JP2003032556A

JP2003032556A - 撮像装置

Info

Publication number: JP2003032556A
Application number: JP2001215494A
Authority: JP
Inventors: Mutsuhiro Yamanaka; 睦裕山中; Tsutomu Honda; 努本田
Original assignee: Minolta Co Ltd
Current assignee: Minolta Co Ltd
Priority date: 2001-07-16
Filing date: 2001-07-16
Publication date: 2003-01-31

Abstract

(57)【要約】【課題】ＣＭＯＳ型の撮像素子を備え、撮影した画像
にぶれが発生し難く、撮像素子の出力信号の処理効率に
優れた撮像装置を提供する。【解決手段】蓄積電荷の消去を指示する駆動信号と蓄
積電荷を表す信号の出力を指示する駆動信号を与える時
期を画素ごとに可変にする。各画素の光電変換時間を、
照明光の色特性に応じて、または結像光学系の状態に依
存する撮像素子上の照度分布に応じて定める。また、画
素の駆動の順序を、配列順序とは別に定めて、フラッシ
ュ光によって照明される部分に対応する範囲、または主
たる撮影対象に対応する範囲の画素を、略同時期に駆動
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光電変換を行う撮
像素子を備えた撮像装置に関し、特に、蓄積電荷の消去
と出力を画素ごと個別に行う撮像素子を備えた撮像装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】光を電気信号に変換して画像を表す画像
データを生成するデジタルカメラの普及が目覚ましい。
デジタルカメラに用いられる撮像素子は、光電変換を行
って電荷を生成し、生成した電荷を蓄積する画素が２次
元に多数配列された構成であるが、電荷の蓄積と蓄積電
荷の量を表す信号の出力に関して、いくつかの型に分類
される。このうちの１つに、ＣＭＯＳ型と呼ばれるもの
がある。

【０００３】ＣＭＯＳ型の撮像素子は外部への信号出力
を各画素から個別に行う構成であり、画像データを生成
する外部の信号処理回路が画素の出力信号を順に処理し
得るようにするために、全ての画素は時期を違えて信号
を出力する。また、各画素は、蓄積電荷そのものではな
く、蓄積電荷の量に対応する大きさの信号を出力し、信
号出力後も蓄積電荷を保持する。したがって、新たに光
電変換を開始する際に、蓄積電荷の消去を行う。蓄積電
荷の消去により光電変換が開始されることになるが、全
画素の光電変換時間を揃えるために、蓄積電荷の消去も
画素ごとに異なる時に行う。

【０００４】ＣＭＯＳ型の撮像素子では、光電変換の開
始に際して蓄積電荷を消去するから、常時露光すること
が可能であり、露光を規制するためのシャッターは不要
である。その一方で、各画素の駆動を個別に制御する必
要があり、蓄積電荷の消去すなわち光電変換の開始を指
示する第１の駆動信号と、蓄積電荷を表す信号の出力を
指示する第２の駆動信号を、各画素に個別に与える。第
１、第２の駆動信号は異なる画素に順に与えられるが、
第１の駆動信号を与えてから第２の駆動信号を与えるま
での期間は、光電変換時間すなわち電子シャッター速度
に相当し、撮影対象の明るさに応じて設定される。一
方、第１、第２の駆動信号を１つの画素に与えてから別
の画素に与えるまでの周期は常に一定に設定される。

【０００５】ＣＭＯＳ型の撮像素子の画素の位置と光電
変換時期の関係の例を、図２２に模式的に示す。図２２
において、横軸ｔは時刻を、縦軸ｙは撮像素子上のｙ座
標を表している。また、符号ＲＳＴは、第１の駆動信号
により画素の蓄積電荷を消去する（画素の信号をリセッ
トする）ことを示しており、符号ＯＵＴは、第２の駆動
信号により画素から信号を出力することを示している。
なお、撮像素子上のｘ、ｙ座標は、図２１に示したよう
に、撮像素子の中心Ｏを原点とし、左右（水平）方向を
ｘ、上下（垂直）方向をｙと定義している。

【０００６】一般に、第１、第２の駆動信号は、上端の
画素列から下端の画素列に向かって順に与えられ、した
がって、図２２に示したように、光電変換の開始時刻お
よび終了時刻は画素列ごとに相違する。このため、同一
画像を撮影するための光電変換でありながら、その時期
は一致しない。光電変換時期をｘ-ｙ座標系で示すと図
２３のようになる。なお、時期の細かな差を表現するこ
とに代えて、図２３では４段階の濃淡で時期を模式的に
表している。一方、光電変換時間すなわち光電変換を行
う時間長は、図２４に均一な濃度で示したように、全て
の画素について一定である。

【０００７】第１、第２の駆動信号は、各画素列におい
ては、左端の画素から右端の画素に向かって順に与えら
れる。したがって、光電変換時期は画素列内でも相違す
る。ただし、各画素列内での光電変換時期の差は僅かで
ある。

【０００８】画素列ごとに光電変換時期に差があること
は、静止した撮影対象を撮影するときには特に問題とな
らない。しかし、撮影対象が動く場合は、撮影された撮
影対象の像に歪みをもたらすことになる。例えば、撮影
対象が垂直方向に下降したり上昇したりするときは、上
下方向に伸張や短縮が生じ、また、水平方向に移動する
ときは、上部と下部の位置がずれて歪みが生じる。この
ような像の歪みは、光電変換時期の差が大きいほど大き
くなる。

【０００９】暗い環境での撮影においては光電変換中に
フラッシュ光を発して撮影対象を照明するが、画素列ご
とに光電変換時期に差があることは、フラッシュ光を発
する場合にも問題となる。フラッシュ発光の時間がきわ
めて短く、全ての画素列の光電変換時間内にフラッシュ
光を発するようにしなければ、部分的に照明されていな
い撮影対象の像を撮影することになるからである。

【００１０】１例を図２５に示す。これは、光電変換時
期が図２２に示したように設定されており、上端の画素
列の光電変換時間の終了直前にフラッシュ光を発するよ
うにしたものである。符号ＦＬはフラッシュ発光を示
す。この場合、下部の画素列は、フラッシュ発光の終了
後に光電変換を開始することになり、撮影された画像に
は、図２６に示すように、フラッシュ光で照明された部
分Ｂとフラッシュ光で照明されていない部分Ｄが存在す
ることになる。

【００１１】このため、ＣＭＯＳ型の撮像素子を備えた
従来のデジタルカメラでは、図２７に示すように、フラ
ッシュ光を発するときには、光電変換時間を長くするこ
とにより、上端と画素列と下端の画素列の光電変換時間
が一部重なるようにしている。これにより、フラッシュ
発光ＦＬがなされる時に全ての画素が光電変換を行って
いる状態とすることができ、図２８に示すように、撮影
された画像からフラッシュ光で照明されていない部分Ｄ
をなくすことができる。しかし、光電変換時間を長くす
ると、カメラを持つ使用者の手ぶれにより画像の質が低
下するという問題が生じる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、ＣＭＯ
Ｓ型の撮像素子を備える従来の撮像装置では、光電変換
を行わせる画素の順序を固定しており、光電変換時間も
全ての画素について同じにしている。そのため、撮影対
象が動くときや、フラッシュ光で撮影対象を照明すると
きに、像の歪みやぶれを招く結果となっている。

【００１３】ＣＭＯＳ型の撮像素子は、本来、画素の駆
動を個別に制御し得るものである。本発明は、この点に
着目してなされたもので、上記の不都合を伴わず、さら
に、撮像素子の出力信号に施す処理を低減した効率のよ
い撮像装置を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、光電変換により電荷を生成して蓄積
し、蓄積電荷の量を表す信号を出力する２次元に配列さ
れた画素を有し、蓄積電荷の消去と信号の出力を画素ご
とに個別に行う撮像素子と、撮像素子上に撮影対象から
の光を結像させる結像光学系を備え、撮像素子を露光し
ている間に蓄積電荷の消去を指示する第１の駆動信号と
信号の出力を指示する第２の駆動信号を撮像素子の画素
に与えて、撮像素子の画素が出力した信号から画像デー
タを生成することにより画像を撮影する撮像装置におい
て、第２の駆動信号を与える画素の順序が画素の２次元
の配列の順序と異なるものとする。つまり、信号を出力
する順序を画素の配列順序とは相違させる。

【００１５】具体的には、結像光学系の焦点が合ってい
る撮影対象の範囲に略対応する範囲内に位置する画素
に、その範囲外に位置する画素よりも先に、第２の駆動
信号を与えるようにする。通常、使用者は撮影対象全体
のうちの主たる部分に撮影レンズの焦点を合わせるか
ら、このようにすると、主たる撮影対象を表す信号を背
景を表す信号に優先して出力させることになり、主たる
撮影対象に対する光電変換の時期の差が小さくなる。し
たがって、主たる撮影対象が動いているときでも、ぶれ
や歪みが生じ難い。

【００１６】また、第１の駆動信号を与えてから第２の
駆動信号を与えるまでの間にフラッシュ光を発するとき
に、フラッシュ光で照明される撮影対象の範囲に略対応
する範囲内に位置する画素に、その範囲外に位置する画
素よりも先に、第２の駆動信号を与えるようにする。こ
のようにすると、撮影対象全体のうちフラッシュ光で照
明される範囲を表す信号を優先して出力させることにな
り、その範囲に対する光電変換の時期の差が小さくな
る。したがって、光電変換時間を短くすることが可能に
なり、手ぶれが発生し難くなる。

【００１７】また、撮像素子の中央部に位置する画素
に、周辺部に位置する画素よりも先に、第２の駆動信号
を与えるようにする。多くの場合、使用者は主たる撮影
対象が中央に位置する構図で撮影を行うから、このよう
にすることで、主たる撮影対象が動いているときでも、
ぶれや歪みの発生を抑え易くなる。また、撮影した画像
に基づいて結像光学系の焦点調節や撮像素子の画素の光
電変換時間の調節を行う場合、より重要な情報を担う中
央部の信号を速やかに得ることができて、調節を迅速に
行うことが可能になる。

【００１８】前記目的を達成するために、本発明ではま
た、光電変換により電荷を生成して蓄積し、蓄積電荷の
量を表す信号を出力する２次元に配列された画素を有
し、蓄積電荷の消去と信号の出力を画素ごとに個別に行
う撮像素子と、撮像素子上に撮影対象からの光を結像さ
せる結像光学系を備え、撮像素子を露光している間に蓄
積電荷の消去を指示する第１の駆動信号と信号の出力を
指示する第２の駆動信号を撮像素子の画素に与えて、撮
像素子の画素が出力した信号から画像データを生成する
ことにより画像を撮影する撮像装置において、第１の駆
動信号を与えてから第２の駆動信号を与えるまでの時間
が、画素間で異なるものとする。つまり、光電変換時間
を全ての画素について同じにしない。

【００１９】具体的には、第１の駆動信号を与えてから
第２の駆動信号を与えるまでの時間を、結像光学系の状
態に基づく各画素の照度に応じて定める。一般に、結像
光学系を経た光の強度は光軸から離れるほど低下する傾
向があり、全ての画素の光電変時間を同じにすると、画
素が出力した信号の強度を画素の位置に応じて補正する
必要が生じる。しかし、このようにすることで、信号強
度の補正の必要がなくなる。

【００２０】また、撮像素子の画素に光電変換をする光
の波長が異なる複数の種類が含まれている構成とし、第
１の駆動信号を与えてから第２の駆動信号を与えるまで
の時間を、各画素の種類に応じて定める。例えば、カラ
ー画像を撮影するために、赤色光、緑色光、青色光を選
択的に光電変換する３種類の画素を含むようにして、そ
れら３種類の画素の光電変換時間を個別に定める。一般
に、画素の感度は光電変換の対象とする光の波長によっ
て異なるため、全ての画素の光電変時間を同じにする
と、ホワイトバランスが適正な画像を得るためには、画
素が出力した信号の強度を画素の種類に応じて補正する
必要がある。また、信号の強度を補正すると、ダイナミ
ックレンジが相対的に狭くなる画素も生じる。しかし、
画素の種類に応じて光電変換時間を定めることで、信号
の強度を補正することなく適正なホワイトバランスの画
像を得ることが可能になり、ダイナミックレンジも一様
にすることができる。

【００２１】この場合、さらに、第１の駆動信号を与え
てから第２の駆動信号を与えるまでの時間を、撮影対象
を照明する光の色特性に応じて定めるようにするとよ
い。このようにすると、例えば、照明光が自然光であっ
ても人工光であっても、適正なホワイトバランスの画像
を得ることができる。

【００２２】本発明ではまた、光電変換により電荷を生
成して蓄積し、蓄積電荷の量を表す信号を出力する２次
元に配列された画素を有し、蓄積電荷の消去と信号の出
力を画素ごとに個別に行う撮像素子と、撮像素子上に撮
影対象からの光を結像させる結像光学系を備え、撮像素
子を露光している間に蓄積電荷の消去を指示する第１の
駆動信号と信号の出力を指示する第２の駆動信号を撮像
素子の画素に与えて、撮像素子の画素が出力した信号か
ら画像データを生成することにより画像を撮影する撮像
装置において、第１の駆動信号を与える時期と第２の駆
動信号を与える時期が、画素ごとに可変であるものとす
る。このようにすると、画素の駆動制御を柔軟に行うこ
とが可能になり、任意の駆動制御を採用することができ
る。例えば、上記の全ての撮像装置を単一の撮像装置で
実現することもできる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の撮像装置の実施形
態について、図面を参照しながら説明する。第１の実施
形態のデジタルカメラ１の構成を図１に模式的に示す。
デジタルカメラ１は、撮影レンズ１１、撮像素子１２、
信号処理部１３、記憶部１４、記録部１５、駆動部１
６、レンズ／絞り駆動部１７、レンズ情報検知部１８、
操作部１９、制御部２０、および光源色検出部２１より
成る。

【００２４】撮影レンズ１１は撮影対象からの光を撮像
素子１２上に結像させる。撮影レンズ１１は、光束径を
規制する口径可変の絞り（不図示）を備えており、撮像
素子１２の受光量は絞りの開口径によって調節すること
ができる。撮像素子１２は光電変換を行う画素が２次元
に多数配列されたエリアセンサである。撮像素子１２は
ＣＭＯＳ型であり、画素の各々に、蓄積電荷を表す信号
を外部に出力するための出力路と、駆動信号を受けるた
めの入力路が設けられている。

【００２５】撮像素子１２の各画素には赤色（Ｒ）光、
緑色（Ｇ）光、青色（Ｂ）光を選択的に透過させるカラ
ーフィルタのいずれかが備えられており、全ての画素
は、Ｒ光、Ｇ光、Ｂ光を光電変換する３種類に分類され
ている。これら３種類の画素の配置を図２に示す。

【００２６】信号処理部１３は、撮像素子１２の画素が
出力するアナログ信号をデジタル信号に変換するととも
に、変換後のデジタル信号に画素補間、γ補正等の諸処
理を施して、撮像素子１２上に形成された像を表す画像
データを生成する。撮像素子１２による光電変換から信
号処理部１３による画像データの生成までの一連の処理
により、カラー画像が撮影される。

【００２７】記憶部１４は信号処理部１３が生成した画
像データを一時的に記憶する。記録部１５は、記憶部１
４が記憶している画像データを圧縮して、メモリカード
等の着脱可能な記録媒体に記録する。記録は制御部２０
の指示に応じて行う。

【００２８】駆動部１６は、撮像素子１２に駆動信号を
与えて、各画素の動作を制御する。具体的には、画素の
蓄積電荷の消去を指示する第１の駆動信号Ｓ１、および
画素からの信号の出力を指示する第２の駆動信号Ｓ２を
与える。第１の駆動信号Ｓ１および第２の駆動信号Ｓ２
は、撮像素子１２の各画素に個別に与えられる。

【００２９】デジタルカメラ１は撮像素子１２の露光を
規制する機械的なシャッターを備えておらず、撮像素子
１２は常時露光される状態にあるが、各画素が画像デー
タの生成のための光電変換を行うのは、第１の駆動信号
Ｓ１を与えられてから第２の駆動信号Ｓ２を与えられる
までである。駆動部１６が各画素に第１の駆動信号Ｓ１
を与えてから第２の駆動信号Ｓ２を与えるまでの時間
は、光電変換時間すなわちシャッター速度に相当する。
各画素の光電変換中の露光量は、撮影レンズ１１の絞り
と光電変換時間によって定まる。

【００３０】第１の駆動信号Ｓ１および第２の駆動信号
Ｓ２を各画素に与える時期は可変であり、光電変換を開
始する画素の順序、信号を出力する画素の順序、各画素
の光電変換時間は任意に設定することができる。これら
は、制御部２０が制御する。

【００３１】レンズ／絞り駆動部１７は、撮影レンズ１
１の焦点位置および焦点距離を調節するために可動のレ
ンズ群を移動させるとともに、絞りの開口径を調節す
る。レンズ情報検知部１８は、撮影レンズ１２の可動の
レンズ群の位置を検出して、制御部２０に出力する。

【００３２】操作部１９は、使用者によって操作される
いくつかの操作部材より成り、撮影の開始を指示するボ
タン、記録用の画像を撮影して記録することを指示する
ボタン、デジタルカメラ１の動作モードを設定するダイ
アル等が含まれる。光源色検出部２１は、撮影対象を照
明する照明光の色特性を検出する。

【００３３】制御部２０は、操作部１９を介して使用者
より与えられる指示および設定されている動作モードに
応じて、デジタルカメラ１全体の動作を制御する。例え
ば、駆動部１６からの第１、第２の駆動信号Ｓ１、Ｓ２
の出力時期を設定するほか、レンズ情報検知部１８から
の出力に基づいて、レンズ／絞り駆動部１７に撮影レン
ズ１２の焦点位置や焦点距離を調節させたり、絞りの開
口径を調節させたり、光源色検出部２１が検出した照明
光の色特性から、適正なホワイトバランスの画像を得る
ための条件を算出したりする。

【００３４】デジタルカメラ１では、各画素が出力する
信号がそのまま適正なホワイトバランスの画像を表すよ
うにして、信号処理部１３ではホワイトバランス調整の
ために信号強度の調節は行わない。信号処理部１３で信
号強度を調節しないことにより、各色光用の画素のダイ
ナミックレンジ全体が画像データに反映され、精細な階
調のカラー画像を提供することができる。

【００３５】このために、制御部２０は、撮像素子１２
の画素の種類および光源色検出部２１が検出した照明光
の色特性に応じて各画素の光電変換時間を定めて、カラ
ーフィルタの透過率の差および各色光に対する画素の光
電変換効率の差を補正するとともに、撮影環境によって
変動する照明光の色温度の違いを補正する。

【００３６】デジタルカメラ１における画素の位置と光
電変換時期の関係の例を図３に示す。これは、照明光の
色温度が低いとき、すなわち、Ｂ光用の画素の光電変換
時間を最も長くし、Ｒ光用の画素の光電変換時間を最も
短くするのが適切なときのものである。図３の例におけ
る画素の駆動の制御処理の流れを図４に示す。

【００３７】まず、照明光の色特性を検出し（ステップ
＃１０５）、各色光用の画素の光電変換時間を定める
（＃１１０）。そして、ステップ＃１１０で定めた光電
変換時間の長短に従って、Ｂ光用の画素に第１の駆動信
号Ｓ１を与えることを開始し（＃１１５）、少時待機後
（＃１２０）、Ｇ光用の画素に第１の駆動信号Ｓ１を与
えることを開始し（＃１２５）、さらに少時待機後（＃
１３０）、Ｒ光用の画素に第１の駆動信号Ｓ１を与える
ことを開始する（＃１３５）。第１の駆動信号Ｓ１は、
上端の画素列から下端の画素列に向けて、また各画素列
内では左端の画素から右端の画素に向けて、順に与え
る。

【００３８】次いで、ステップ＃１１０で定めた光電変
換時間に従って、少時待機後（＃１４０）、Ｒ光用の画
素に第２の駆動信号Ｓ２を与えることを開始し（＃１４
５）、さらに少時待機後（＃１５０）、Ｇ光用の画素に
第２の駆動信号Ｓ２を与えることを開始し（＃１５
５）、さらに少時待機後（＃１６０）、Ｂ光用の画素に
第２の駆動信号Ｓ２を与えることを開始する（＃１６
５）。第２の駆動信号Ｓ２を与える画素の順序は第１の
駆動信号Ｓ１を与える画素の順序と同じである。

【００３９】この制御では、最も長時間を要するＢ光用
の画素が光電変換を行っている間に、Ｇ光用の画素およ
びＲ光用の画素も光電変換を行うから、画素の種類によ
る光電変換時期の差は小さい。したがって、ホワイトバ
ランスの調整を後に行う必要がないだけでなく、撮影対
象が動いたときでも色ずれが生じるのを抑えることがで
きる。

【００４０】以下、他の実施形態のデジタルカメラにつ
いて説明するが、上記のデジタルカメラ１のものと同一
または類似の構成要素については同じ符号で表して、重
複する説明は省略する。

【００４１】第２の実施形態のデジタルカメラ２の構成
を図５に模式的に示す。デジタルカメラ２は、撮影レン
ズ１１の焦点位置、焦点距離および絞りの開口径と撮像
素子１２上の照度分布との関係を記憶した照度分布記憶
部２２を備えている。

【００４２】一般に、結像光学系が結像させる光の強度
は光軸から離れるほど低下する。このため、撮像素子１
２の画素の光電変換時間を全て同じにすると、周辺部に
位置する画素の出力信号は中央部に位置する画素の出力
信号に比べて強度が低くなり、明るさにむらのない画像
を得るためには、画素の出力信号の強度を画素の位置に
応じて補正する必要が生じる。デジタルカメラ２では、
撮像素子１２上の照度分布すなわち撮影レンズ１１の設
定状態に応じて撮像素子１２の光電変換時間を設定する
ことにより、画素の出力信号の強度補正を不要とする。

【００４３】デジタルカメラ２における画素の位置と光
電変換時期の関係の例を図６に示す。この例では、撮像
素子１２の上端または下端に近い画素列ほど光電変換時
間を長くする。画素の駆動の制御処理の流れを図７に示
す。

【００４４】まず、既に撮影した画像に基づいて撮像素
子１２の露光条件を決定し（ステップ＃２０５）、撮影
レンズ１１の絞りを適切な開口径に設定する（＃２１
０）。次いで、照度分布記憶部２２から記憶している情
報を読み出し、レンズ情報検知部１８の出力から判る撮
影レンズ１１の焦点位置および焦点距離ならびに設定し
た絞りの開口径に基づいて、撮像素子１２上の照度分布
を算出する（＃２１５）。そして、各画素列の光電変換
時間をその平均照度に略反比例するように定めて（＃２
２０）、第１の駆動信号Ｓ１を与えることを開始する
（＃２２５）。第１の駆動信号Ｓ１は光電変換時間の長
い画素から順に、つまり、上端および下端に近い画素列
から中央の画素列に向かって与える。

【００４５】上端および下端の画素列の光電変換時間だ
け待機した後（＃２３０）、第２の駆動信号Ｓ２を与え
ることを開始する（＃２３５）。第２の駆動信号Ｓ２も
第１の駆動信号Ｓ１と同じ順序で与える。このとき各画
素列に与える第２の駆動信号Ｓ２の周期が一定になるよ
うに、第１の駆動信号Ｓ１を各画素列に与える時期を定
めておく。信号処理部１３での処理を一定の周期で行い
得るようにするためである。

【００４６】上記の制御による撮像素子１２の各画素の
光電変換時間をｘ-ｙ座標系で図８に示す。なお、時間
長の細かな差を表現することに代えて、図８では４段階
の濃淡で時間長を模式的に表している。

【００４７】ここでは、撮像素子１２の上下方向（ｙ軸
方向）について光電変換時間に差が生じるようにしてい
るが、第１、第２の駆動信号Ｓ１、Ｓ２を左右両端の画
素列から中央の画素列に向かって順に与えて、左右方向
（ｘ軸方向）について光電変換時間に差が生じるように
してもよい。その場合の各画素の光電変換時間をｘ-ｙ
座標系で図９に模式的に示す。

【００４８】また、光電変換時間を画素列ごとに定める
ことに代えて、画素ごとに定めるようにしてもよい。そ
の場合の画素の位置と光電変換時期の関係の例を図１０
に示し、各画素の光電変換時間をｘ-ｙ座標系で図１１
に模式的に示す。図１０において、縦軸ｒは撮像素子１
２の中心Ｏからの距離（ｘ²＋ｙ²）^1/2を表す。画素か
らの信号出力は同心円をなす順序で行うことになる。

【００４９】第２の駆動信号Ｓ２を与える画素の順序を
第１の駆動信号Ｓ１を与える画素の順序と逆にすること
も可能である。すなわち、中央部の画素から周辺部の画
素に向けて第２の駆動信号Ｓ２を与えることもできる。
このようにすると、画素間の光電変換時期の差が小さく
なり、ぶれの発生を抑えることができる。

【００５０】第３の実施形態のデジタルカメラ３の構成
を図１２に模式的に示す。デジタルカメラ３は、フラッ
シュ光を発する発光部２３を備えており、暗い環境での
撮影に際し発光部２３よりフラッシュ光を発して撮影対
象を照明する。

【００５１】前述のように、フラッシュ光を発する時に
全ての画素が光電変換を行っている状態とすると、光電
変換時間を長くせざるを得ず、手ぶれが生じ易い。デジ
タルカメラ３では、この不都合を避けるために、撮像素
子１２の画素のうちフラッシュ光で照明される範囲に対
応する範囲内の画素のみが、フラッシュ光を発する時に
光電変換を行っている状態となれば足りるとして、その
範囲内の画素に優先的に第２の駆動信号Ｓ２を与えて、
光電変換時期の差を小さくする。また、フラッシュ発光
を伴う撮影と伴わない撮影をあらかじめ行って、それら
の撮影で得られた画像の明るさの差から、フラッシュ光
により照明される範囲を知る。

【００５２】フラッシュ光で照明される範囲を知るため
の事前撮影で得られる画像の例を図１３に示す。図１３
において、（ａ）はフラッシュ発光を伴わない撮影で得
られる画像、（ｂ）はフラッシュ発光を伴う撮影で得ら
れる画像である。Ｏｂｊは主たる撮影対象であり、これ
のみがフラッシュ光で照明される。図１３の例で実際に
フラッシュ光を発して撮影するときの優先的に第２の駆
動信号Ｓ２を与える範囲Ｐを図１４に示し、第１の駆動
信号Ｓ１および第２の駆動信号Ｓ２を与える画素の順序
を図１５に示す。また、画素の位置と光電変換時期の関
係を図１６に模式的に示す。

【００５３】デジタルカメラ３における画素の駆動の制
御処理の流れを図１７に示す。まず、フラッシュ発光を
伴わない事前撮影とフラッシュ発光伴う事前撮影を行う
（ステップ＃３０５、＃３１０）。次いで、フラッシュ
光で照明される撮影対象の範囲を含む撮像素子１２の範
囲を設定する（＃３１５）。また、ステップ＃３０５で
のフラッシュ発光を伴わない撮影で得た画像に基づい
て、光電変換時間を定め（＃３２０）、撮影レンズ１１
の絞りを適当な開口径に設定する（＃３２５）。光電変
換時間は、ステップ＃３１５で設定した範囲内の全ての
画素について、重なり合う時期が存在するように定め
る。

【００５４】絞りの設定後、第１の駆動信号Ｓ１を画素
に与えることを開始する（＃３３０）。そして、少時待
機し（＃３３５）、ステップ＃３１５設定した範囲内の
全ての画素が光電変換を行っている状態になった時点
で、フラッシュ光を発する（＃３４０）。その後、必要
に応じて少時待機し（＃３４５）、第１の駆動信号Ｓ１
を最初に与えた画素の光電変換時間が経過した時点で、
第２の駆動信号Ｓ２を与えることを開始する（＃３５
０）。

【００５５】デジタルカメラ３では、フラッシュ光を発
しない通常の撮影においても、主たる撮影対象に略対応
する範囲内の画素に優先的に第１、第２の駆動信号Ｓ
１、Ｓ２を与えて、それらの画素間の光電変換時期の差
を小さくし、撮影対象の動きによるぶれを防止する。こ
の場合の画素の駆動の制御処理の流れを図１８に示す。

【００５６】まず、撮影対象の各部までの距離と各部の
輝度を測定し（ステップ＃４０５、＃４１０）、測定結
果から主たる撮影対象と背景を判別する（＃４１５）。
次いで、主たる撮影対象を含む撮像素子１２の範囲を設
定し（＃４２０）、第１の駆動信号Ｓ１を与えることを
開始する（＃４２５）。第１の駆動信号Ｓ１は、例えば
図１５に示した順序で画素に与える。そして、最初に第
１の駆動信号Ｓ１を与えてから光電変換時間が経過する
のを待って（＃４３０）、第２の駆動信号Ｓ２を与える
ことを開始する（＃４３５）。第２の駆動信号Ｓ２は第
１の駆動信号Ｓ１と同じ順序で画素に与える。

【００５７】第４の実施形態のデジタルカメラ４につい
て説明する。本実施形態のデジタルカメラ４は、第２の
実施形態のデジタルカメラ２の撮像素子１２を上下に２
等分、左右に２等分して４つの区画に区分けし、信号処
理部１３のうち画素の出力信号をデジタル信号に変換す
る部分までを、４つの区画に対応して４つ備えたもので
ある。第２の駆動信号Ｓ２は、撮像素子１２の中央に近
い画素から周辺部の画素に向かって順に与える。

【００５８】第２の駆動信号Ｓ２を与える画素の順序を
図１９に示す。まず撮像素子１２の中心（０,０）の画
素に与え、次いで（０,±１）の２画素に与え、さらに
（±１,０）の２画素に与える。その後、（０,±２）の
２画素、（±１，±１）の４画素、（±２,０）の２画
素、（０,±３）の２画素、（±１，±２）の４画素、
（±２，±１）の４画素、（±３,０）の２画素という
ように、ｙ＝±ｘ±ｋの直線に沿って、ｋを大きくしな
がら与えていく。このとき、ｘ座標の絶対値およびｙ座
標の絶対値の等しい画素には、第２の駆動信号Ｓ２を同
時に与える。各区画から同時に信号が出力されるが、信
号処理部１３が並行処理をし得る構成であるため問題は
なく、むしろ撮像素子１２からの信号出力を速やかに行
うことができる。また、隣り合う区画の境界上の画素の
信号出力の時期が一致するため、画像が不連続になるこ
ともない。

【００５９】画素の位置と光電変換期間の関係を図２０
に模式的に示す。図２０において、（ａ）は光電変換時
間を長くするとき、（ｂ）は光電変換時間を短くすると
きのものである。なお、Ｋは撮像素子１２の四隅の画素
に対応するｋの値である。第１の駆動信号Ｓ１は、光電
変換時間を長くするときは全ての画素に同時に与え、光
電変換時間を短くするときは、第２の駆動信号Ｓ２と同
じ順序で与える。また、前述のように、撮像素子１２上
での照度分布を考慮して、中心Ｏから遠い（ｋの大き
い）画素ほど、光電変換時間を長くする。

【００６０】デジタルカメラ４においても、第２の実施
形態のデジタルカメラ２と同様に、信号処理部１３での
信号強度の補正は不要であり、したがって、全ての画素
のダイナミックレンジ全体を利用することができて、精
細な階調の画像を得ることが可能である。しかも、撮像
素子１２からの信号出力に要する時間が１／４程度にな
って、画素間の光電変換時期の差が小さくなるから、得
られる画像に歪みやぶれの少ない実質的に高い電子シャ
ッター速度が実現される。また、撮影した画像から撮影
レンズ１１の焦点調節や撮像素子１２の光電変換時間の
調節をするための情報を速やかに得ることも可能にな
る。

【００６１】使用者は、多くの場合、主たる撮影対象が
撮影対象全体の中央付近に位置する構図を選択する。し
たがって、撮像素子１２の中央部の画素から順に信号を
出力するデジタルカメラ４では、使用者が特殊な構図を
選択する場合を除き、主たる撮影対象に対する光電変換
時期の差が小さくなることになり、画像の歪みやぶれを
一層抑えることができる。

【００６２】なお、本発明の特徴を判り易くするため
に、上記の各実施形態ではそれぞれ異なる構成のデジタ
ルカメラとしているが、各実施形態の制御は組み合わせ
ることも可能である。例えば、照明光の色特性に応じて
光電変換時間を定める第１の実施形態の制御と、撮像素
子上での照度分布に応じて光電変換時間を定める第２、
第４の実施形態の制御とを組み合わせてもよいし、第１
の実施形態の制御もしくは第２の実施形態の制御または
これら両方と、信号を出力する画素を優先的に定める第
３の実施形態の制御とを組み合わせてもよい。このよう
な柔軟な制御が可能になるのは、撮像素子１２の画素に
第１の駆動信号Ｓ１および第２の駆動信号Ｓ２を与える
時期を、画素ごとに可変としたことによる。

【００６３】

【発明の効果】信号の出力を指示する第２の駆動信号を
与える画素の順序が画素の２次元の配列の順序と異なる
本発明の撮像装置では、光電変換時期の差を特定の画素
間で小さくすることが可能であり、撮影対象全体のうち
それらの画素に対応する部分の撮影時期を揃えることが
容易になる。

【００６４】結像光学系の焦点が合っている撮影対象の
範囲に略対応する範囲内に位置する画素に、その範囲外
に位置する画素よりも先に、第２の駆動信号を与えるよ
うにすると、使用者が焦点を合わせた主たる撮影対象が
動いているときでも、ぶれや歪みが生じ難い。

【００６５】蓄積電荷の消去を指示する第１の駆動信号
を与えてから第２の駆動信号を与えるまでの間にフラッ
シュ光を発するときに、フラッシュ光で照明される撮影
対象の範囲に略対応する範囲内に位置する画素に、その
範囲外に位置する画素よりも先に、第２の駆動信号を与
えるようにすると、光電変換時間を短くしても、撮影対
象全体のうちフラッシュ光で照明されるべき範囲をその
光電変換時間内に確実に照明することができる。したが
って、手ぶれが発生し難くなる。

【００６６】撮像素子の中央部に位置する画素に、周辺
部に位置する画素よりも先に、第２の駆動信号を与える
ようにすると、主たる撮影対象が動いているときでも、
ぶれや歪みの発生を抑え易くなる。また、撮影した画像
に基づいて結像光学系の焦点調節や撮像素子の画素の光
電変換時間の調節を行う場合は、より重要な情報を担う
中央部の信号を速やかに得ることができて、調節を迅速
に行うことが可能になる。

【００６７】蓄積電荷の消去を指示する第１の駆動信号
を与えてから信号の出力を指示する第２の駆動信号を与
えるまでの時間が、画素間で異なる本発明の撮像装置で
は、光電変換時間が画素によって相違し、これを画像の
明るさや色合いに反映させることができる。

【００６８】第１の駆動信号を与えてから第２の駆動信
号を与えるまでの時間を、結像光学系の状態に基づく各
画素の照度に応じて定めると、結像光学系の状態に依存
する照度の不均一さを補正することができて、画素の出
力信号の強度を後に補正する必要がなくなる。

【００６９】撮像素子の画素に光電変換をする光の波長
が異なる複数の種類が含まれている構成で、第１の駆動
信号を与えてから第２の駆動信号を与えるまでの時間
を、各画素の種類に応じて定めると、画素の信号を処理
する際にホワイトバランスの調整をする必要がなくな
る。また、全ての画素のダイナミックレンジが一様にな
り、階調豊かなカラー画像を得ることができる。

【００７０】さらに、第１の駆動信号を与えてから第２
の駆動信号を与えるまでの時間を、撮影対象を照明する
光の色特性に応じて定めるようにすると、照明光の色特
性にかかわらず、適正なホワイトバランスの画像を得る
ことができる。

【００７１】蓄積電荷の消去を指示する第１の駆動信号
を与える時期と信号の出力を指示する第２の駆動信号を
与える時期が、画素ごとに可変である本発明の撮像装置
では、画素の駆動制御を柔軟に行うことが可能になり、
画素の駆動の制御方法を任意に設定し変更することがで
きる。例えば、各々特徴を有する上記の全ての撮像装置
を単一の撮像装置で実現することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施形態のデジタルカメラの構成を模
式的に示すブロック図。

【図２】第１の実施形態のデジタルカメラにおける撮
像素子の３種類の画素の配置を示す図。

【図３】第１の実施形態のデジタルカメラにおける画
素の位置と光電変換時期の関係の例を示す図。

【図４】第１の実施形態のデジタルカメラにおける画
素の駆動の制御処理の流れを示すフローチャート。

【図５】第２の実施形態のデジタルカメラの構成を模
式的に示すブロック図。

【図６】第２の実施形態のデジタルカメラにおける画
素の位置と光電変換時期の関係の例を示す図。

【図７】第２の実施形態のデジタルカメラにおける画
素の駆動の制御処理の流れを示すフローチャート。

【図８】第２の実施形態のデジタルカメラにおける各
画素の光電変換時間の例を模式的に示す図。

【図９】第２の実施形態のデジタルカメラにおける各
画素の光電変換時間の他の例を模式的に示す図。

【図１０】第２の実施形態のデジタルカメラにおける
画素の位置と光電変換時期の関係の他の例を示す図。

【図１１】第２の実施形態のデジタルカメラにおける
各画素の光電変換時間の他の例を模式的に示す図。

【図１２】第３の実施形態のデジタルカメラの構成を
模式的に示すブロック図。

【図１３】第３の実施形態のデジタルカメラにおい
て、フラッシュ光で照明される範囲を知るための事前撮
影で得られる画像の例を示す図。

【図１４】第３の実施形態のデジタルカメラにおい
て、フラッシュ光を発して撮影するときの優先的に駆動
信号を与える範囲の例を示す図。

【図１５】第３の実施形態のデジタルカメラにおい
て、フラッシュ光を発して撮影するときの駆動信号を与
える画素の順序の例を示す図。

【図１６】第３の実施形態のデジタルカメラにおい
て、フラッシュ光を発して撮影するときの画素の位置と
光電変換時期の関係の例を模式的に示す図。

【図１７】第３の実施形態のデジタルカメラにおける
フラッシュ発光を伴う撮影での画素の駆動の制御処理の
流れを示すフローチャート。

【図１８】第３の実施形態のデジタルカメラにおける
フラッシュ発光を伴わない撮影での画素の駆動の制御処
理の流れを示すフローチャート。

【図１９】第４の実施形態のデジタルカメラにおける
駆動信号を与える画素の順序を示す図。

【図２０】第４の実施形態のデジタルカメラにおける
画素の位置と光電変換時期の関係の例を示す図。

【図２１】撮像素子上の座標系を示す図。

【図２２】従来のデジタルカメラにおける画素の位置
と光電変換時期の関係の例を模式的に示す図。

【図２３】図２２の例における撮像素子の画素の光電
変換時期を模式的に示す図。

【図２４】図２２の例における撮像素子の画素の光電
変換時間を模式的に示す図。

【図２５】従来のデジタルカメラにおける光電変換時
期とフラッシュ光を発する時期の不適切な関係の例を模
式的に示す図。

【図２６】図２５の例における撮像素子の光電変換時
の明るさを模式的に示す図。

【図２７】従来のデジタルカメラにおける光電変換時
期とフラッシュ光を発する時期の適切な関係の例を模式
的に示す図。

【図２８】図２７の例における撮像素子の光電変換時
の明るさを模式的に示す図。

【符号の説明】

１、２、３、４デジタルカメラ１１撮影レンズ１２撮像素子１３信号処理部１４記憶部１５記録部１６駆動部１７レンズ／絞り駆動部１８レンズ情報検知部１９操作部２０制御部２１光源色検出部２２照度分布記憶部２３発光部

フロントページの続きＦターム(参考） 2H053 CA21 5C022 AA13 AB15 AB17 AC42 AC55 AC69 5C024 BX01 CX51 DX01 DX04 GY31 JX09 JX21 JX36 5C065 AA03 BB39 BB48 CC01 CC08 DD15 EE03 FF05 GG14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光電変換により電荷を生成して蓄積し、
蓄積電荷の量を表す信号を出力する２次元に配列された
画素を有し、蓄積電荷の消去と信号の出力を画素ごとに
個別に行う撮像素子と、撮像素子上に撮影対象からの光
を結像させる結像光学系を備え、撮像素子を露光してい
る間に蓄積電荷の消去を指示する第１の駆動信号と信号
の出力を指示する第２の駆動信号を撮像素子の画素に与
えて、撮像素子の画素が出力した信号から画像データを
生成することにより画像を撮影する撮像装置において、第２の駆動信号を与える画素の順序が画素の２次元の配
列の順序と異なることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】結像光学系の焦点が合っている撮影対象
の範囲に略対応する範囲内に位置する画素に、その範囲
外に位置する画素よりも先に、第２の駆動信号を与える
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】第１の駆動信号を与えてから第２の駆動
信号を与えるまでの間にフラッシュ光を発するときに、
フラッシュ光で照明される撮影対象の範囲に略対応する
範囲内に位置する画素に、その範囲外に位置する画素よ
りも先に、第２の駆動信号を与えることを特徴とする請
求項１に記載の撮像装置。
【請求項４】撮像素子の中央部に位置する画素に、周
辺部に位置する画素よりも先に、第２の駆動信号を与え
ることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項５】光電変換により電荷を生成して蓄積し、
蓄積電荷の量を表す信号を出力する２次元に配列された
画素を有し、蓄積電荷の消去と信号の出力を画素ごとに
個別に行う撮像素子と、撮像素子上に撮影対象からの光
を結像させる結像光学系を備え、撮像素子を露光してい
る間に蓄積電荷の消去を指示する第１の駆動信号と信号
の出力を指示する第２の駆動信号を撮像素子の画素に与
えて、撮像素子の画素が出力した信号から画像データを
生成することにより画像を撮影する撮像装置において、第１の駆動信号を与えてから第２の駆動信号を与えるま
での時間が、画素間で異なることを特徴とする撮像装
置。
【請求項６】第１の駆動信号を与えてから第２の駆動
信号を与えるまでの時間を、結像光学系の状態に基づく
各画素の照度に応じて定めることを特徴とする請求項５
に記載の撮像装置。
【請求項７】撮像素子の画素に光電変換をする光の波
長が異なる複数の種類が含まれており、第１の駆動信号
を与えてから第２の駆動信号を与えるまでの時間を、各
画素の種類に応じて定めることを特徴とする請求項５に
記載の撮像装置。
【請求項８】第１の駆動信号を与えてから第２の駆動
信号を与えるまでの時間を、撮影対象を照明する光の色
特性に応じて定めることを特徴とする請求項７に記載の
撮像装置。
【請求項９】光電変換により電荷を生成して蓄積し、
蓄積電荷の量を表す信号を出力する２次元に配列された
画素を有し、蓄積電荷の消去と信号の出力を画素ごとに
個別に行う撮像素子と、撮像素子上に撮影対象からの光
を結像させる結像光学系を備え、撮像素子を露光してい
る間に蓄積電荷の消去を指示する第１の駆動信号と信号
の出力を指示する第２の駆動信号を撮像素子の画素に与
えて、撮像素子の画素が出力した信号から画像データを
生成することにより画像を撮影する撮像装置において、第１の駆動信号を与える時期と第２の駆動信号を与える
時期が、画素ごとに可変であることを特徴とする撮像装
置。