(57)【要約】【課題】シャッタースピードの切り替え時に発生する信号レベルの変化をＡＧＣゲイン量の制御のみを用いて補間すると、ノイズ成分も一緒に増幅されてしまうことになるため、当該ノイズ成分による画質の劣化が発生する。【解決手段】電源周期の半周期の整数倍のシャッタースピードで露光制御を行うことによってフリッカの発生を抑制する制御を行う撮像装置において、シャッタースピードの切り替わり時に発生する固体撮像素子１３の出力信号の信号レベルの変化（撮像した被写体像の明るさの変化）を、光学素子１２の透過率の制御（露光制御の粗調）とＡＧＣ回路１４１のゲインの制御（露光制御の微調）によって補正する。【選択図】図１
2005159689.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蓄積した電荷をシャッタースピードに応じたタイミングで出力する電子シャッター機能を有し、被写体像を撮像する固体撮像素子と、
前記固体撮像素子への入射光量を制御する光量制御手段と、
前記固体撮像素子の出力信号のレベルを調整するレベル調整手段と、
前記レベル調整手段によってレベル調整された前記出力信号に基づいて、撮像された前記被写体像の明るさを検出する検出手段と、
前記検出手段が検出した前記明るさに応じて前記シャッタースピードを電源周期の半周期に同期させて切り替えるとともに、前記シャッタースピードの切り替え時に発生する前記固体撮像素子の出力信号のレベル変化を前記レベル調整手段による前記調整および前記光量制御手段による前記制御によって補正するフリッカ抑制手段と
を備えたことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記光量制御手段は、前記固体撮像素子への入射光の光路内に配置され、透過率を変化させることによって前記入射光量を制御する
ことを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
前記フリッカ抑制手段は、前記シャッタースピードが前記電源周期の半周期よりも低い場合において、前記光量制御手段の制御可能な透過率の範囲内において所定の単位で前記透過率を制御する
ことを特徴とする請求項２記載の撮像装置。
【請求項４】
前記フリッカ抑制手段は、前記単位ごとに前記レベル調整手段のゲインを制御する
ことを特徴とする請求項３記載の撮像装置。
【請求項５】
前記フリッカ抑制手段は、前記シャッタースピードが前記電源周期の半周期以上の場合において、前記シャッタースピードが第１閾値よりも低くなったときは、前記透過率を制御する前記単位を当該透過率がより高い側の前記単位に変更し、前記シャッタースピードが第２閾値よりも高くなったときは、前記透過率を制御する前記単位を当該透過率がより低い側の前記単位に変更する
ことを特徴とする請求項２記載の撮像装置。
【請求項６】
蓄積した電荷をシャッタースピードに応じたタイミングで出力する電子シャッター機能を有する固体撮像素子によって被写体像を撮像する撮像方法であって、
前記固体撮像素子によって撮像された前記被写体像の明るさに応じて前記シャッタースピードを電源周期の半周期に同期させて切り替える第１の制御ステップと、
前記第１の制御ステップでの前記シャッタースピードの切り替え時に発生する前記固体撮像素子の出力信号のレベル変化を、当該出力信号のレベル制御および前記固体撮像素子への入射光量の制御によって補正する第２の制御ステップと
を有することを特徴とする撮像方法。
【請求項７】
前記第２の制御ステップでは、前記固体撮像素子への入射光の光路内に配置された光量制御手段の透過率を変化させることによって前記入射光量を制御する
ことを特徴とする請求項６記載の撮像方法。
【請求項８】
前記第２の制御ステップでは、前記シャッタースピードが前記電源周期の半周期よりも低い場合の制御において、前記光量制御手段の制御可能な透過率の範囲内において所定の単位で前記透過率を制御する
ことを特徴とする請求項７記載の撮像方法。
【請求項９】
前記第２の制御ステップでは、前記単位ごとに前記出力信号のレベル制御を行う
ことを特徴とする請求項８記載の撮像方法。
【請求項１０】
前記第２の制御ステップでは、前記シャッタースピードが前記電源周期の半周期以上の場合において、前記シャッタースピードが第１閾値よりも低くなったときは、前記透過率を制御する前記単位を当該透過率がより高い側の前記単位に変更し、前記シャッタースピードが第２閾値よりも高くなったときは、前記透過率を制御する前記単位を当該透過率がより低い側の前記単位に変更する
ことを特徴とする請求項７記載の撮像方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置および撮像方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
垂直同期信号の周波数が６０［Ｈｚ］（フィールド周期が１／６０［秒］）のＮＴＳＣ方式に準拠した固体撮像素子を撮像デバイスとして搭載した撮像装置を用いて、５０［Ｈｚ］の商用電源で動作する蛍光灯の照明下で被写体を撮像すると、この撮像した画像をディスプレイに表示する際に再生画面がちらつくことがある。この画面のちらつきは、撮像装置のフィールド周期と蛍光灯の明るさの変動周期とが異なることに起因して発生するものであり、フリッカと呼ばれている。
【０００３】
具体的には、蛍光灯の明るさの変動周期が１／１００［秒］、撮像装置のフィールド周期が１／６０［秒］であるため、撮像装置のフィールド周期と蛍光灯の明るさの変動周期の最小公倍数が１／２０［秒］となり、３フィールド周期で両者のタイミングが一致することになる。そして、３フィールド周期のフィールド相互間で撮像信号レベルが異なることにより、２０［Ｈｚ］のフリッカが発生する。このフリッカは、電子シャッター機能を持つ固体撮像素子を用いた撮像装置において、フリッカの発生原因からして、シャッタースピードを電源周期の半分の周期（１／１００［秒］）、即ち蛍光灯の明るさの変動周期に同期させることで発生しなくなる。
【０００４】
しかしながら、シャッタースピードを電源周期の１／２の周期に同期させることによってフリッカの発生を抑制するようにした場合には、露光制御については、シャッタースピードが固定となることによって、撮像信号に対する信号レベルの制御（ゲイン制御）だけで行わなければならないため、固体撮像素子に対する入射光量の多い撮像環境では画像が明る過ぎることになり、逆に入射光量の少ない撮像環境ではゲイン制御によるノイズが目立つ、というような不具合が発生する。
【０００５】
このような不具合を解消するために、従来は、フリッカの発生を抑制する光量の範囲を複数の光量範囲に分割して、各光量範囲ごとにシャッタースピードを段階的に切り替え、電源周期の半周期に対応させて固定する一方、各光量範囲内では光量変化に応じてＡＧＣ(Automatic Gain Control)回路のゲイン量（以下、ＡＧＣゲイン量と記す）を変化させることにより、シャッタースピードの段階的な切り替えによる露光量の変化を緩和して、滑らかな光量制御を行うようにしていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
図１１は、従来技術でのフリッカ抑制の制御におけるシャッタースピードとＡＧＣゲイン量の関係を示す図である。図１１において、縦軸はシャッタースピード［秒］とＡＧＣゲイン値［ｄＢ］を表しており、図の上に行くほどシャッタースピードは低速に、ＡＧＣゲイン値は大きくなる。また、横軸は被写体像の光量を表しており、図の右に行くほど明るく（光量が多く）、左に行くほど暗く（光量が少なく）なる。
【０００７】
ここでは、フレームレートが１５［フレーム／秒］固定の撮像装置で、蛍光灯の電源周波数が５０［Ｈｚ］の環境を想定している。また、説明を簡略化するため、シャッタースピードは電源周期の半周期の偶数倍で制御するものとする。
【０００８】
先ず、シャッタースピードを段階的に切り替えるとともに、ＡＧＣゲイン値を制御する制御範囲（ａ）における動作について説明する。この制御範囲（ａ）は、露光量に対応したシャッタースピードを電源周期の半周期（１／１００［秒］）の倍数値に変換し、変換前のシャッタースピードとのゲイン差分をＡＧＣゲイン量で補うことによって制御を行う範囲である。
【０００９】
制御範囲（ａ）では、シャッタースピードを電源周期の半周期（１／１００［秒］）に同期させているのでフリッカは発生しない。変換後のシャッタースピードは電源周期の半周期の偶数倍で制御しているので、シャッタースピードが１／１００［秒］と２／１００［秒］間で切り替わるとき、および２／１００［秒］と４／１００［秒］間で切り替わるときにＡＧＣ回路が最大で６［ｄＢ］の補間を行っている。なお、制御範囲（ａ）よりもさらに被写体像が暗くなった場合には、シャッタースピードは６／１００［秒］固定でＡＧＣゲイン値が上がっていく。
【００１０】
次に、露光量に対応したシャッタースピードが電源周期の半周期（１／１００［秒］）よりも高速な値になる制御範囲（ｂ）における動作について説明する。制御範囲（ｂ）では、シャッタースピードの変換は行わず、露光量に対応したシャッタースピードで制御を行うため、フリッカが発生してしまう。
【００１１】
【特許文献１】特開２００３−１８９１７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述したように、従来技術では、シャッタースピードが電源周期の半周期に同期して例えば１／１００［秒］から２／１００［秒］に切り替わることで、６［ｄＢ］程度の信号レベルの変化（これは撮像した被写体像の明るさの変化として認識される）が発生し、この信号レベルの変化をＡＧＣゲイン量の制御のみを用いて補間することになるが、ＡＧＣゲイン量を変化させることによって信号成分のみならずノイズ成分も一緒に増幅されてしまうことになるため、当該ノイズ成分による画質の劣化が発生するという課題がある。
【００１３】
また、電源周期の半周期のシャッタースピード（１／１００［秒］）よりも高速なシャッタースピードを設定する必要がある被写体条件では、フリッカの発生を抑制する制御範囲（ａ）外となり、制御範囲（ｂ）ではシャッタースピードが電源周期の半周期、即ち蛍光灯の明るさの変動周期（１／１００［秒］）の倍数にならないため、フリッカが発生してしまうという課題もある。
【００１４】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、シャッタースピードの切り替わり時の信号レベルの変化（被写体像の明るさの変化）を、画質を劣化させることなく補正でき、またフリッカが発生する被写体条件でもフリッカの発生を抑制可能な撮像装置および撮像方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明では、蓄積した電荷をシャッタースピードに応じたタイミングで出力する電子シャッター機能を有する固体撮像素子によって被写体像を撮像するに当たり、前記固体撮像素子によって撮像された前記被写体像の明るさに応じて前記シャッタースピードを電源周期の半周期に同期させて切り替えることによってフリッカの発生を抑制するとともに、前記シャッタースピードの切り替え時に発生する前記固体撮像素子の出力信号のレベル変化を、当該出力信号のレベル制御および前記固体撮像素子への入射光量の制御によって補正する。
【００１６】
シャッタースピードの切り替え時に発生する固体撮像素子の出力信号のレベル変化を補正する制御を、当該出力信号のレベル制御と固体撮像素子への入射光量の制御で行うことにより、レベル制御による制御量を抑えて、その抑えた制御量分を入射光量の制御で補うようにすることが可能になる。これにより、固体撮像素子の出力信号の増幅量が抑えられることに伴ってノイズ成分の増幅量も抑えられる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、シャッタースピードの切り替え時に発生する固体撮像素子の出力信号のレベル変化を補正する際に、当該出力信号のレベル制御による制御量を抑えて、その抑えた制御量分を入射光量の制御で補うことにより、ノイズ成分の増幅量を抑えることができるため、当該ノイズ成分に起因する画質の劣化を抑えることができる。
【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について図面を参照して詳細に説明する。
【００１９】
図１は、本発明の一実施形態に係る撮像装置の構成を示すブロック図である。図１から明らかなように、本実施形態に係る撮像装置は、レンズ１１、光学素子１２、固体撮像素子１３、アナログ信号処理部１４、Ａ／Ｄ変換器１５、デジタル信号処理部１６、Ｄ／Ａ変換器１７、システムコントローラ１８、ＲＯＭ１９、不揮発性メモリ２０、タイミングジェネレータ（ＴＧ）２１、ＰＷＭ(Pulse Width Modulation;パルス幅変調)信号生成回路２２およびドライバ２３を有する構成となっている。
【００２０】
レンズ１１は、被写体（図示せず）からの像光（入射光）を、光学素子１２を介して固体撮像素子１３の撮像面上に集光する。光学素子１２は光量制御手段であり、透過率（光学特性）が変化することによって固体撮像素子１３の撮像面への入射光量を制御する。この光学素子１２としては、例えば、液晶分子を含むエレメントを２枚張り合わせてなり、１枚のエレメントに付き電極を２つずつ有する構成のものが用いられる。
【００２１】
固体撮像素子１３は、画素単位で蓄積した電荷をシャッタースピードに応じたタイミングで出力する電子シャッター機能を持っている。電子シャッターの動作は、固体撮像素子１３が作成された半導体基板に印加する基板電圧に対して、水平ブランキング期間中にシャッターパルスを与えることによって実現できる。この電子シャッターのシャッタースピードにより、固体撮像素子１３の各画素において光電変換して電荷を蓄積する時間、即ち露光時間が決まる。固体撮像素子１３としては、ＣＣＤイメージセンサに代表される電荷転送型撮像素子や、ＣＭＯＳイメージセンサに代表されるＸ−Ｙアドレス型撮像素子が挙げられる。
【００２２】
アナログ信号処理部１４は、固体撮像素子１３から出力される映像信号（撮像信号）の信号レベルを調整するレベル調整手段であるＡＧＣ回路１４１を少なくとも有している。Ａ／Ｄ変換器１５は、アナログ信号処理部１４でレベル調整等の信号処理が行われたアナログ映像信号をデジタル映像信号に変換する。デジタル信号処理部１６は、デジタル映像信号に対して原色分離、ホワイトバランス調整、ガンマ補正等の各種の信号処理を施す。Ｄ／Ａ変換器１７は、デジタル信号処理部１６で各種の信号処理が施されたデジタル映像信号をアナログ映像信号に変換して出力する。
【００２３】
デジタル信号処理部１６はさらに、積分回路を含むオプティカルディテクタ（ＯＰＤ）１６１を内蔵している。オプティカルディテクタ１６１は、デジタル映像信号から得られる被写体像の輝度データを１フレームごとに積分することによって輝度積分値を求め、この輝度積分値をシステムコントローラ１８に供給する。システムコントローラ１８は、例えばマイクロコンピュータによって構成されており、ＲＯＭ１９にあらかじめ格納されている制御プログラムにしたがってシステム全体の制御を行う。具体的には、システムコントローラ１８は、ＡＧＣ回路１４１のゲイン量（ゲイン値）の制御、タイミングジェネレータ２１に対するタイミング制御、ＰＷＭ信号生成回路２２の制御などを行う。システムコントローラ１８のより具体的な制御の詳細については後述する。ＲＯＭ１９の制御プログラムには、後述する露光制御拡張プログラムも含まれている。
【００２４】
タイミングジェネレータ２１は、システムコントローラ１８による各種の制御で用いる同期信号およびクロック信号の生成や、固体撮像素子１３を駆動する各種の駆動パルスの生成を行うとともに、システムコントローラ１８による制御の下に、固体撮像素子１３の駆動パルスの１つであるシャッターパルスの出力タイミングを制御することによって固体撮像素子１３のシャッタースピードの調整を行う。
【００２５】
不揮発性メモリ２０は、光学素子１２の後述する透過率制御の閾値となるシャッタースピードの値や、透過率を段階的に制御する際のゲイン量を格納しておく。不揮発性メモリ２０としてはＥＥＰＲＯＭ等が用いられる。ＰＷＭ信号生成回路２２は、システムコントローラ１８による制御の下に、光学素子１２を駆動するための２つのＰＷＭ信号を生成する。ドライバ２３は、ＰＷＭ信号生成回路２２から出力される２つのＰＷＭパルスを、光学素子１２を駆動可能な電圧の２つのＰＷＭパルスに変換し、この電圧変換後の２つのＰＷＭパルスによって光学素子１２を駆動する。
【００２６】
上記構成の本実施形態に係る撮像装置では、固体撮像素子１３に入射する光量に基づいて被写体像の明るさ（輝度）をオプティカルディテクタ１６１で検出し、その検出結果である輝度積分値に応じてシャッタースピードを電源周期の半周期の整数倍に設定するとともに、あらかじめ設定した複数の光量範囲ごとにシャッタースピードを段階的に切り替えて、各光量範囲内で固有のシャッタースピードによって露光制御を行うことによってフリッカの発生を抑制する制御において、ＡＧＣゲイン値（ＡＧＣ回路１４１のゲイン値）を制御することに加えて、光学素子１２の透過率を変化させて固体撮像素子１３に入射する光量を制御することにより、シャッタースピードの切り替えによる露光量の段階的な変化を補正（補間）することを特徴としている。
【００２７】
具体的には、電源周波数の半周期の整数倍のシャッタースピードで露光制御を行うことによってフリッカの発生を抑制する制御を行うとともに、シャッタースピードの切り替わり時に発生する固体撮像素子１３の出力信号のレベル変化（このレベル変化は被写体像の明るさ変化として認識される）を光学素子１２の透過率の制御とＡＧＣゲインの制御によって補正する。ここで、光学素子１２の透過率の制御は露光制御の粗調となり、ＡＧＣゲインの制御は露光制御の微調となる。
【００２８】
以下に、本実施形態に係るフリッカの発生を抑制（以下、単に「フリッカ抑制」と記す場合もある）する制御について具体的に説明する。このフリッカ抑制の制御は、システムコントローラ（マイクロコンピュータ）１８による制御の下に実行される。フリッカ抑制の制御の説明に先立って、光学素子１２の光学特性（透過率）の制御について説明する。
【００２９】
図２は、光学素子１２の駆動系の構成を示すブロック図であり、図中、図１と同等部分には同一符号を付して示している。図２において、ＰＷＭ信号生成回路２２で論理レベル（例えば、５Ｖ程度の振幅）のＰＷＭパルスＡ，Ｂを生成し、この論理レベルのＰＷＭパルスＡ，Ｂをドライバ２３で光学素子１２を駆動可能な例えば１２Ｖ程度の振幅のパルスに電圧変換して光学素子１２を駆動する。
【００３０】
光学素子１２は、先述したように、液晶分子を含む板状のエレメント１２Ａ，１２Ｂを２枚張り合わせてなり、エレメント１２Ａ，１２Ｂごとに２つずつ電極を有する構成となっている。そのため、ドライバ２３で電圧変換されたＰＷＭパルスＡ，Ｂはそれぞれ２系統に分けられて、エレメント１２Ａ，１２Ｂの各２つの電極に印加される。光学素子１２は、エレメント１２Ａ，１２Ｂの両側に印加される２つのＰＷＭパルスＡ，Ｂの位相変調によって光学特性（透過率）が変化する。
【００３１】
ここで、２つのＰＷＭパルスＡ，Ｂの１／２周期をＴ、ＰＷＭパルスＡに対するＰＷＭパルスＢの位相遅れ時間をτとすると、位相変調の変調率ＤＵＴＹ［％］は、
ＤＵＴＹ［％］＝τ／Ｔ
となる。図３に示すように、変調率ＤＵＴＹが０［％］の場合には、２つのＰＷＭパルスＡ,Ｂは同位相となり、光学素子１２上では電位差無しとなる。変調率ＤＵＴＹが１００［％］の場合には、最大の駆動電力を光学素子１２に供給できることになる。
【００３２】
２つのＰＷＭパルスＡ，Ｂは、システムコントローラ１８がＰＷＭ信号生成回路２２内のレジスタ（図示せず）に所望の変調率ＤＵＴＹを設定したときに、当該ＰＷＭ信号生成回路２２において、レジスタに設定された変調率ＤＵＴＹに基づいて生成される。具体的には、ＰＷＭ信号生成回路２２は、タイミングジェネレータ２１からシステムコントローラ１８を介して入力されるクロック信号を分周し、レジスタに設定された変調率ＤＵＴＹになるように２つのＰＷＭパルスＡ，Ｂに位相差をつけて出力する。
【００３３】
光学素子１２の２つのエレメント１２Ａ，１２Ｂは液晶で構成されており、図４に示すように、印加されるパルス電圧の量により液晶分子の方向が変わることによって光の透過を抑える（透過率が低下する）。光学素子１２の変調率ＤＵＴＹに対する透過率（透過率最大を基点にした減光ゲイン量）の変化の一例を図５に示す。同図から明らかなように、光学素子１２の光学特性は線形的な関係にはならず、変調率ＤＵＴＹがあるポイントに達したところで急激に透過率が減少し、変調率ＤＵＴＹが５０［％］前後の辺りから滑らかな変化となる。
【００３４】
本例で示した光学特性を持つ光学素子の場合は、変調率ＤＵＴＹの制御により減光ゲイン量を最大で約１１［ｄＢ］分変化させることができる（１つのエレメント１２Ａ／１２Ｂが約５．５［ｄＢ］制御でき、これが２枚重なっているので約１１［ｄＢ］となる）。このように、光学特性の制御が可能な光学素子１２を固体撮像素子１３の前方に配した本実施形態に係る撮像装置では、当該光学素子１２に対して段階的な制御（以下、段階制御と記す）を行うようにする。
【００３５】
ここで、光学素子１２の段階制御とは、図５に示した最大減光ゲイン量をＫ［ｄＢ］ごとの単位にＬ等分し、減光量が０［ｄＢ］⇔Ｋ［ｄＢ］⇔Ｋ×２［ｄＢ］⇔・・・⇔Ｋ×（Ｌ−１）［ｄＢ］⇔Ｋ×Ｌ［ｄＢ］となるように制御（変調率ＤＵＴＹを設定）することである。このように、光学素子１２の制御可能な透過率の範囲を、等しいゲイン量Ｋ［ｄＢ］の単位に分割し、当該単位で透過率を制御することにより、非線形な透過特性を持つ光学素子１２の透過率の制御を容易にかつ高速に行うことができる。
【００３６】
続いて、本実施形態に係る撮像装置におけるフリッカ抑制の具体的な制御について説明する。本実施形態に係る撮像装置では、電源周期の半周期の整数倍のシャッタースピードで露光制御を行うことによってフリッカの発生を抑制する制御を行うとともに、シャッタースピードの切り替わり時に発生する固体撮像素子１３の出力信号の信号レベルの変化（撮像した被写体像の明るさの変化）を、光学素子１２の透過率の制御（露光制御の粗調）とＡＧＣゲインの制御（露光制御の微調）によって補正することを特徴としている。
【００３７】
図６は、フリッカ抑制の制御におけるシャッタースピードとＡＧＣゲイン値および光学素子１２の制御レベルの関係を示す図である。図６において、上側の特性の縦軸はシャッタースピード［秒］とＡＧＣゲイン値［ｄＢ］を表しており、図の上に行くほどシャッタースピードは低速に、ＡＧＣゲイン値が大きくなり、下側の特性の縦軸は光学素子１２の制御レベルを表している。また、上下の特性において、横軸は被写体像の光量を表しており、図の右に行くほど明るく（光量が多く）、左に行くほど暗く（光量が少なく）なる。
【００３８】
ここでは、フレームレートが１５［フレーム／秒］固定の撮像装置において、蛍光灯の電源周波数が５０［Ｈｚ］の環境を想定し、また説明を簡略化するために、シャッタースピードは電源周期の半周期（１／１００［秒］）の偶数倍（１／１００［秒］、２／１００［秒］、４／１００［秒］、６／１００［秒］）で制御する場合を例に挙げて説明するものとする。また、光学素子１２としては、例えば、２［ｄＢ］ごとの６段階制御で透過率を１０［ｄＢ］分だけ制御可能な素子を使用するものとする。なお、光学素子１２の制御レベルは、制御レベル０で透過率最大（減光ゲイン量０［ｄＢ］）、制御レベル５で透過率最小（減光ゲイン量１０［ｄＢ］）とする。つまり、制御レベルを大きくすれば、光学素子１２の透過率が低下して固体撮像素子１３に入射する光量を暗く抑えることができる。
【００３９】
最初に、フリッカ抑制制御の全体処理の流れについて、図７のフローチャートにしたがって説明する。なお、図６において、制御範囲はシャッタースピードが１／１００［秒］よりも低速の制御範囲（ａ）、シャッタースピードが１／１００［秒］のときの制御範囲（ｂ）およびシャッタースピードが１／１００［秒］よりも高速の制御範囲（ｃ）の３つに分けられている。
【００４０】
先ず、現在のシャッタースピードが１／１００［秒］よりも低速であるか否かを判断する（ステップＳ１１）。現在のシャッタースピードが１／１００［秒］よりも低速であれば、当該シャッタースピードが制御範囲（ａ）内にいるので、制御モード１の処理に移行し、ＡＧＣゲイン値を光学素子１２の制御レベルに変換する処理を実行する（ステップＳ１２）。この制御モード１の具体的な処理については後述する。
【００４１】
ステップＳ１１において、現在のシャッタースピードが１／１００［秒］以上であると判断した場合は、当該シャッタースピードが１／１００［秒］と等しいか否かを判断する（ステップＳ１３）。現在のシャッタースピードが１／１００［秒］と等しくない場合、即ち現在のシャッタースピードが１／１００［秒］よりも高速な場合には、制御モード２の処理に移行し、シャッタースピードを光学素子１２の制御レベルに変換する処理を実行する（ステップＳ１４）。この制御モード２の具体的な処理については後述する。
【００４２】
この制御モード２においては、シャッタースピードが制御範囲（ａ）にいるか、制御範囲（ｂ），（ｃ）にいるかを示す高速領域フラグの値を設定する処理も行われる。具体的には、制御モード２では、シャッタースピードが制御範囲（ａ）にいるときは高速領域フラグの値を０に設定され、シャッタースピードが制御範囲（ｂ），（ｃ）にいるときは高速領域フラグの値を１に設定される。
【００４３】
ステップＳ１３において、現在のシャッタースピードが１／１００［秒］と等しいと判断した場合は、当該シャッタースピードが制御範囲（ａ）内にいる場合と制御範囲（ｂ）内にいる場合の両方が考えられるので、高速領域フラグの値を参照して制御範囲（ａ）／（ｂ）のどちらの範囲にいるかを判断する（ステップＳ１５）。そして、高速領域フラグの値が０であれば、シャッタースピードが制御範囲（ａ）にいるため制御モード１の処理(ステップＳ１２)に移行し、高速領域フラグの値が１であれば、シャッタースピードが制御範囲（ｂ）にいるため制御モード２の処理(ステップＳ１４)に移行する。
【００４４】
次に、制御範囲（ａ）での処理を実行する制御モード１（図７のステップＳ１２）の具体的な制御について、図８のフローチャートにしたがって説明する。
【００４５】
先ず、現在のＡＧＣゲイン値が４［ｄＢ］以上であるか否かを判断する（ステップＳ２１）。現在のＡＧＣゲイン値が４［ｄＢ］以上であれば、光学素子１２の制御レベルを制御レベル０に設定し、現在のＡＧＣゲイン値から４［ｄＢ］を減算してＡＧＣゲイン値を更新する（ステップＳ２２）。現在のＡＧＣゲイン値が４［ｄＢ］よりも小さいときは、現在のＡＧＣゲイン値が２［ｄＢ］以上であるか否かを判断する（ステップＳ２３）。現在のＡＧＣゲイン値が２［ｄＢ］以上であれば、光学素子１２の制御レベルを制御レベル１に設定し、現在のＡＧＣゲイン値から２［ｄＢ］を減算してＡＧＣゲイン値を更新する（ステップＳ２４）。現在のＡＧＣゲイン値が２［ｄＢ］よりも小さい場合は、光学素子１２の制御レベルを制御レベル２に設定してＡＧＣゲイン値はそのままを保持する（ステップＳ２５）。
【００４６】
このようにして、制御モード１の一連の処理を実行することにより、シャッタースピードの切り替え時に使用するＡＧＣゲイン値を一定レベル以下、本例では２［ｄＢ］以下に抑えることが可能となる。
【００４７】
上述したように、制御範囲（ａ）では、シャッタースピードの段階制御において、シャッタースピードの切り替え時における固体撮像素子１３の出力信号のレベル変化（被写体像の明るさ変化）についての補正は、ＡＧＣゲイン値の制御と光学素子１２の透過率の制御によって行われる。例えば、被写体像が明るくなり、シャッタースピードが４／１００［秒］から２／１００［秒］に切り替わると、６［ｄＢ］分だけ光量が少なくなってしまうため、ＡＧＣで２［ｄＢ］分（光学素子１２の制御レベル１つ分）と、光学素子１２の制御レベルで２つ分（４［ｄＢ］分）ゲインを上げることにより、少なくなった光量分を補正する。
【００４８】
その後、被写体像が明るくなるにつれてＡＧＣゲイン値を小さくしていき、補正に使用した２［ｄＢ］分のＡＧＣゲイン値が０［ｄＢ］になったところで、光学素子１２の制御レベルを１つ上げて２［ｄＢ］分暗くし、ＡＧＣゲイン値を再び２［ｄＢ］上げる。被写体像が暗くなる場合には、上記動作の反対の動作を行えば良い。
【００４９】
このように、光学素子１２の制御レベルによって露光制御の粗調を、ＡＧＣ回路１４１のゲインによって露光制御の微調を行うことにより、ＡＧＣ回路１４１を最大でも光学素子１２の制御レベル１つ分のゲイン量（本例では、２［ｄＢ］）しか使用しない露光制御が可能となる。すなわち、ＡＧＣゲイン値を抑えて、その抑えたゲイン量分を光学素子１２の透過率の制御によって補う制御が行われる。これにより、ノイズ成分を増幅することなく、シャッタースピードの切り替わり時のレベル変化（明るさ変化）を補正することができるため、当該ノイズ成分に起因する画質の劣化を抑えることができる。
【００５０】
なお、本例では、光学素子１２の制御レベルを一度に４［ｄＢ］分制御可能な場合を例に挙げて説明したが、この数値に限られるものではなく、光学素子１２の反応速度（応答速度）が遅く、一度に４［ｄＢ］分の制御を行うことが困難な場合には、シャッタースピードの切り替わりの最初のフレームでＡＧＣゲイン値を４［ｄＢ］分、光学素子１２の制御レベルを１つ分（２［ｄＢ］分）制御し、次のフレームでＡＧＣゲイン値を２［ｄＢ］分、光学素子１２の制御レベルをさらに１つ分（前のフレームと合わせて４［ｄＢ］分）制御するようにすることも可能である。
【００５１】
続いて、制御範囲（ｂ），（ｃ）での処理を実行する制御モード２（図７のステップＳ１４）の制御について説明する。
【００５２】
この制御モード２では、光学素子１２の段階制御によるダイナミックレンジ拡張制御が行われる。ここで、ダイナミックレンジ拡張制御とは、シャッタースピードがある第１閾値（開放閾値）よりも低速になったときは、制御レベルを透過率が高くなる側へ１制御レベルだけ変更して（減光ゲイン量を減らして）、シャッタースピードを制御レベルのゲイン分だけ高速にし、またシャッタースピードがある第２閾値（遮光閾値）よりも高速になったときは、制御レベルを透過率が低くなる側へ１制御レベル分だけ変更して（減光ゲイン量を増やして）、シャッタースピードを制御レベルのゲイン分だけ低速にする制御のことを言う。
【００５３】
ここで、開放閾値と遮光閾値間のゲイン差については、制御レベル１つ分のゲイン量よりも大きく設定する。このようにすることにより、遮光閾値よりも高速なシャッタースピードの場合に、上記ダイナミックレンジ拡張制御を行ってシャッタースピードを制御レベル分だけ低速に修正したときに、修正後のシャッタースピードが開放閾値よりも低速になって、シャッタースピードと制御レベルが発振状態に陥るのを未然に防止できる。
【００５４】
本例では、制御レベル１つ分のゲイン量が２［ｄＢ］なので、遮光閾値を１／１００［秒］、開放閾値を１／７５［秒］（１／１００［秒］とのゲイン差は約２．５［ｄＢ］）に設定して処理を行うことにする。この条件下での被写体像の明るさとシャッタースピード、ＡＧＣゲイン値、制御レベルの関係を図９に示す。ここでは、フリッカ抑制の制御のためにシャッタースピードを１／１００［秒］に固定しているため、制御レベル分の補正についてはＡＧＣゲイン値の制御によって行う。
【００５５】
以下に、制御モード２の具体的な制御について、図１０のフローチャートにしたがって説明する。
【００５６】
先ず、高速領域フラグの値を１に設定する（ステップＳ３１）。そして、現在のシャッタースピードと開放閾値である１／７５［秒］を比較する（ステップＳ３２）。ここで、現在のシャッタースピードが開放閾値１／７５［秒］よりも大、即ち現在のシャッタースピードが低速な場合には、光学素子１２の制御レベルが制御レベル３であるか否かを判断し（ステップＳ３３）、制御レベル≠３であれば、制御レベルを１つ下げる（デクリメントする）とともに、ＡＧＣゲイン値を２［ｄＢ］下げ（ステップＳ３４）、制御レベル＝３であれば、高速領域フラグの値を０に設定する（ステップＳ３５）。
【００５７】
すなわち、ステップＳ３３〜Ｓ３５の制御では、現在のシャッタースピードが開放閾値１／７５［秒］よりも低速な場合には、制御レベルを１つ下げてＡＧＣゲイン値を２［ｄＢ］下げる。ここでもし制御レベルが制御レベル３だった場合には、制御レベル３から制御レベル２になることで、シャッタースピードを制御する範囲が制御範囲（ａ）に入るため、高速領域フラグをクリアする。
【００５８】
ステップＳ３２において、現在のシャッタースピードが開放閾値１／７５［秒］以下であると判断した場合には、現在のシャッタースピードと遮光閾値である１／１００［秒］を比較する（ステップＳ３６）。ここで、現在のシャッタースピードが１／１００［秒］よりも小、即ち現在のシャッタースピードが高速の場合には、光学素子１２の制御レベルが制御レベル５（制御レベル最大値）であるか否かを判断し（ステップＳ３７）、制御レベル≠５であれば、制御レベルを１つ上げる（インクリメントする）とともに、ＡＧＣゲイン値を２［ｄＢ］上げる（ステップＳ３８）。
【００５９】
すなわち、ステップＳ３６〜Ｓ３８の制御では、現在のシャッタースピードが高速の場合には、制御レベルを１つ上げてＡＧＣゲイン値を２［ｄＢ］上げる。ただし、制御レベルが制御レベル５（制御レベル最大値）だった場合には、これ以上制御レベルを上げられないので、現在のシャッタースピードをそのまま使用する。その結果、制御範囲（ｃ）の制御となる。
【００６０】
先述した制御範囲（ａ）では、光学素子１２の制御レベルで２つ（４［ｄＢ］）分のゲイン量しか制御が行われない。しかし、本実施形態では、光学素子１２が１０［ｄＢ］分のゲインを制御することができるため、残りの制御可能なゲイン分を、従来技術ではフリッカが発生してしまっていた露光範囲に適用し、制御範囲（ｂ）において、光学素子１２の段階制御によるダイナミックレンジ拡張を行うことにより、さらに６［ｄＢ］分だけフリッカが発生しない露光制御が可能となる。
【００６１】
すなわち、光学素子１２の段階制御によるダイナミックレンジ拡張の制御により、フリッカの発生を抑制する制御範囲を拡大することができる。この制御範囲の拡大により、従来技術ではフリッカが発生してしまう被写体条件でも、フリッカの発生を確実に抑えることができる。
【００６２】
シャッタースピードが電源周期の半周期（１／１００［秒］）よりも高速な値になる制御範囲（ｃ）では、従来技術と同様に、シャッタースピードの段階的な切り替えは行われず、露光量に対応したシャッタースピードで露光制御が行われる。
【００６３】
なお、上記実施形態では、固体撮像素子１３への入射光量を制御する光量制御手段として、液晶分子を含む板状のエレメント１２Ａ，１２Ｂを２枚張り合わせてなり、これらエレメント１２Ａ，１２Ｂに印加する２つのＰＷＭパルスＡ，Ｂの位相変調によって透過率が変化する構成の光学素子１２を用いた場合を例に挙げて説明したが、当該光学素子１２に限られるものではなく、固体撮像素子１２への入射光量を制御可能な構成のものであれば良い。
【００６４】
光学素子１２以外の光量制御手段として、例えば、ＮＤ(Neutral Density)フィルタが挙げられる。このＮＤフィルタは、例えば、それぞれ異なった透過率を有して順に配列された複数のフィルタ部を有し、その配列の一方側のフィルタ部の透過率が最も高く、他方側に行くにつれて透過率が低くなるように、１枚の透明な板材に蒸着などの手法によって複数のフィルタ部を形成した構成となっている。ＮＤフィルタを光学素子１２に代えて用いる場合には、固体撮像素子１３への入射光の光路上にＮＤフィルタを移動可能に配置して、システムコントローラ１８による制御量に対応したフィルタ部を選択するようにＮＤフィルタを移動させるようにすれば良い。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の一実施形態に係る撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図２】光学素子の駆動系の構成を示すブロック図である。
【図３】位相変調の変調率ＤＵＴＹに対応したＰＷＭパルスＡ，Ｂおよび光学素子上の駆動電圧の関係を示す波形図である。
【図４】光学素子の原理説明図である。
【図５】ＰＷＭパルスＡ，Ｂの変調率に対する透過率１００％を基点にした減光ゲイン量の特性図である。
【図６】フリッカ抑制の制御におけるシャッタースピードとＡＧＣゲイン値および光学素子の制御レベルの関係を示す図である。
【図７】フリッカを抑制する制御の全体処理の流れを示すフローチャートである。
【図８】制御範囲（ａ）での処理を実行する制御モード１の具体的な制御の流れを示すフローチャートである。
【図９】遮光閾値を１／１００［秒］、開放閾値を１／７５［秒］に設定した条件下での被写体像の明るさとシャッタースピード、ＡＧＣゲイン値、制御レベルの関係を示す図である。
【図１０】制御範囲（ｂ），（ｃ）での処理を実行する制御モード２の具体的な制御の流れを示すフローチャートである。
【図１１】従来技術でのフリッカ抑制の制御におけるシャッタースピードとＡＧＣゲイン量の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００６６】
１１…レンズ、１２…光学素子、１３…固体撮像素子、１４…アナログ信号処理部、１６…デジタル信号処理部、１８…システムコントローラ、２１…タイミングジェネレータ（ＴＧ）、２２…ＰＷＭ信号生成回路、２３…ドライバ、１４１…ＡＧＣ回路、１６１…オプティカルディテクタ（ＯＰＤ）
【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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【図１０】
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【図１１】
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