の違う被写体があった場合には、特許文献１の場合は調整ずれを起こしてしまう。これに対して、本発明では全画面平均されて最適なホワイトバランス調整がされる。
【００５７】
次に、図５、図６のフローチャートを用いて本発明の実施の形態の固体撮像装置の動作を説明する。
【００５８】
静止画撮像コマンドが発行される前に、固体撮像装置ではプレビュー状態時に被写体に応じた最適なＡＥ制御が行われている。このときに、ＧＣＡ１０６から増幅量を、絞り制御回路１１３からは絞り値を、センサー駆動回路１１２からは電子シャッター値を読み出して、明るさの判断を行う。これにより、プリ発光後の電荷蓄積を画素混合で読み出すか、ライン間引きで読み出すかを決定する（ステップ６０４）。以降の処理は、固体撮像素子１０４からの読み出し方向が異なるのみで、画素混合とライン間引きで変わるものではない。破線で囲った部分は同一内容である。
【００５９】
次に、静止画撮像コマンド（stillコマンド）が発行された後（ステップ６０６）、ストロボ発光制御回路１１４から発光信号がストロボ１２２に送出され、プリ発光が実施される（ステップ６０８）。この後、電荷蓄積された画素データを選択された読み出し方法で読み出す（ステップ６０９：混合読み出し）。読み出されたデータは前述の動作説明のように、ＣＤＳＡＭＰ１０５、ＧＣＡ１０６、Ａ／Ｄコンバータ１０７を通って、全画面を分割したブロック演算回路１１５に入力され、分割ブロックに予め設定された重み付けによって加算平均される。また、最大データのピーク値計算を行う（ステップ６１０）。
【００６０】
演算されたデータによりストロボ本発光時の電子シャッター値や絞り値、ＧＣＡに増幅量を算出して、センサー駆動回路１１２や絞り制御回路１１３に設定をする（ステップ６１２）。
【００６１】
ホワイトバランス調整では、全画面の平均値から、ホワイトバランスのゲイン値（色毎のゲイン値）を算出して、ＡＷＢ回路１１７に設定をする（ステップ６１５）。
【００６２】
上記設定が完了した時点で、センサー駆動を切り換えて、シャッター制御回路１１１により電子シャッター１０３を開き、ストロボ本発光が実施される。電子シャッター１０３を閉じて、露光されたデータを読み出す。全画素を読み出してＣＤＳＡＭＰ１０５、ＧＣＡ１０６、Ａ／Ｄコンバータ１０７を通り、ホワイトバランスのゲイン値をかけ算器１０８で乗算され、信号処理回路１０９で画像処理され、ＡＬＣ回路１１８で算出されたＡＬＣレベル演算値をかけ算器１１０で乗算され、輝度レベル調整をした後、出力回路１２１でフォーマット変換をされて画像として出力される。
【００６３】
このとき、上記ＡＬＣレベル演算値やホワイトバランスのゲイン値は、プリ発光時の値に対して換算をした値を乗算することにより（図７）、処理時間の短縮を図ることができる。図７のように、ライン間引き時はその換算傾きが異なるため、電荷読み出しを決定した時点で換算式を切り換える。
【００６４】
なお、上述のフローチャートでは、画素混合とライン間引きを選択的に行う構成としていたが、これは画素混合かライン間引きの一方のみを行う構成としても良い。どちらか一方のみを行う場合でも、全画素または全画面相当の露光データを用いて、かつ早いタイミングでプリ発光を行うことができるので、本発明が課題とする最適なＡＥを素早く行うといった課題を解決することができる。
【００６５】
また、ＡＥ、ＡＬＣレベル演算値、ホワイトバランスのゲイン値の算出の全てを、プリ発光時に算出された値を基に換算する構成としたが、そのうち一部のみでプリ発光時に算出し、残り一部はストロボ本発光時に行う構成としても良い。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明の固体撮像装置は、例えば、撮影機能付き携帯電話、デジタルスチルカメラ等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の実施の形態における固体撮像装置の全体ブロック図
【図２】本発明の実施の形態における固体撮像装置の画素混合の場合の動作説明とプリ発光との関係図
【図３】本発明の実施の形態における画素混合の概念図
【図４】本発明の実施の形態における固体撮像装置のライン間引きの場合の動作説明とプリ発光との関係図
【図５】本発明の実施の形態における固体撮像装置の動作フローチャート
【図６】本発明の実施の形態における固体撮像装置の動作フローチャート（続き）
【図７】本発明の実施の形態における固体撮像装置のプリ発光と本発光の電子シャッター換算実施例
【図８】フォーカルプレーンシャッター搭載の光電変換素子の動作説明とプリ発光との関係図
【図９】従来の技術における課題の説明図
【符号の説明】
【００６８】
１０１  レンズ
１０２  絞り
１０３  電子シャッター
１０４  固体撮像素子
１０５  ＣＤＳ_ＡＭＰ
１０６  ＧＣＡ
１０７  Ａ／Ｄコンバータ
１０８，１１０  かけ算器
１０９  信号処理回路
１１１  シャッター制御回路
１１２  センサー駆動回路
１１３  絞り制御回路
１１４  ストロボ発光制御回路
１１５  ブロック演算回路
１１６  ＡＥ回路
１１７  ＡＷＢ回路
１１８  ＡＬＣ回路
１１９，１２０  換算回路
１２１  出力回路
１２２  ストロボ
【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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