(57)【要約】【課題】  メカシャッタを用いずに、画面内の明暗差のないグローバルシャッタ撮影を可能にした撮像装置を提供すること。【解決手段】  光電変換により得られた１フレーム分の画像信号を読み出すことが可能な撮像素子を有する撮像装置において、配光特性を変化させることが可能な発光手段と、前記画像信号を読み出す際に生じる画面内の明暗差に応じて前記発光手段の配光を制御する配光制御手段を備えていることを特徴とする構成とした。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換により得られた１フレーム分の画像信号を読み出すことが可能な撮像素子を有する撮像装置において、
配光特性を変化させることが可能な発光手段と、
前記画像信号を読み出す際に生じる画面内の明暗差に応じて前記発光手段の配光を制御する配光制御手段を
備えていることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記配光制御手段の制御は、前記撮像素子から画像信号を読み出す際に順次読み出しすることによって生じる画面内の露光時間差に応じて、これを打ち消す方向に発光装置の配光を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】
前記配光制御手段の制御は、被写体までの距離情報に応じて変更することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記配光制御手段の制御は、撮像装置におけるレンズのズーム位置情報に応じて変更することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記配光制御手段の制御は、あらかじめ設定された配光特性選択テーブルのパラメータから選択することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記発光手段は、ＬＥＤを複数並べたＬＥＤアレイであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記発光手段は、前記ＬＥＤアレイの各ＬＥＤに対してその発光強度あるいは発光時間に差をつけることによって配光特性を制御可能とすることを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
【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し、更に詳しくは、被写体を照らす発光装置を具備する撮像装置及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子を用いたデジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラが数多く開発されている。なかでもＣＭＯＳセンサは高速で画素を読み出す性能が高く、注目されている。
一般的なＣＭＯＳセンサでは、画素信号の読み出しを行う際にライン毎に順次読み出すこととなる。しかしながら、この順次読み出しによって画面内での読み出し時間に差が生じてしまうため、さまざまな問題が存在している。
【０００３】
以下に、この順次読み出しに起因する問題について説明する。
【０００４】
露光時間を決める電子シャッタ（画素電荷のリセット）の方式としては、ローリングシャッタ方式及びグローバルシャッタ方式の２種類がある。
【０００５】
はじめに、ローリングシャッタ方式について説明する。
【０００６】
ローリングシャッタ方式は、順次読み出しによる露光時間の差を生じさせないよう、読み出しと同様にライン毎に順次電子シャッターをたてる方式であり、画面内のすべての位置で露光時間が同一となるように設計することが可能である。したがってこの方式をとれば、画面内で露光時間差が起こることはない。
【０００７】
図１１は、ローリングシャッタ駆動時の横軸時刻ｔと画面内の上部〜下部の各行における露光時間を現した模式図である。このようにローリングシャッタ方式では、図１１に示すように、画面内の位置によって露光している時刻が異なってしまうことになる（画面上部：ｔ０〜ｔ２、画面下部：ｔ１〜ｔ３）。これは動く被写体を撮影すると歪んでしまうという問題を生じさせることとなり、この解決のためには後述のグローバルシャッタ方式を使用する必要がある。
【０００８】
なお、本発明では説明の簡略化のため、画素信号の順次読み出しは画面上のラインから順に下のラインへと１ラインずつ読み出すものとする。
【０００９】
また、ローリングシャッタ方式の場合、図１１のように露光時間が十分に短いときに、画面上部と下部の露光時刻が全く重ならない場合がある。これはストロボを例とする発光装置で被写体に対し補助光を照射する際に、画面内のすべてに一様に光があたらないという問題を引き起こしてしまう。そのため、一般的には露光時間を短くしないことで対応しているが、特許文献１では、補助光の照射範囲を時間と共に変更することで本問題を解決しようとしている。
【００１０】
続いて、グローバルシャッタ方式について説明する。
【００１１】
グローバルシャッタ方式では、画面内の全画素を一括でリセットするために露光開始時刻は全画素で同一となる。しかし読み出す時には順次読み出しを行うため、露光終了時刻は画面上部と下部でずれてしまう。図１２はグローバルシャッタ駆動時の横軸時刻ｔと画面内の上部〜下部の各行における露光時間を現した模式図である。この図１２から分かる通り、グローバルシャッタ方式で撮影を行うと、画面上部に対して画面下部の露光時間が長く、画面下部に行くにしたがって明るい画像となってしまう。
【００１２】
この問題に対しては、メカシャッタ機構を設けることで露光終了時刻も全画素同一にする方法が考えられる。この方法であれば、露光時間のずれ、露光時刻のずれの問題はともに存在しない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００５−２３６５１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上述の特許文献１に開示された従来技術では、ローリングシャッタ方式の弊害である、画面内の露光時刻のずれ問題は残留してしまう。そのため、この問題を回避するためには、グローバルシャッタ方式が有用である。
【００１５】
また、グローバルシャッタ方式の露光差問題はメカシャッタ機構を設ける解決方法が一例としてある。しかしながら、メカシャッタ機構を設けることはコストの増大を伴ううえ、ＣＭＯＳセンサの特徴である高速読み出しを行おうとすると、メカシャッタの応答速度の制限がネックとなるという大きな課題がある。
【００１６】
よって近年ではメカシャッタを用いず、かつ、グローバルシャッタ方式での撮影が望ましい状況となっている。このため、残留する課題として、露光開始時刻は全画素同一であるが、順次読み出しをすることによって露光終了時刻がずれてしまい画面内で露光時間差が出てしまうというものがある。
【００１７】
そこで、本発明の目的は、メカシャッタを用いずに、画面内の明暗差のないグローバルシャッタ撮影を可能にした撮像装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的を達成するために、本発明は、光電変換により得られた１フレーム分の画像信号を読み出すことが可能な撮像素子を有する撮像装置において、配光特性を変化させることが可能な発光手段と、前記画像信号を読み出す際に生じる画面内の明暗差に応じて前記発光手段の配光を制御する配光制御手段を備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によればメカシャッタを用いずに、画面内の明暗差のないグローバルシャッタ撮影を可能にした撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【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】本発明の一実施形態に係る発光装置１００の構成を表した概略図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る配光パターンの一例の配光パラメータテーブル及びその結果を現した概略図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る配光パターンの一例の配光パラメータテーブル、配光係数テーブル及びその結果を現した概略図である。
【図５】本発明の第一の実施形態に係る撮像装置の撮影時の動作を示すフローチャートである。
【図６】本発明の第一の実施形態に係る配光パラメータテーブルを現した概略図である。
【図７】本発明の第一の実施形態に係る配光パターン選択テーブルを現した概略図である。
【図８】本発明の第二の実施形態に係る撮像装置の撮影時の動作を示すフローチャートである。
【図９】本発明の第二の実施形態に係る配光パラメータテーブルを現した概略図である。
【図１０】本発明の第二の実施形態に係る配光パターン選択テーブルを現した概略図である。
【図１１】ローリングシャッタ方式の駆動を説明するための模式図である。
【図１２】グローバルシャッタ方式の駆動を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【００２２】
［実施例１］
以下、図１〜図７を参照して、本発明の第１の実施例による、グローバルシャッタ撮影について説明する。
【００２３】
図１は、本発明の実施形態にかかわる撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
【００２４】
図１において、１００は被写体に向けてＬＥＤ補助光を照射する発光装置、１０１は発光装置の配光制御部、１８０は撮像装置全体を制御するシステム制御回路である。配光制御部１０１はシステム制御回路１８０による制御に基づいて、発光装置の光量及び配光を制御する。
【００２５】
１１０は撮影レンズである。なお、図１では、撮影レンズ１１０を１つのレンズとして表しているが、実際にはフォーカスレンズやズームレンズ等、複数のレンズから構成されている。また、絞り機構もここに含まれる。１１１はシステム制御回路１８０による制御に基づいて、撮影レンズ１１０のフォーカスやズーム、絞りを制御するレンズ制御部である。
【００２６】
撮像素子１２０は、光電変換により入射光量に応じた電荷を生成して出力するＣＭＯＳセンサであり、全画素の信号を読み出す以外に、特定の画素の加算および特定の行または列おきに間引いて電荷を読み出すこともできる。
【００２７】
１２１は、システム制御回路１８０による制御に基づいて撮像素子１２０を駆動する撮像素子駆動回路である。
【００２８】
撮像素子１２０から出力された画像信号は、デジタル化されデジタルプロセス回路１３０に取り込まれる。デジタルプロセス回路１３０では、ガンマ処理、色信号処理などの各種デジタル信号処理を行う。この際、画像信号をメモリ１４０との間で書き込み／読み出し処理している。また、デジタルプロセス回路１３０の出力はＬＣＤディスプレイ１５０にて表示することも可能となっている。
【００２９】
デジタルプロセス回路１３０で画像処理が施された画像データは、画像変換回路１６０を介して圧縮され、メモリカード１７０に書き込まれ、記録される。画像変換回路１６０は、デジタルプロセス回路１３０からの画像データを圧縮してメモリカード１７０へ出力する機能と、メモリカード１７０より読み出した画像データを伸長してデジタルプロセス回路１３０へ出力する機能を有している装置である。
【００３０】
また、システム制御回路１８０は、デジタルプロセス回路１３０にて処理された信号を用いて、ＴＴＬ（スルー・ザ・レンズ）方式のオートフォーカス（ＡＦ）処理、自動露出（ＡＥ）処理、フラッシュプリ発光（ＥＦ）処理を行う。
【００３１】
また、操作部１９０は、例えば、シャッター釦やモード切り換えダイヤルなど、撮影者が撮像装置に指示を入力するための操作部であり、入力内容はシステム制御回路１８０に通知される。
【００３２】
図２は、発光装置１００における構成を表した概略図である。
【００３３】
発光装置１００は水平垂直にマトリクス上に配置されたＬＥＤアレイである。本実施例では図２に示すように水平１０ｘ垂直１０個の計１００個のＬＥＤ２００を組み合わせたものとする。このとき、各ＬＥＤ２００はアドレス（１，１）〜（１０，１０）の１００アドレスで表せる。
【００３４】
このＬＥＤアレイに組み込まれている各ＬＥＤ２００は個別に照射強度を制御できるようになっており、配光制御部１０１によって指定された強度で点灯することが出来る。
【００３５】
配光制御部１０１では、配光パターンのテーブルを持っており、各ＬＥＤ２００をそれぞれ指定された強度で点灯することによって、ＬＥＤアレイとして様々な配光パターンを実現することが出来る。
【００３６】
一例として、図３（ａ）に一つの配光パラメータテーブルを示す。これは各ＬＥＤ２００のＸ，Ｙアドレスに対応してそれぞれの強度を指定するものである。また、図３（ｂ）、（ｃ）は横軸がそれぞれＸ方向及びＹ方向、縦軸は両者ともに発光強度を示している。
【００３７】
例えば、図３（ａ）に示す配光パラメータテーブルに従った場合、図３（ｂ）及び（ｃ）のように、ＬＥＤアレイの上から下へ徐々に照射強度が減衰していくような配光パターンとなる。これによって画面内上が明るく、下が暗くなるような補助光を照射することができることとなる。
【００３８】
また、次の例として図４（ａ）、（ｂ）に配光パラメータテーブル及び配光係数テーブルを示す。配光係数テーブルは、各ＬＥＤ２００のＸ，Ｙアドレスに対応して配光パラメータテーブルによって定められたそれぞれの強度に、係数を乗じるものである。
【００３９】
図４（ａ）、（ｂ）に従った場合、図４（ｃ）及び（ｄ）のように、ＬＥＤアレイの中心から外側へ徐々に照射強度が減衰していくような配光パターンとなる。これによって、照射範囲を中心よりに絞った照射をすることができるようになる。これは照射指向性を狭めることと等価の動作である。
【００４０】
このように、配光制御部１０１では、複数の配光パラメータテーブル、配光係数テーブルをもつことによって任意の配光パターンを照射するよう、発光装置１００を制御することができる。
【００４１】
システム制御回路１８０は、焦点調節結果によって得られる被写体距離の情報、ズームレンズの位置情報、のそれぞれに応じて照射強度に係数をかけ、照射指向性を広げたり狭めたりする配光係数テーブルを選択することが出来る。これは、例えばズームが望遠側に位置しているときは、広角側に位置しているときよりもより遠くに照射するよう、強度を上げて、かつ撮影画角に合わせて照射指向性を狭める配光係数テーブルを選択するものである。
【００４２】
図５は本実施の形態における撮像装置の撮影時の動作を示すフローチャートである。以下、図５を参照しながら、本実施の形態における撮影方法について説明する。
【００４３】
先ず、ステップＳ５０１において、操作部１９０に含まれるシャッター釦の、例えば途中操作（例えば半押し）によりＯＮとなるスイッチＳＷ１がＯＮされるのを待ち、ＯＮされるとステップＳ５０２に進んで、露出制御を行う。露出制御では、システム制御回路１８０は撮影に用いる露出条件（絞り、露光時間、感度）を決定する。
【００４４】
次に、ステップＳ５０３において、焦点調節制御を行う。焦点調節制御では、システム制御回路１８０はレンズ制御部１１１を介して撮影レンズ１１０のフォーカスレンズを制御して、焦点を被写体に合わせる。そしてステップＳ５０４において、シャッター釦の、例えば全押し操作によりＯＮとなるスイッチＳＷ２がＯＮされたかどうかを判断し、ＯＦＦであればステップＳ５０１に戻って上記処理を繰り返し、ＯＮであればステップＳ５０５に進む。
【００４５】
ステップＳ５０５において、システム制御回路１８０は、ステップＳ５０２で決定した感度、露光時間、操作部１９０からの情報に応じて、ＬＥＤ補助光を点灯するか否かを決定する。否であった場合、通常の撮影処理としてステップＳ５０７に進む。
【００４６】
ＬＥＤ補助光を点灯する設定となった場合、ステップＳ５０６に進む。
【００４７】
ステップＳ５０６では、ステップＳ５０２で得られた露光条件をもとにシステム制御回路１８０がＬＥＤ補助光の発光条件を決め、配光パラメータテーブルのいずれを用いるかを配光制御部１０１に伝達する。
【００４８】
ステップＳ５０７では、上記までに決定された条件において配光制御部１０１、レンズ制御部１１１、撮像素子制御回路１２１を制御して被写体の撮影を行う。撮影画像の処理は前述しているのでここでは割愛する。
【００４９】
最後に、ステップＳ５０６で配光パターンを決定する具体的な方法について説明する。
本実施の形態では、配光パラメータテーブルとして、図６（ａ）〜（ｃ）のようなテーブルを用意しておくものとする。
【００５０】
ステップＳ５０６では、まず、ステップＳ５０２で得られた露光条件のうち、露光時間のパラメータを抽出する。これをＳＳ（シャッタースピード）とする。
ところで、グローバルシャッタ撮影によって生じる画面上下の露光時間差は駆動方法が同じであればいつも同じ量である。よって、画面上下の明暗差となって表れる量は、全体の露光時間が短い時には顕著となり、十分に露光時間が長い時には相対的に気にならないレベルとなる。
【００５１】
本実施の形態では、グローバルシャッタ撮影によって生じる画面上下の明暗差を打ち消すような配光パターンとしたいため、上記のＳＳの値によって配光パターンを決定する。
【００５２】
具体的には、図７に示す配光パターン選択テーブルに従う。（たとえば、ＳＳが５０ｍｓであった場合は配光パターン（ｂ）を用いる。）これは、ＳＳが短い時には配光パターンも上下で大きな差がつくようになっており、ＳＳが長い時にはよりフラットな配光に近くなっている。
【００５３】
なお、本実施の形態では説明を簡単にするため配光パターンを３種類しか記載していないが、細分化した配光パラメータテーブルをもつことでより精度高く画面上下の明暗差を打ち消すような設定とすることができることは言うまでもない。
【００５４】
上記の通り本実施形態によれば、メカシャッタを用いずに、画面内の明暗差のないグローバルシャッタ撮影を可能にした撮像装置を提供することができる。
【００５５】
［実施例２］
次に、実施例２について説明する。
【００５６】
本実施の形態では、グローバルシャッタ撮影による画面上下の明暗差を打ち消すため、実施例１の内容に加え、さらに最適な指向性ももった配光パターンとすることができるものである。
【００５７】
図８は、本実施の形態における撮像装置の撮影時の動作を示すフローチャートである。
実施例１に係るグローバルシャッタ撮影との相違点は、図８におけるステップＳ８０７の配光係数決定の個所である。よってその部分を説明する。
【００５８】
図８のフローチャートに沿って説明すると、ステップＳ８０７では焦点距離情報及びズームレンズの位置情報に応じて配光係数テーブルを決定し、ステップＳ８０６で決定された配光パラメータテーブルと乗算して配光パラメータを決定する。このパラメータを用い、ステップＳ８０８で撮影をすることとなる。
【００５９】
なお、その他の構成及び撮影フローは実施例１とおなじである。
【００６０】
以下に、本実施の形態において、ステップＳ８０７で配光係数パターンを決定する具体的な方法について説明する。
【００６１】
本実施の形態では、配光係数テーブルとして図９（ａ）〜（ｄ）のようなテーブルをもつこととする。
【００６２】
ステップＳ８０７では、ステップＳ８０３の焦点調節制御の結果から、焦点距離が至近側であるか望遠側であるかの情報を取得し、区別をつける。また、同様に図示しないステップにて得られるズームレンズの位置情報Ｚを取得し、Ｗｉｄｅ、Ｍｉｄｄｌｅ，Ｔｅｌｅの区別をつける。
【００６３】
本実施の形態では、グローバルシャッタ撮影による画面上下の明暗差を打ち消すため、実施例１の内容に加え、さらに最適な指向性ももった配光パターンとしたいため、上記の焦点距離情報及びズーム位置情報によって配光係数パターンを決定する。
【００６４】
具体的には、図１０に示す配光パターン選択テーブルに従う。（たとえば、ズームレンズの位置がＷｉｄｅで，焦点距離情報が望遠側であった場合は配光係数パターン（ｂ）を用いる。）これは、被写体まで距離があって画角が狭い時には配光パターンも中心に偏って強度を強くし、被写体までの距離が短く画角が広い時にはよりフラットな配光に近くなっている。
【００６５】
なお、本実施の形態では説明を簡単にするため、焦点距離情報及びズームレンズ位置情報のパターンを少なくしているが、さらに細分化して実施することで効果がさらに増すことは言うまでもない。
【００６６】
上記の通り本実施形態によれば、メカシャッタを用いずに、画面内の明暗差のないグローバルシャッタ撮影を可能にした撮像装置を提供することができる。
【００６７】
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。上述の実施形態の一部を適宜組み合わせてもよい。また、上述の実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムを、記録媒体から直接、或いは有線／無線通信を用いてプログラムを実行可能なコンピュータを有するシステム又は装置に供給し、そのプログラムを実行する場合も本発明に含む。従って、本発明の機能処理をコンピュータで実現するために、該コンピュータに供給、インストールされるプログラムコード自体も本発明を実現するものである。つまり、本発明の機能処理を実現するためのコンピュータプログラム自体も本発明に含まれる。その場合、プログラムの機能を有していれば、オブジェクトコード、インタプリタにより実行されるプログラム、ＯＳに供給するスクリプトデータ等、プログラムの形態を問わない。プログラムを供給するための記録媒体としては、例えば、ハードディスク、磁気テープ等の磁気記録媒体、光／光磁気記憶媒体、不揮発性の半導体メモリでもよい。また、プログラムの供給方法としては、コンピュータネットワーク上のサーバに本発明を形成するコンピュータプログラムを記憶し、接続のあったクライアントコンピュータはがコンピュータプログラムをダウンロードしてプログラムするような方法も考えられる。
【符号の説明】
【００６８】
１００  発光装置、
１０１  配光制御部
【図１１】
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【図１２】
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【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】
2012095214.tif 000011
【図８】
2012095214.tif 000012
【図９】
2012095214.tif 000013
【図１０】
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