(57)【要約】【課題】被写体の歪みを抑制しつつ、被写体のブレを同時に抑制することが可能な撮像装置を提供する。【解決手段】電圧の印加によって透過率が減少する液晶シャッター３０と、ＣＭＯＳイメージセンサ４０と、目標領域の光を結像させるレンズ１０と、液晶シャッター３０の開閉制御を行うシャッター制御部６３と、イメージセンサ制御部６２と、を備える。液晶シャッター３０は、ＣＭＯＳイメージセンサ４０に対して目標領域側に配置される。イメージセンサ制御部６２は、ＣＭＯＳイメージセンサ４０上の各ラインにおける電荷蓄積期間の一部が互いに重なり合うようにＣＭＯＳイメージセンサ４０を制御し、シャッター制御部６３は、全てのラインについて電荷蓄積期間が互いに重なり合う重複蓄積期間内において、ＣＭＯＳイメージセンサ４０が露光されるように、液晶シャッター３０を制御する。【選択図】図１
2016066959.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧の印加によって透過率が減少する液晶シャッターと、
ラインごとに受光光量に応じた電荷を蓄積および出力するイメージセンサと、
目標領域の光を前記イメージセンサの受光面に結像させるレンズと、
前記液晶シャッターの開閉制御を行うシャッター制御部と、
前記イメージセンサを制御するイメージセンサ制御部と、を備え、
前記液晶シャッターは、前記イメージセンサに対して前記目標領域側に配置され、
前記イメージセンサ制御部は、前記イメージセンサ上の各ラインにおける電荷蓄積期間の一部が互いに重なり合うように前記イメージセンサを制御し、
前記シャッター制御部は、全ての前記ラインについて電荷蓄積期間が互いに重なり合う重複蓄積期間内において、前記イメージセンサが露光されるように、前記液晶シャッターを制御する、
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の撮像装置において、
前記液晶シャッターの周辺温度を取得する温度センサーを備え、
前記シャッター制御部は、前記周辺温度に応じて、前記液晶シャッターの開放期間を制御する、
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項３】
請求項２に記載の撮像装置において、
前記シャッター制御部は、前記周辺温度に応じて、前記液晶シャッターの前記開放期間の最低限界値を変化させる、
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項４】
請求項３に記載の撮像装置において、
前記シャッター制御部は、被写体の明るさに応じて前記液晶シャッターの前記開放期間を前記最低限界値から最高限界値の間で自動調整し、前記周辺温度に応じて、前記最低限界値の設定値を変化させる、
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項５】
請求項３または４に記載の撮像装置において、
前記シャッター制御部は、前記周辺温度が所定の閾値温度よりも低下した場合に、前記液晶シャッターの前記開放期間の最低限界値を、前記周辺温度は前記閾値温度よりも高い場合に比べて大きい値に設定する、
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項６】
請求項１ないし５の何れか一項に記載の撮像装置において、
前記イメージセンサは、高速に信号を出力する高速読み出しモードの機能を有し、
前記イメージセンサ制御部は、前記イメージセンサに対する制御モードを前記高速読み出しモードに設定することにより、前記重複蓄積期間を生じさせる、
ことを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ラインごとに光量に応じた電荷を出力するイメージセンサを有する撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、デジタルカメラなどの撮像装置に用いられるイメージセンサとして、ＣＭＯＳ（ComplementaryMetal Oxide Semiconductor）イメージセンサや、ＣＣＤ（Charge CoupledDevice）イメージセンサが知られている。
【０００３】
ＣＭＯＳイメージセンサでは、一般に、光量に応じた電荷がラインごとに出力されるため、ライン毎に少しずつ露光開始タイミングがずれる。このため、被写体が高速で移動するような場合には、撮像画像中の被写体に歪みが発生する、いわゆるローリングシャッター現象が生じる。
【０００４】
このような、ローリングシャッター現象を抑制するため、液晶シャッターを用いてＣＭＯＳイメージセンサに入射する光を遮光する方法が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２００８／００４３０２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のように、液晶シャッターを併用することにより、ＣＭＯＳイメージセンサを用いた場合であっても、被写体の歪みの発生を抑制することができる。しかしながら、撮像装置においては、被写体の歪みを無くすことと共に、被写体をぶれなく撮像することが要求される。特に、高速で移動する物体を撮像する場合や、撮像装置の画角が広い場合には、撮像画像中の被写体にブレが生じ易く、このような被写体を歪み無く且つブレを抑制して撮像できることが好ましい。
【０００７】
かかる課題を鑑み、本発明は、被写体の歪みを抑制しつつ、被写体のブレを同時に抑制することが可能な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】
【０００８】
本発明の主たる態様は、撮像装置に関する。本態様に係る撮像装置は、電圧の印加によって透過率が減少する液晶シャッターと、ラインごとに受光光量に応じた電荷を蓄積および出力するイメージセンサと、目標領域の光を前記イメージセンサの受光面に結像させるレンズと、前記液晶シャッターの開閉制御を行うシャッター制御部と、前記イメージセンサを制御するイメージセンサ制御部と、を備える。前記液晶シャッターは、前記イメージセンサに対して前記目標領域側に配置される。前記イメージセンサ制御部は、前記イメージセンサ上の各ラインにおける電荷蓄積期間の一部が互いに重なり合うように前記イメージセンサを制御し、前記シャッター制御部は、全ての前記ラインについて電荷蓄積期間が互いに重なり合う重複蓄積期間内において、前記イメージセンサが露光されるように、前記液晶シャッターを制御する。
【０００９】
本態様に係る撮像装置によれば、重複蓄積期間中にイメージセンサが露光されるため、全てのラインに対して、同じタイミングおよび期間で、目標領域の光が照射される。このため、被写体が高速で移動する場合であっても、被写体の撮像画像に歪みが生じることがない。また、電圧が印加されていない状態で透過率が最大となり、電圧が印加された場合に透過率が低くなる、いわゆる、ノーマリーホワイト方式の液晶シャッターが用いられる。これにより、液晶シャッターによる露光期間を小さく抑えることができ、撮像画像における被写体のブレを抑制することができる。
【００１０】
本態様に係る撮像装置は、前記液晶シャッターの周辺温度を取得する温度センサーを備える構成とされ得る。前記シャッター制御部は、前記周辺温度に応じて、前記液晶シャッターの開放期間を制御するよう構成され得る。こうすると、周辺温度の変化による液晶シャッターの透過率特性の変化に応じて、イメージセンサに取り込む光量を調整することができる。これにより、適切な明るさの撮像画像を取得することができる。
【００１１】
本態様に係る撮像装置において、前記シャッター制御部は、前記周辺温度に応じて、前記液晶シャッターの前記開放期間の最低限界値を変化させるよう構成され得る。こうすると、特に光量不足となり易い、シャッターの開放期間の最低限界値が調整されるため、より適正な明るさの撮像画像を取得することができる。
【００１２】
この場合、前記シャッター制御部は、被写体の明るさに応じて前記液晶シャッターの前記開放期間を前記最低限界値から最高限界値の間で自動調整し、前記周辺温度に応じて、前記最低限界値の設定値を変化させるよう構成され得る。こうすると、シャッターの開放期間が自動調整されるような場合であっても、周辺温度の変化による液晶シャッターの透過率特性の変化に応じて、シャッターの開放期間の最低限界値が調整される。したがって、シャッターの開放期間の自動調整によって、撮像画像が暗くなることが回避され得る。
【００１３】
本態様に係る撮像装置において、前記シャッター制御部は、前記周辺温度が所定の閾値温度よりも低下した場合に、前記液晶シャッターの前記開放期間の最低限界値を、前記周辺温度は前記閾値温度よりも高い場合に比べて大きい値に設定するよう構成され得る。こうすると、特に透過率の減少幅が大きい温度低下時におけるイメージセンサの光量不足を防ぐことができる。
【００１４】
本態様に係る撮像装置において、前記イメージセンサは、高速に信号を出力する高速読み出しモードの機能を有し、前記イメージセンサ制御部は、前記イメージセンサに対する制御モードを前記高速読み出しモードに設定することにより、前記重複蓄積期間を生じさせるよう構成され得る。
【００１５】
本態様に係る撮像装置によれば、高速読み出しモードを用いて撮像画像の歪みが抑制されるため、撮像画像のフレーム転送レートを維持しながら、被写体の歪みを抑制することができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上のとおり、本発明によれば、被写体の歪みを抑制しつつ、被写体のブレを同時に抑制することが可能な撮像装置を提供することができる。
【００１７】
本発明の効果ないし意義は、以下に示す実施の形態の説明により更に明らかとなろう。ただし、以下に示す実施の形態は、あくまでも、本発明を実施化する際の一つの例示であって、本発明は、以下の実施の形態に記載されたものに何ら制限されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施の形態に係る撮像装置の構成を示す模式図である。
【図２】実施の形態に係るＣＭＯＳイメージセンサの構成を示す図である。
【図３】実施の形態に係るＣＭＯＳイメージセンサの制御方法を説明する図である。
【図４】実施の形態に係るノーマリーホワイト方式の特性を有する液晶シャッターの透過率特性を示す図、ノーマリーホワイト方式の特性を有する液晶シャッターを用いた場合の撮像画像を模式的に示す図、ノーマリーブラック方式の特性を有する液晶シャッターの透過率特性を比較例として示す図、ノーマリーブラック方式の特性を有する液晶シャッターを用いた場合の撮像画像を比較例として模式的に示す図である。
【図５】実施の形態に係る液晶シャッターの制御を示すフローチャートである。
【図６】変更例１に係る液晶シャッターの透過率特性を示す図および撮像画像の状態を模式的に示す図である。
【図７】変更例１に係る液晶シャッターの制御を示すフローチャート、および、常温時と低温時における露光期間の最低限界値の設定方法を説明する図である。
【図８】変更例２に係る高速読み出しモードにおける重複蓄積期間の生じ方と露光期間の設定方法を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２０】
図１は、撮像装置１の構成を示す模式図である。
【００２１】
撮像装置１は、レンズ１０と、アイリス２０と、液晶シャッター３０と、ＣＭＯＳイメージセンサ４０と、温度センサー５０と、制御部６０を備える。
【００２２】
レンズ１０は、目標領域からの光を取り込んで、目標領域の像をＣＭＯＳイメージセンサ４０の受光面に結像させる。アイリス２０は、レンズ１０のＦナンバーに合うように、外部からの光を制限する。アイリス２０は、アイリス駆動回路２１により、絞り量が調整される。
【００２３】
液晶シャッター３０は、電圧が印加されていない状態では透過率が最大となり、電圧が印加されると透過率が低くなる、いわゆる、ノーマリーホワイト方式の特性を有する液晶シャッターである。すなわち、液晶シャッター３０は、電圧が印加されていない状態で光を透過し、電圧が印加された状態で光を遮断する。液晶シャッター３０は、液晶シャッター駆動回路３１からの駆動信号によって、シャッターの開閉状態が切り替えられる。
【００２４】
ＣＭＯＳイメージセンサ４０は、受光面上の各画素に対応する位置に、それぞれフォトダイオードを有する。ＣＭＯＳイメージセンサ４０は、ラインごとに、フォトダイオードに対する電荷の蓄積と出力が行われるよう撮像信号処理回路４１によって制御される。
【００２５】
温度センサー５０は、サーミスタ等の温度検出素子を備え、液晶シャッター３０の周囲の温度を検出する。温度センサー５０は、検出した温度に応じた信号を温度検出回路５１に出力する。温度検出回路５１は、温度センサー５０から出力された温度に応じた信号をデジタル化して制御部６０に出力する。
【００２６】
制御部６０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、メモリ等の記憶部６１を備え、記憶部６１に保持されたプログラムに従って各部を制御する。記憶部６１は、制御用のプログラムを保持する他、制御部６０による制御の際のワーク領域としても利用される。記憶部６１に保持されたプログラムによって、制御部６０に、イメージセンサ制御部６２と、シャッター制御部６３と、アイリス制御部６４の機能が付与される。
【００２７】
イメージセンサ制御部６２は、撮像信号処理回路４１を介してＣＭＯＳイメージセンサ４０を制御する機能部である。シャッター制御部６３は、液晶シャッター駆動回路３１を介して液晶シャッター３０を制御する機能部である。アイリス制御部６４は、アイリス駆動回路２１を介してアイリス２０を制御する機能部である。
【００２８】
図２は、ＣＭＯＳイメージセンサ４０の構成を模式的に示す図である。便宜上、図２には、９つの画素に対応する部分の構成が示されているが、実際には、同様の構成が縦方向と横方向に所定の画素数に対応して配置されている。
【００２９】
ＣＭＯＳイメージセンサ４０は、各画素に対応する位置にフォトダイオード４０ａを有している。フォトダイオード４０ａは、光を受光すると、受光光量に応じた電荷を蓄積する。蓄積された電荷は、増幅器４０ｂによって電圧に変換され、増幅される。増幅された電圧は、スイッチ４０ｃがＯＮにされると、ラインＬ毎に垂直信号線４０ｄに伝送される。伝送された電圧は、垂直信号線４０ｄ毎に配置されている列回路４０ｅにより一時的に保管される。保管された電圧は、列選択スイッチ４０ｆがＯＮにされると、水平信号線４０ｇに送られる。そして、水平信号線４０ｇに送られた電圧は、撮像信号処理回路４１に送られる。このように、ＣＭＯＳイメージセンサ４０では、ラインＬ毎に電圧信号が送信される。
【００３０】
また、ＣＭＯＳイメージセンサ４０は、ラインＬごとに、フォトダイオード４０ａに対する電荷の蓄積が行われるよう制御される。つまり、一つのラインＬ上のフォトダイオード４０ａが、所定の期間、電荷の蓄積が可能な状態に設定され、この期間が経過すると、このラインＬ上の各フォトダイオード４０ａに生じた電荷が出力される。この制御が、最上段のラインＬから最下段のラインＬに向かって順番に行われる。ラインＬが電荷の蓄積が可能な状態にあるときに、ラインＬ上のフォトダイオード４０ａに光が照射されると、照射された光の光量に応じた電荷が、当該ライン上の各フォトダイオード４０ａに蓄積される。こうして蓄積された電荷が、上記のようにラインＬ毎に読み出され、電圧信号に変換されて、撮像信号処理回路４１に出力される。
【００３１】
以下では、ＣＭＯＳイメージセンサ４０上の各ラインが電荷の蓄積が可能な状態に設定される期間のことを「電荷蓄積期間」と称する。また、液晶シャッター３０が開放されてＣＭＯＳイメージセンサ４０に光が照射される制御期間のことを「露光期間」と称する。さらに、ＣＭＯＳイメージセンサ４０上の同一ラインに対して電荷の蓄積を開始させる間隔のことを「撮像間隔」と称する。なお、露光期間は、特許請求の範囲に記載の「開放期間」に相当する。
【００３２】
図１に戻り、撮像信号処理回路４１は、所定の撮像間隔で、ＣＭＯＳイメージセンサ４０上の各ラインに電荷蓄積期間を設定し、ライン毎に、電荷の読み出しを行う。撮像信号処理回路４１は、Ａ／Ｄ変換回路を備え、水平信号線４０ｇ（図２参照）を介してＣＭＯＳイメージセンサ４０から供給されるライン毎の電圧信号をデジタル信号に変換して、制御部６０に出力する。制御部６０は、イメージセンサ制御部６２の機能により、撮像信号処理回路４１から供給されたデジタル信号（輝度信号）を記憶部６１に記憶させる。こうして撮像信号処理回路４１から出力された全ライン分（１フレーム分）の輝度信号から１枚の撮像画像が構成される。
【００３３】
本実施の形態では、ＣＭＯＳイメージセンサ４０の制御モードが、通常よりも撮像間隔が長い「低速モード」に設定される。たとえば、低速モードでは、各ラインの撮像間隔が、６０ＦＰＳ（Frame Per Second）に設定される。
【００３４】
図３（ａ）は、通常読み出しモードによる制御を模式的に示す図であり、図３（ｂ）は、低速モードによる制御を模式的に示す図である。図３（ａ）、（ｂ）の左側には、ＣＭＯＳイメージセンサ４０の受光面と各ラインＬが模式的に示されている。ここでは、最上段のラインＬがＬ０とされ、最下段のラインがＬｎとされている。また、図３（ａ）、（ｂ）の右側には、各ラインに対する制御タイミングが模式的に示されている。
【００３５】
図３（ａ）を参照して、通常読み出しモードでは、最上段のラインＬ０に対する制御がタイミングＴ１で開始され、タイミングＴ２で終了する。１段下のラインＬ２に対する制御は、タイミングＴ１よりも所定時間だけ遅れて開始される。こうして、ラインＬが下段へと変わる毎に開始タイミングが所定時間ずつ遅れながら、各ラインに対する制御が順番に行われる。最下段のラインＬｎの開始タイミングは、タイミングＴ１からΔＴ遅れたタイミングＴ２となる。
【００３６】
最上段のラインＬ０では、タイミングＴ１からタイミングＴ２の間に電荷蓄積期間が設定される。たとえば、タイミングＴ１からタイミングＴ２の間の期間ΔＴの全てが電荷蓄積期間とされる。他のラインＬに対しても、同様に電荷蓄積期間が設定される。タイミングＴ１から期間ΔＴが経過したタイミングＴ２において、最上段のラインＬ０に対する電荷の読み出しが実行される。
【００３７】
２段目のラインＬ１については、タイミングＴ１から所定の時間遅れたタイミングで電荷の蓄積が開始され、タイミングＴ２から所定の時間遅れたタイミングで電荷の読み出しが実行される。こうして、ラインＬが変わる毎に、電荷蓄積の開始タイミングが所定時間ずつ遅れ、電荷読み出しの実行タイミングも所定時間ずつ遅れる。最下段のラインＬｎに対する電荷蓄積の開始タイミングは、タイミングＴ１からΔＴ遅れたタイミングＴ２となり、電荷読み出しの実行タイミングは、タイミングＴ２からΔＴ遅れたタイミングＴ３となる。
【００３８】
このように、通常読み出しモードでは、最上段のラインＬ０に対する電荷蓄積の終了タイミングが、最下段のラインＬｎに対する電荷蓄積の開始タイミングとなる。このため、通常読み出しモードでは、全てのラインの電荷蓄積期間が重なり合う期間が生じることはない。
【００３９】
図３（ｂ）を参照して、低速モードでは、各ラインＬに対する電荷の読み出しタイミングが通常読み出しモードよりも遅延され、各ラインＬに対する電荷蓄積の開始から終了までの期間、すなわち、電荷蓄積期間が２倍（２ΔＴ）に拡張される。したがって、制御モードが低速モードに設定されると、図３（ｂ）に示すように、全てのラインの電荷蓄積期間が重なり合う期間が生じる。以下、このように、全てのラインの電荷蓄積期間が重なり合う期間のことを、「重複蓄積期間」と称する。
【００４０】
図１に戻り、液晶シャッター駆動回路３１は、低速モードにおける重複蓄積期間中の所定のタイミングにおいて、レンズ１０で集光された光がＣＭＯＳイメージセンサ４０の受光面に照射されるように、液晶シャッター３０を開閉させる。この制御は、制御部６０のシャッター制御部６３の機能により行われる。シャッター制御部６３は、液晶シャッター駆動回路３１に液晶シャッター３０に対する電圧の印加を中止させて液晶シャッター３０を開放し、その後、所定の時間幅で、再び、液晶シャッター駆動回路３１に液晶シャッター３０に対する電圧の印加を開始させて液晶シャッター３０を閉じる。こうして、たとえば、図３（ｂ）に示すように、重複蓄積期間内に露光期間が設定される。
【００４１】
このように液晶シャッター３０が制御されることにより、各ラインには、同じタイミングで目標領域からの光が照射される。全てのラインＬ上のフォトダイオード４０ａには、同じタイミングおよび露光期間で、電荷が蓄積される。このため、被写体が高速で移動する場合であっても、被写体の撮像画像に歪みが生じることはない。こうして、ローリングシャッター現象が抑制され、ＣＭＯＳイメージセンサ４０を用いたグローバルシャッター機能が実現される。
【００４２】
さて、撮像装置１においては、被写体を歪みなく撮像することと共に、被写体をブレなく撮像することが要求される。特に、高速で移動する被写体を撮像する場合や、撮像装置の画角が広い場合には被写体の撮像画像にブレが生じ易く、このような被写体を歪み無く且つブレを抑制して撮像できることが要求される。
【００４３】
一般に、撮像画像における被写体のブレは、シャッター速度を速くすることにより抑制され得る。ここで、シャッター速度を速くすることは、液晶シャッター３０の開放期間を短くすることに対応する。液晶シャッター３０の開放期間を短くし、ＣＭＯＳイメージセンサ４０に対する露光期間を短くすることにより、液晶シャッター３０の開放期間において、ＣＭＯＳイメージセンサ４０の受光面上で被写体の像が大きく移動することが抑制される。これにより、撮像画像における被写体のブレを抑制できる。
【００４４】
本実施の形態では、撮像画像における被写体のブレを抑制するために、上記のように、液晶シャッター３０として、電圧が印加されていない状態では透過率が最大となり、電圧が印加されると透過率が低くなる、いわゆる、ノーマリーホワイト方式の特性を有する液晶シャッターが用いられている。
【００４５】
図４（ａ）は、ノーマリーホワイト方式の特性を有する液晶シャッターの透過率特性を示す図、図４（ｃ）は、ノーマリーブラック方式の特性を有する液晶シャッターの透過率特性を示す図である。ノーマリーブラック方式の液晶シャッターは、電圧が印加されていない状態では透過率が最小となり、電圧が印加されると透過率が高くなる。図４（ａ）、（ｃ）には、透過率特性の上側に液晶シャッターに印加される駆動信号（電圧）が付記されている。
【００４６】
液晶シャッターは、液晶の特性によって、電圧印加時と電圧印加の中止時における透過率の変化速度が異なる。一般に、液晶では、電圧印加による透過率の変化速度は速いものの、電圧印加の中止による透過率の変化速度は緩やかである。これは、電圧印加を中止する場合、透過率の変化速度は液晶の粘度に依存し、液晶の並びが元の方向に戻るのに時間を要するためである。
【００４７】
このような液晶の特性により、たとえば、電圧が印加されていない状態では透過率が低く、電圧が印加されると透過率が高くなる、いわゆる、ノーマリーブラック方式の液晶シャッターでは、図４（ｃ）に示すように、電圧の印加を開始すると速やかに透過率が最大となるが、電圧の印加を中止しても、なかなか透過率が最小値に戻らない。このため、ノーマリーブラック方式の液晶シャッターを液晶シャッター３０として用いると、ＣＭＯＳイメージセンサ４０に対する露光時間が所期の長さより長くなり、図４（ｄ）に示すように、被写体の撮像画像にブレが生じる。
【００４８】
これに対し、電圧が印加されていない状態では透過率が最大となり、電圧が印加されると透過率が低くなる、いわゆる、ノーマリーホワイト方式の液晶シャッターでは、図４（ａ）に示すように、電圧の印加を中断した後、緩やかに透過率が最大となるが、電圧の印加を開始すると、速やかに透過率が最小値に戻る。このため、ノーマリーホワイト方式の液晶シャッターを液晶シャッター３０として用いると、ＣＭＯＳイメージセンサ４０に対する露光時間を短く抑えることができ、図４（ｂ）に示すように、被写体の撮像画像にブレが生じることを効果的に抑制できる。
【００４９】
以上のように、本実施の形態では、ノーマリーホワイト方式の液晶シャッターを液晶シャッター３０として用いることにより、被写体の撮像画像にブレが生じることが効果的に抑制される。
【００５０】
本実施の形態では、図３（ｂ）に示す露光期間が、被写体の明るさに応じて、最大限界値１／ＴＬから最小限界値１／ＴＨの間で自動調整される。ここで、最大限界値１／ＴＬは、最低シャッター速度に対応し、最小限界値１／ＴＨは、最高シャッター速度に対応する。シャッター速度は、液晶シャッター３０の開放期間（露光期間）を分数で表現したものである。ここでは、便宜上、露光期間の最大限界値と最小限界値が、シャッター速度の表現形式（１／ＴＬ、１／ＴＨ）で示されている。また、被写体の明るさは、ＣＭＯＳイメージセンサ４０における全受光光量によって検出される。被写体の明るさ、すなわち、ＣＭＯＳイメージセンサ４０に対する光の取り込み量は、アイリス２０を制御することにより、適宜、調整される。
【００５１】
図５は、液晶シャッター３０の制御を示すフローチャートである。この制御は、制御部６０が、シャッター制御部６３の機能により実行する。
【００５２】
撮像動作が開始されると、制御部６０は、撮像画像の明るさに応じて、最大限界値１／ＴＬから最小限界値１／ＴＨの間で、露光期間を設定する（Ｓ１０１）。図３（ｂ）において、露光期間は、たとえば、終了タイミングが固定され、露光期間の長さに応じて開始タイミングが変更される。あるいは、露光期間は、開始タイミングが固定され、露光期間の長さに応じて終了タイミングが変更されても良い。
【００５３】
次に、シャッター制御部６３は、液晶シャッター３０に対する電圧の印加を開始し、液晶シャッター３０を閉じた状態に設定する（Ｓ１０２）。その後、露光期間の開始タイミングが到来すると、制御部６０は、液晶シャッター３０に対する電圧の印加を中止する（Ｓ１０４）。こうして、液晶シャッター３０が開放されて、目標領域の光がＣＭＯＳイメージセンサ４０上に結像される。
【００５４】
その後、Ｓ１０１で設定された露光期間が終了すると（Ｓ１０５：ＹＥＳ）、制御部６０は、再び、液晶シャッター３０に対する電圧の印加を開始し、液晶シャッター３０を閉じる（Ｓ１０６）。これにより、ＣＭＯＳイメージセンサ４０が遮光される。その後、制御部６０は、処理をＳ１０３に戻し（Ｓ１０７：ＮＯ）、次の露光期間の開始タイミングの到来待つ。こうして、Ｓ１０３〜Ｓ１０６の制御が繰り返される。その後、撮像動作が終了すると（Ｓ１０７：ＹＥＳ）、制御部６０は、液晶シャッター３０に対する電圧の印加を中止し、液晶シャッター３０に対する制御を終了する。
【００５５】
＜実施の形態の効果＞
本実施の形態によれば、以下の効果が奏される。
【００５６】
図３（ｂ）に示すように、重複蓄積期間中に露光期間が設定されるため、全てのラインＬ上のフォトダイオード４０ａには、同じタイミングおよび露光期間で、電荷が蓄積される。このため、被写体が高速で移動する場合であっても、被写体の撮像画像に歪みが生じることがない。
【００５７】
また、図４（ａ）に示すように、電圧が印加されていない状態で透過率が最大となり、電圧が印加された場合に透過率が低くなる、いわゆる、ノーマリーホワイト方式の液晶シャッターが液晶シャッター３０として用いられる。これにより、液晶シャッター３０による露光期間を小さく抑えることができ、撮像画像における被写体のブレを抑制することができる。
【００５８】
＜変更例１＞
ところで、液晶シャッター３０は、温度によって透過率特性が変化する。これは、温度によって液晶の粘度が変化するためである。
【００５９】
図６（ａ）は、常温時における液晶シャッター３０の透過率特性を模式的に示す図、図６（ｂ）は、低温時における液晶シャッター３０の透過率特性を模式的に示す図である。
【００６０】
図６（ａ）に示すように、液晶シャッター３０の周辺温度が常温の場合、液晶シャッター３０の電圧の印加を中止してから電圧の印加の開始までの期間において、十分に高い透過率が得られている。したがって、露光期間の最小限界値１／ＴＨを小さい値に設定したとしても、図６（ｃ）に示すように適正な明るさの撮像画像を取得することができる。
【００６１】
これに対し、液晶シャッター３０の周辺温度が低温の場合、液晶の粘度が増すため、電圧非印加時の液晶シャッター３０の反応が低下する。このため、ノーマリーホワイト方式の液晶シャッター３０の透過率は、図６（ｂ）に示すように、電圧の印加を中止したときの透過率の上昇速度が遅くなる。このため、露光期間の最小限界値１／ＴＨを小さい値に設定すると、液晶シャッター３０の電圧の印加を中止してから電圧の印加の開始までの期間において、光が十分にＣＭＯＳイメージセンサ４０に取り込まれない惧れがある。このように周辺温度が低くなると、最小限界値１／ＴＨを小さい値に設定したままでは、図６（ｄ）に示すように、撮像画像が暗くなってしまうことが起こり得る。
【００６２】
そこで、変更例１では、図１に示す温度センサー５０からの信号を監視し、低温時には、露光期間の最小限界値１／ＴＨが小さくなりすぎないように液晶シャッター３０を制御する。
【００６３】
図７（ａ）は、変更例１に係る液晶シャッター３０の制御を示すフローチャートである。図７（ａ）のフローチャートでは、図５のフローチャートにおいて、Ｓ１０１の処理の前に、Ｓ１１１〜Ｓ１１４の処理が追加されている。
【００６４】
図７（ａ）を参照して、撮像動作が開始されると、制御部６０は、温度センサー５０により現在の液晶シャッター３０の周辺温度Ｐを取得する（Ｓ１１１）。取得した周辺温度Ｐが閾値温度Ｐｓｈ以下であると（Ｓ１１２：ＹＥＳ）、制御部６０は、液晶シャッター３０の露光期間の最小限界値１／ＴＨを通常値１／ＴＨＮよりも長い拡張値１／ＴＨＬに設定する（Ｓ１１３）。他方、周辺温度Ｐが閾値温度Ｐｓｈよりも高い場合（Ｓ１１２：ＮＯ）、制御部６０は、液晶シャッター３０の露光期間の最小限界値１／ＴＨを通常値１／ＴＨＮに設定する（Ｓ１１４）。そして、制御部６０は、処理を図５に示すＳ１０１に進め、上記実施の形態と同様にしてシャッター制御を行う。
【００６５】
本変更例１では、たとえば、撮像画像の明るさと露光期間とを対応付けたテーブルが、常温用として、一つだけ記憶部６１に保持される。このテーブルにおいて、撮像画像の明るさの下限値には露光期間の最大限界値１／ＴＬが設定され、撮像画像の明るさの上限値には露光期間の最小限界値１／ＴＨＮ（通常値）が設定される。また、最大限界値１／ＴＬと最小限界値１／ＴＨＮ（通常値）の間は、所定の明るさ幅毎に、露光期間が対応付けられる。このテーブルには、露光期間１／ＴＨＬ（拡張値）が、所定の明るさ幅に対応付けられている。
【００６６】
液晶シャッター３０の周辺温度Ｐが閾値温度Ｐｓｈを超える場合（Ｓ１１２：ＹＥＳ）、露光期間の設定において、記憶部６１に保持されたテーブルがそのまま用いられる。したがって、露光期間の最小限界値１／ＴＨは、通常値１／ＴＨＮとなる（Ｓ１１４）。他方、液晶シャッター３０の周辺温度Ｐが閾値温度Ｐｓｈ以下の場合は（Ｓ１１２：ＮＯ）、このテーブル中の露光期間１／ＴＨＬが最小限界値とされ、この露光期間１／ＴＨＬに対応する明るさ幅以上の明るさ幅には、全て、露光期間１／ＴＨＬが適用される。したがって、露光期間の最小限界値１／ＴＨは、拡張値１／ＴＨＬとなる（Ｓ１１３）。周辺温度Ｐが閾値温度Ｐｓｈ以下の場合は、こうして再構成されたテーブルを用いて、実撮像時の露光期間が設定される。
【００６７】
なお、ここでは、常温用のテーブルを用いて低温時のテーブルが再構成されたが、常温用のテーブルと低温時のテーブルが個別に記憶部６１に記憶されていても良い。この場合、常温用のテーブルの露光期間の最小限界値は１／ＴＨＮ（通常値）であり、低温時のテーブルの露光期間の最小限界値は１／ＴＨＬ（拡張値）である。なお、常温用のテーブルと低温時のテーブルとで、個々の露光期間が対応付けられる撮像画像の明るさ幅が異なっていても良い。
【００６８】
また、常温用と低温用に、それぞれ、撮像画像の明るさの下限値と露光期間の最大限界値１／ＴＬの組合せと、撮像画像の明るさの上限値と露光期間の最小限界値１／ＴＨの組合せが記憶部６１に記憶され、これらの値を所定の演算式に適用して、実撮像時の撮像画像の明るさに対応する露光期間が算出されても良い。
【００６９】
＜変更例１の効果＞
図７（ｂ）は、変更例１に係る、常温時における液晶シャッター３０の透過率特性を模式的に示す図である。図７（ｃ）は、変更例１に係る、低温時における液晶シャッター３０の透過率特性を模式的に示す図である。
【００７０】
図７（ｃ）に示すように、低温時には、液晶シャッター３０に適用される露光期間の最小限界値１／ＴＨが通常値１／ＴＨＮよりも長い拡張値１／ＴＨＬに設定されるため、図６（ｂ）の場合に比べ、電圧の印加の中止から印加の再開までの期間が長くなる。したがって、図７（ｃ）に示すように、液晶シャッター３０の透過率を十分に上昇させることができ、ＣＭＯＳイメージセンサ４０に十分な量の光が取り込まれる。これにより、撮像画像が暗くなることが回避され得る。また、図７（ｂ）に示すように、常温時には、最小限界値１／ＴＨが通常値１／ＴＨＮに設定される。したがって、上記実施の形態と同様、ＣＭＯＳイメージセンサ４０の受光面上において被写体の像が高速で移動する場合にも、被写体の撮像画像に生じるブレを効果的に抑制できる。
【００７１】
＜変更例２＞
上記実施の形態および変更例１では、ＣＭＯＳイメージセンサ４０に対する制御モードが低速モードに設定されたが、本変更例２では、ＣＭＯＳイメージセンサ４０に対する制御モードが高速読み出しモードに設定される。すなわち、本変更例２では、高速読み出しモードを設定可能なＣＭＯＳイメージセンサ４０および撮像信号処理回路４１が用いられる。
【００７２】
図８（ｂ）は、高速読み出しモードによる制御を模式的に示す図である。便宜上、図８（ａ）には、通常読み出しモードによる制御を模式的に示す図が示されている。
【００７３】
高速読み出しモードでは、各ラインＬに対する電荷の読み出し速度が高められることにより、ラインＬ間の制御開始タイミングのズレ量が通常読み出しモードに比べて短縮される。図８（ｂ）の例では、ラインＬ間の制御開始タイミングのズレ量が通常読み出しモードに比べて半分に低減されている。このため、最下段のラインＬｎに対する制御の開始タイミングは、最上段のラインＬ０に対する制御の開始タイミングＴ１からΔＴだけ遅れるに留まる。
【００７４】
各ラインＬに対する電荷の読み出し速度は、各ラインの電荷信号を標本化（Ａ／Ｄ変換）する際のビット数を、通常制御モード時のビット数よりも削減することにより、高速化される。この処理は、図１に示すイメージセンサ制御部６２による制御のもと、撮像信号処理回路４１によって行われる。高速読み出しモードでは、このように標本化ビット数が削減されるため、通常読み出しモードに比べて、若干、撮像画像の画質が劣化する。しかし、この劣化は、監視カメラ等の用途では、視認性に特に問題がない程度のものである。
【００７５】
このように、ＣＭＯＳイメージセンサ４０に対する制御モードを高速読み出しモードに設定することにより、図８（ｂ）に示すように、全てのラインの電荷蓄積期間が互いに重なり合う重複蓄積期間が生じ、この重複蓄積期間に露光期間を設定することが可能となる。そして、このように露光期間を設定することにより、各ラインＬに、同じタイミングで目標領域からの光が照射され、全てのラインＬ上のフォトダイオード４０ａに、同じタイミングおよび露光期間で、電荷が蓄積されるようになる。このため、本変更例２においても、高速で移動する被写体の撮像画像に歪みが生じることを抑制できる。つまり、図８（ｂ）のように露光期間を設定することにより、ローリングシャッター現象が抑制され、ＣＭＯＳイメージセンサ４０を用いたグローバルシャッター機能が実現される。
【００７６】
＜変更例２の効果＞
変更例２の場合、高速読み出しモードを用いて撮像画像の歪みが抑制されるため、上記実施の形態のように撮像画像のフレーム転送レートが低下することがない。上記実施の形態では、低速モードが用いられるため、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、撮像間隔が２ΔＴとなり、撮像画像のフレーム転送レートが、通常読み出しモードの半分になる。これに対し、変更例２では、高速読み出しモードが用いられるため、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、撮像間隔はΔＴのままであり、撮像画像のフレーム転送レートを、通常読み出しモードと同等に維持することができる。このように、本変更例２によれば、撮像画像のフレーム転送レートを維持しながら、被写体の歪みを抑制することができる。
【００７７】
以上、本発明の実施の形態および変更例について説明したが、本発明は上記実施の形態および変更例に何ら制限されるものではなく、また、本発明の実施の形態も上記以外に種々の変更が可能である。
【００７８】
たとえば、上記実施の形態では、露光期間が最大限界値１／ＴＬから最小限界値１／ＴＨの範囲において変更可能なように、シャッター速度を変更するための機能が設けられたが、シャッター速度の変更機能が設けられていなくても良い。この場合でも、ノーマリーホワイト方式の液晶シャッター３０を用いることにより、シャッターが開放される期間を抑制することができ、被写体のブレを効果的に抑制することができる。
【００７９】
また、上記変更例１では、液晶シャッター３０の周辺温度Ｐが閾値温度Ｐｓｈ以下の場合に、露光期間の最小限界値１／ＴＨが通常値１／ＴＨＮよりも長い拡張値１／ＴＨＬに設定されたが、液晶シャッター３０の周辺温度Ｐに応じた最小限界値１／ＴＨの変更処理は、これに限られない。たとえば、最小限界値１／ＴＨは温度に応じて３段以上に変更されても良く、あるいは、温度に応じてリニアに変更されても良い。最小限界値１／ＴＨが温度に応じて多段に変更される場合、ある温度範囲とその温度範囲に望ましい最小限界値１／ＴＨの値が格納された管理テーブルを記憶部６１に保持しておき、液晶シャッター３０の周辺温度が含まれる温度範囲に応じた最小限界値１／ＴＨが設定される。また、温度と最小限界値１／ＴＨの値とを変換可能な関数による演算処理によって、最小限界値１／ＴＨが設定されても良い。
【００８０】
また、上記変更例１では、図７（ａ）に示すように、撮像動作の開始時に、周辺温度Ｐに応じて最小限界値１／ＴＨが設定されたが、撮像動作が継続されている間にも随時、周辺温度Ｐを取得して、最小限界値１／ＴＨが再設定されても良い。
【００８１】
また、各ラインに対する電荷蓄積期間は、図３（ｂ）において、２ΔＴの全ての期間に設定されなくても良く、また、図８（ｂ）において、ΔＴの全ての期間に設定されなくても良い。各ラインに対する電荷蓄積期間は、重複蓄積期間が生じるように設定されれば良い。
【００８２】
また、液晶シャッター３０は、レンズ１０とアイリス２０の間に配置されても良く、あるいは、レンズ１０よりも目標領域側に配置されても良い。温度による制御が行われない場合、図１の構成から温度センサー５０と温度検出回路５１が省略される。
【００８３】
この他、本発明の実施の形態は、特許請求の範囲に示された技術的思想の範囲内において、適宜、種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００８４】
１  …  撮像装置
１０  …  レンズ
３０  …  液晶シャッター
４０  …  ＣＭＯＳイメージセンサ
５０  …  温度センサー
６０  …  制御部
６２  …  イメージセンサ制御部
６３  …  シャッター制御部
【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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