JP5003348B2 - 電子カメラ - Google Patents

Description

本発明は、電子カメラに関する。

ＣＣＤイメージセンサにおいて高輝度で入射光量が多い画素に隣接する部位で電荷が発生し、この電荷発生部位を転送される電荷に対して当該電荷発生部位で発生した電荷が積算される現象、いわゆるスミアが知られている。スミアは画質劣化の要因となるため、画質劣化を軽減するための補正処理が行われる（特許文献１参照）。

一方、カメラの入射光量を制限する手段として、開口絞りやＮＤフィルタを用いる技術が知られている（特許文献２参照）。ビデオカメラのようなオートアイリスを具備せず、ＮＤフィルタを具備するカメラで撮影する場合、以下のように撮影時の露出制御が行われる。すなわち、開放絞り（ＮＤフィルタ非使用）で制御露出を演算し、被写体の輝度が高く、シャッタ速度が高輝度側の制御限界に達する場合には小径絞り（ＮＤフィルタ使用）へ切換える。

特開平６−２６８９２２号公報 特開２００３−１１４４６１号公報

スミアの発生状態は、イメージセンサから画素加算した信号を出力させる場合や、上記のような絞り制御を行う場合にはそれぞれ異なる。従来技術では、このようなスミア発生状態に応じた補正に対応できないという問題があった。

請求項１に記載の発明による電子カメラは、画素列ごとの電荷を転送する電荷転送部を有する撮像素子と、電荷転送部から出力される電荷信号を、補正係数を用いて補正する補正手段と、撮像素子へ導かれる被写体光に対する減光または非減光を切換える減光手段と、撮影開始を指示する第１信号、および撮影開始の指示前の第２信号をそれぞれ発する操作部材と、第２信号が発せられる前と後、および減光時と非減光時で、補正係数を異ならせるように補正手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。
請求項３に記載の発明による電子カメラは、画素列ごとの電荷を転送する電荷転送部を有する撮像素子と、電荷転送部から出力される電荷信号を、補正係数を用いて補正する補正手段と、撮影開始を指示する第１信号、および撮影開始の指示前の第２信号をそれぞれ発する操作部材と、撮像素子へタイミング信号を供給するとともに、第２信号が発せられる前に供給するタイミング信号の周波数を第２信号が発せられた後に供給するタイミング信号の周波数より低くする信号供給手段と、信号供給手段が供給するタイミング信号の周波数に応じて補正係数を異ならせるように補正手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とする。

本発明による電子カメラでは、スミア発生状態に応じた補正を行うことができる。

以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。図１は、本発明の一実施の形態による電子カメラ１の要部構成を説明するブロック図である。電子カメラ１は、メインＣＰＵ１１によって制御される。

撮影レンズ２１は、撮像素子２２の撮像面上に被写体像を結像させる。撮像素子２２は画素列ごとの電荷転送部を有するＣＣＤイメージセンサなどで構成され、撮像面上の被写体像を撮像し、撮像信号を撮像回路２３へ出力する。撮像素子２２は、静止画像の単写撮像、静止画像の連写撮像、および動画像の撮像がそれぞれ可能である。

ＮＤ(Neutral Density)フィルタ２０は、透過光を所定量（たとえば、アペックス値で２段相当）減衰させる減光部材である。ＮＤフィルタ２０は、駆動機構１９によって撮影レンズ２１の光軸と直交する向きに進退駆動される。ＮＤフィルタ２０が駆動されて被写体光の光路上へ挿入された場合、撮像素子２２へ入射される光量がＮＤフィルタ２０で制限される。一方、ＮＤフィルタ２０が駆動されて被写体光の光路外へ退避された場合、撮像素子２２へ入射される光量は制限されない。駆動機構１９は、メインＣＰＵ１１からの指示に応じてＮＤフィルタ２０に対する進退駆動を行う。

撮像回路２３は、メインＣＰＵ１１からの感度変更指示に応じて撮像感度（露光感度）を所定範囲（たとえばＩＳＯ１００相当〜ＩＳＯ８００相当）内において所定ステップで変更する。撮像感度は、撮像素子２２に蓄積された電荷の検出感度、もしくは不図示の増幅回路の増幅利得を変化させる被制御量のことをいう。撮像感度値は、相当するＩＳＯ感度値で表される。撮影回路２３はさらに、メインＣＰＵ１１からの撮影指示に応じて、内蔵されるＡ／Ｄ変換回路を用いてアナログ撮像信号をディジタルデータに変換する。

ドライバ２４は、メインＣＰＵ１１から送出される指示に応じてクロック信号を発生する。ドライバ２４はさらに、撮像素子２２に電荷を蓄積させ、蓄積電荷を掃き出させるための駆動信号を上記クロック信号を用いて生成し、生成した駆動信号を撮像素子２２へ供給する。クロック信号はノーマルクロックとダウンクロックとが切換自在に構成されており、撮像素子２２へ供給する駆動信号の周波数を異ならせることができる。

ＡＦ装置１８は、メインＣＰＵ１１からの指示に応じて撮影レンズ２１のフォーカス調節状態を検出し、検出結果に応じて撮影レンズ２１を構成する不図示のフォーカスレンズを光軸方向に進退駆動する。

メインＣＰＵ１１は、各ブロックから出力される信号を入力して所定の演算を行い、演算結果に基づく制御信号を各ブロックへ出力する。画像処理回路１２は、たとえばＡＳＩＣとして構成され、撮像回路２３から入力されるディジタル画像信号に対して画像処理を行う。画像処理には、たとえば、輪郭強調や色温度調整（ホワイトバランス調整）処理、画像信号に対するフォーマット変換処理が含まれる。

画像圧縮回路１３は、画像処理回路１２による処理後の画像信号に対して、JPEG方式で所定の圧縮比率の画像圧縮処理を行う。表示画像作成回路１５は、撮像画像を液晶モニタ１６に表示させるための表示データを作成する。

記録媒体３０は、電子カメラ１に対して着脱可能なメモリカードなどで構成される。記録媒体３０には、メインＣＰＵ１１からの指示によって撮影画像のデータおよびその情報を含む画像ファイルが記録される。記録媒体３０に記録された画像ファイルは、メインＣＰＵ１１からの指示によって読み出しが可能である。

バッファメモリ１４は、画像処理前後および画像処理途中のデータを一時的に格納する他、記録媒体３０へ記録する前の画像ファイルを格納したり、記録媒体３０から読み出した画像ファイルを格納したりするために使用される。

操作部材１７は、電子カメラ１の各種ボタンやスイッチ類を含み、レリーズボタンの半押し操作、全押し操作、機能設定スイッチの切換操作など、各操作部材の操作内容に応じた操作信号をメインＣＰＵ１１へ出力する。

＜撮影動作＞
メインＣＰＵ１１は、電子カメラ１が撮影モードに切替えられている場合、液晶モニタ１６にモニタ画像（スルー画とも呼ばれる）を表示させる。具体的には、撮像素子２２にモニタ用の撮像を行わせ、電荷蓄積後に出力される撮像信号を用いて画像処理回路１２に信号処理させ、信号処理後の画像データを表示画像作成回路１５へ出力させる動作を繰り返すことにより、モニタ画像を液晶モニタ１６に逐次表示させる。メインＣＰＵ１１はさらに、撮像信号の信号値から取得した明るさ情報に基づいて露出演算を行い、露出条件、スミア補正係数を決定する。

メインＣＰＵ１１は、レリーズボタン（不図示）の半押し操作を示す操作信号が操作部材１７から入力されると、測光を開始させる。具体的には、撮像素子２２に測光用の撮像を行わせ、電荷蓄積後に出力される撮像信号の信号値から被写界の明るさ情報を取得する。メインＣＰＵ１１はさらに、明るさ情報に基づいて露出演算を行い、露出条件、スミア補正係数を決定する。撮像信号に対して画像処理回路１２に信号処理させ、信号処理後の画像データを表示画像作成回路１５へ出力させることにより、半押し操作後のモニタ画像が液晶モニタ１６に表示される。

レリーズボタンの全押しを示す操作信号が操作部材１７から入力されると、メインＣＰＵ１１は撮影動作を開始させる。具体的には、上記決定した露出条件で撮像素子２２に撮影用の電荷蓄積を行わせる。画像処理回路１２が信号処理を施した画像データを表示画像作成回路１５へ出力すると、撮影画像が液晶モニタ１６に表示される。また、画像圧縮回路１３によって圧縮処理された画像データが記録媒体３０へ記録される。

本実施形態の電子カメラ１はスミア補正に特徴を有するので、この点を中心にさらに説明する。本説明では、カメラの絞り状態を３つに分類する。
［状態１］
モニタ画像を取得する場合の絞り、レリーズボタン（不図示）の半押し操作時の絞り、およびレリーズボタン（不図示）の全押し操作時の絞りを全て小絞り（ＮＤフィルタ２０を挿入）にする状態
［状態２］
モニタ画像を取得する場合の絞りを小絞りにし、レリーズボタン（不図示）の半押し操作時およびレリーズボタン（不図示）の全押し操作時の絞りを開放（ＮＤフィルタ２０を退避）する状態
［状態３］
モニタ画像を取得する場合の絞り、レリーズボタン（不図示）の半押し操作時の絞り、およびレリーズボタン（不図示）の全押し操作時の絞りを全て開放（ＮＤフィルタ２０を退避）する状態

図２は、電子カメラ１の露出制御を例示するプログラム線図である。図２において、縦軸は被写体輝度（被写界の明るさ）を表し、上側ほど高輝度であり、下側ほど低輝度である。横軸は決定されるシャッタ速度を表し、右側ほど高速であり、左側ほど低速である。横軸（上）の目盛はモニタ画像取得時のシャッタ速度を説明する目盛である。横軸（下）の目盛は撮影時（全押し操作時）および半押し操作時のシャッタ速度を説明する目盛である。直線２１は、モニタ画像取得時の制御例を表し、直線２２は撮影時および半押し操作時の制御例を表す。なお、直線２１の破線部分については後述する。

プログラムオートモードに設定されている場合のメインＣＰＵ１１は、被写界の明るさに応じてシャッタ速度、絞り値および感度を自動的に決定する。絞り値は、ＮＤフィルタ２０を光路に対して挿抜することによる２つの値が択一的に選ばれる。シャッタ速度は撮像素子２２の電荷蓄積時間（露光時間）に対応し、撮像素子２２の電荷蓄積時間は、いわゆる電子シャッタ方式で制御される。

＜モニタ画像取得時＞
メインＣＰＵ１１は、明るさがＢ(−４)〜Ｂ３の範囲では、絞り開放状態で適正露出が得られるようにシャッタ速度を演算し、直線２１の破線で示す制御値を得る。破線部分は絞り開放時の制御を表す。ここで、Ｂ(−２)〜Ｂ１の範囲ではシャッタ速度をｔ２に維持し、明るさに応じて撮像感度を変化させる。

メインＣＰＵ１１は、明るさがＢ３より明るい場合は駆動機構１９へ指示を送り、撮像素子２２へ導かれる被写体光の光路上へＮＤフィルタ２０を移動させる。これにより、撮像素子２２に入射される光量は、開放絞り時に比べてアペックス値で２段相当減少する。メインＣＰＵ１１は、明るさがＢ３より明るい場合は上記小絞り状態で適正露出が得られるようにシャッタ速度を演算し、直線２１の実線で示す制御値を得る。

なお、明るさが低下した場合のＢ３〜Ｂ１の範囲では、シャッタ速度をｔ２に維持し、明るさに応じて撮像感度を変化させる。明るさがＢ１より低下した場合、絞りを開放に制御するとともに、開放絞りへ制御するタイミングで撮像感度を２段階低く制御する。

＜半押し操作時、全押し操作時＞
メインＣＰＵ１１は、明るさがＢ(−１)〜Ｂ８の範囲では、絞り開放状態で適正露出が得られるようにシャッタ速度を演算し、直線２２で示す制御値を得る。ここで、Ｂ２〜Ｂ５の範囲ではシャッタ速度をＴ２に維持し、明るさに応じて撮像感度を変化させる。

メインＣＰＵ１１は、明るさがＢ８より明るい場合は駆動機構１９へ指示を送り、小絞りに制御する。これにより、撮像素子２２に入射される光量は、開放絞り時に比べてアペックス値で２段相当減少する。メインＣＰＵ１１は、明るさがＢ８より明るい場合は上記小絞り状態で適正露出が得られるようにシャッタ速度を演算し、直線２２で示す制御値を得る。

図３は、電子カメラ１が撮影モードに切替えられた場合にメインＣＰＵ１１が起動するカメラ処理の流れを説明するフローチャートである。図３のステップＳ１１において、メインＣＰＵ１１はドライバ２４へ指示を送り、ＣＣＤモードをモニタモードに設定してステップＳ１２へ進む。具体的には、液晶モニタ１６の表示解像度に応じた画素数の信号を撮像素子２２が出力するように、撮像素子２２の制御を画素加算を行うモードに切り替える。

ステップＳ１２において、メインＣＰＵ１１はドライバ２４へ指示を送り、撮像素子２２へ供給するクロックレートを下げて（たとえば通常時の信号周波数ｆの半分にする）ステップＳ１３へ進む（クロックダウン）。ステップＳ１３において、メインＣＰＵ１１は、スルー時ＡＥ処理を行ってステップＳ１４へ進む。スルー時ＡＥ処理は、モニタ用の撮像信号値から取得した明るさ情報に基づいて露出を制御するものである。

ステップＳ１４において、メインＣＰＵ１１は画像処理回路１２にスミア補正処理を開始させてステップＳ１５へ進む。具体的には、モニタ用の撮像信号において各画素列の漏れ電荷量ｘを算出する。漏れ電荷量は、撮像素子２２のＯＢ（オプティカルブラック）部からの信号値を用いて取得する。メインＣＰＵ１１は、漏れ電荷量ｘに所定係数（スミア補正係数）ｙを掛け合わせることにより、各画素列ごとの補正量ｚ＝ｘ×ｙを得る。モニタ用の撮像信号値から補正量ｚを減算する処理を画素列ごとに行うと、スミア補正後のモニタ画像信号が得られる。なお、本ステップで所定係数ｙに代入するｙ０はクロックダウン時の開放絞りに適した値であり、あらかじめメインＣＰＵ１１内に保存されている。

ステップＳ１５において、メインＣＰＵ１１は絞り変更閾値か否かを判定する。メインＣＰＵ１１は図２の直線２１に倣い、明るさがＢ３より明るい場合にステップＳ１５を肯定判定してステップＳ１６へ進む。メインＣＰＵ１１は、明るさがＢ３より暗い場合にはステップＳ１５を否定判定してステップＳ１７へ進む。

ステップＳ１６において、メインＣＰＵ１１はスミア補正係数ｙを小絞りに適した値ｙ１にセットしてステップＳ１７へ進む。メインＣＰＵ１１はさらに、駆動機構１９へ指示を送って小絞りに制御する。なお、クロックダウン時の小絞りに適した所定係数ｙ１は、あらかじめメインＣＰＵ１１内に保存されている。

ステップＳ１７において、メインＣＰＵ１１はレリーズボタン（不図示）が半押し操作されたか否かを判定する。メインＣＰＵ１１は、半押し操作を示す信号を操作部材１７から受けた場合、ステップＳ１７を肯定判定してステップＳ１８へ進む。メインＣＰＵ１１は、半押し操作を示す信号を操作部材１７から受けない場合、ステップＳ１７を否定判定してステップＳ１３へ戻る。

ステップＳ１８において、メインＣＰＵ１１はドライバ２４へ指示を送り、撮像素子２２へ供給するクロックレートを上げて（通常時の信号周波数ｆへ戻す）ステップＳ１９へ進む（ノーマルクロック）。ステップＳ１９において、メインＣＰＵ１１はＡＥ処理を行ってステップＳ２０へ進む。このＡＥ処理は、測光用の撮像信号値から取得した明るさ情報に基づいて露出を制御するものである。

ステップＳ２０において、メインＣＰＵ１１は露出演算結果に基づいて、図２の直線２２に倣って絞りを駆動制御し、ステップＳ２１へ進む。ステップＳ２１において、メインＣＰＵ１１はスミア補正係数ｙを絞り状態に適した値（ｙ２またはｙ３）にセットしてステップＳ２２へ進む。なお、ノーマルクロック時の開放絞りに適した所定係数ｙ２、およびノーマルクロック時の小絞りに適した所定係数ｙ３は、それぞれメインＣＰＵ１１内に保存されている。

ステップＳ２２において、メインＣＰＵ１１はＡＦ（自動焦点調節）処理を行わせてステップＳ２３へ進む。ステップＳ２３において、メインＣＰＵ１１は画像処理回路１２にスミア補正処理を開始させてステップＳ２４へ進む。この場合のスミア補正処理は、撮像素子２２が撮影用の画素数の信号を出力する撮影モードに適した補正処理であり、処理手順はステップＳ１４において説明した手順と同様である。

ステップＳ２４において、メインＣＰＵ１１はレリーズボタン（不図示）が全押し操作されたか否かを判定する。メインＣＰＵ１１は、全押し操作を示す信号を操作部材１７から受けた場合、ステップＳ２４を肯定判定してステップＳ２５へ進む。メインＣＰＵ１１は、全押し操作を示す信号を操作部材１７から受けない場合、ステップＳ２４を否定判定してステップＳ２３へ戻る。

ステップＳ２５において、メインＣＰＵ１１はドライバ２４へ指示を送り、ＣＣＤモードを撮影モードに設定してステップＳ２６へ進む。撮影モードは、画素加算を行わない点でモニタモードと相違する。ステップＳ２６において、メインＣＰＵ１１は撮影処理を実行してステップＳ１１へ戻る。

以上説明した実施形態によれば、以下の作用効果が得られる。
（１）クロックレートが低い（クロックダウン）モニタ画像取得時は、クロックレートが高い場合（ノーマルクロック）より低輝度で小絞り状態に制御するようにしたので、撮像素子２２への入射光量が抑えられ、スミアの発生頻度を低減できる。

（２）半押し操作前（すなわちモニタ画像取得時）のステップＳ１４と、半押し操作後のステップＳ２３において、自動的にスミア補正処理を行うようにした。撮影者がスミア補正のための操作を行わなくても自動的に補正処理を行うことにより、使い勝手のよいカメラが得られる。

（３）モニタ画像取得時のスミア補正係数について、クロックダウン時で開放絞り状態に適した値ｙ０と、クロックダウン時で小絞り状態に適した値ｙ１とを使い分けられるようにした。これにより、開放絞り状態と小絞り状態との間で撮像素子２２に対する入射光量がアペックス値で２段異なることに起因して、撮像素子２２の漏れ電荷量とスミア量との関係が異なる場合でも、補正の過不足を抑えた適切なスミア補正を行うことができる。

（４）半押し操作前（すなわちモニタ画像取得時）の補正係数（ｙ０またはｙ１）と、半押し操作後のスミア補正係数（ｙ２またはｙ３）とを使い分けられるようにした。これにより、クロックレートが異なることに起因する撮像素子２２の蓄積時間の違いによって、撮像素子２２の漏れ電荷量とスミア量との関係が異なる場合でも、補正の過不足を抑えた適切なスミア補正を行うことができる。

（５）半押し操作後のスミア補正係数について、ノーマルクロック時で開放絞り状態に適した値ｙ２と、ノーマルクロック時で小絞り状態に適した値ｙ３とを使い分けられるようにした。これにより、開放絞り状態と小絞り状態との間で撮像素子２２に対する入射光量がアペックス値で２段異なることに起因して、撮像素子２２の漏れ電荷量とスミア量との関係が異なる場合でも、補正の過不足を抑えた適切なスミア補正を行うことができる。

（変形例１）
モニタ画像取得時のスミア補正係数について、クロックダウン時で開放絞り状態に適した値ｙ０と、クロックダウン時で小絞り状態に適した値ｙ１とを使い分けられるようにしたが、共通の補正係数を用いるようにしてもよい。

（変形例２）
半押し操作後のスミア補正係数について、ノーマルクロック時で開放絞り状態に適した値ｙ２と、ノーマルクロック時で小絞り状態に適した値ｙ３とを使い分けられるようにしたが、共通の補正係数を用いるようにしてもよい。

なお、以上の説明ではカメラの入射光量を制限する手段としてＮＤフィルタ２０を用いる例を説明したが、ターレット絞りや虹彩絞りを用いる構成でも構わない。

本発明の一実施の形態による電子カメラの要部構成を説明するブロック図である。 電子カメラの露出制御を例示するプログラム線図である。 メインＣＰＵが起動するカメラ処理の流れを説明するフローチャートである。

符号の説明

１…電子カメラ
１１…メインＣＰＵ
１２…画像処理回路
１７…操作部材
２０…ＮＤフィルタ
２２…撮像素子
２４…ドライバ

Claims (5)

1. 画素列ごとの電荷を転送する電荷転送部を有する撮像素子と、
   前記電荷転送部から出力される電荷信号を、補正係数を用いて補正する補正手段と、
   前記撮像素子へ導かれる被写体光に対する減光または非減光を切換える減光手段と、
   撮影開始を指示する第１信号、および前記撮影開始の指示前の第２信号をそれぞれ発する操作部材と、
   前記第２信号が発せられる前と後、および前記減光時と前記非減光時で、前記補正係数を異ならせるように前記補正手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とする電子カメラ。
2. 請求項１に記載の電子カメラにおいて、
   前記補正手段は、前記第１信号が発せられる前に前記補正を行うことを特徴とする電子カメラ。
3. 画素列ごとの電荷を転送する電荷転送部を有する撮像素子と、
   前記電荷転送部から出力される電荷信号を、補正係数を用いて補正する補正手段と、
   撮影開始を指示する第１信号、および前記撮影開始の指示前の第２信号をそれぞれ発する操作部材と、
   前記撮像素子へタイミング信号を供給するとともに、前記第２信号が発せられる前に供給する前記タイミング信号の周波数を前記第２信号が発せられた後に供給する前記タイミング信号の周波数より低くする信号供給手段と、
   前記信号供給手段が供給する前記タイミング信号の周波数に応じて前記補正係数を異ならせるように前記補正手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とする電子カメラ。
4. 請求項３に記載の電子カメラにおいて、
   前記撮像素子へ導かれる被写体光に対する減光または非減光を切換える減光手段をさらに備え、
   前記制御手段は、前記減光時と前記非減光時とで前記補正係数を異ならせるように前記補正手段を制御することを特徴とする電子カメラ。
5. 請求項４に記載の電子カメラにおいて、
   前記減光手段は、前記信号供給手段が供給する前記タイミング信号の周波数が低い場合に前記非減光から前記減光へ切換える明るさの閾値を、前記信号供給手段が供給する前記タイミング信号の周波数が高い場合に前記非減光から前記減光へ切換える明るさの閾値より低くするように制御されることを特徴とする電子カメラ。

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