JP2005117250A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スミアの発生を抑制するといった観点から、電子シャッタ機能による露光制御とメカシャッタによる露光制御とを適正に選択することができる露出制御技術を提供する。
【解決手段】露出制御モードがスミア無し優先モードに設定されると、まず、メカシャッタを用いた第１の露出制御および電子シャッタ機能を用いた第２の露出制御のうち露出値ＥＶに応じた一方の露出制御を選択的に行うような露出制御に対応するプログラム線図が設定される。しかし、スミアが発生し得る状態を検出した場合であって、既に設定されたプログラム線図に基づいて第２の露出制御を行うような露出制御値が算出されている場合には、露出制御用のプログラム線図が、第１の露出制御専用のプログラム線図に変更される。そして、露出制御値が再度算出・設定される。
【選択図】図７

Description

本発明は、撮像装置における露出制御技術に関する。

近年、デジタルカメラ本体の小型化が進んでおり、デジタルカメラに用いられるＣＣＤ撮像素子（以下、「ＣＣＤ」と略称する）は、小型化、高画素数化される傾向にある。特にプログレッシブタイプのＣＣＤでは、垂直転送ＣＣＤの遮光膜が極めて微細となるため、垂直転送ＣＣＤの遮光が不十分となり、電子シャッタ機能によって露光を終了しても、垂直転送ＣＣＤに不要な電荷が流れ込み、いわゆるスミアの発生を招く。

このようなスミアの発生を防止するために、メカニカルシャッタ（以下、「メカシャッタ」と略称する）による遮光が必要となる。しかし、メカシャッタでは、開閉にある程度の動作時間を要するため、メカシャッタのみでは高速のシャッタ速度を実現することができない。そこで、メカシャッタと電子シャッタ機能とを併用し、シャッタ速度が高速の場合には電子シャッタ機能を用い、シャッタ速度が低速の場合にはメカシャッタを用い、シャッタ速度が高速と低速の中間の場合には電子シャッタ機能とメカシャッタのいずれかを選択的に用いて露光時間を制御するデジタルカメラが提案されている（例えば、特許文献１）。

このような技術に関する先行技術文献としては、以下のようなものがある。

特開平２００２−１７６５８８号公報

上記背景技術において提案されている技術では、シャッタ速度が高速と低速の中間の場合には、操作性等を考慮して、電子シャッタ機能による露光制御と、メカシャッタによる露光制御とを選択的に行うが、スミアの発生を抑制するといった観点から、電子シャッタ機能による露光制御と、メカシャッタによる露光制御とを選択的に行う点については、考慮されていない。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、スミアの発生を抑制するといった観点から、電子シャッタ機能による露光制御とメカシャッタによる露光制御とを適正に選択することができる露出制御技術を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、請求項１の発明は、被写体からの光路の遮断および開放によって露光時間を制御するメカシャッタと、撮像素子の電気的な状態の制御によって露光時間を制御する電子シャッタ機能とを用いて露出制御を行う撮像装置であって、前記被写体に係る光学像に基づいて画像を取得する画像取得手段と、前記被写体に係る光学像に基づいて、前記画像取得手段によって取得される記録用の撮影画像にスミアが発生し得るスミア発生可能状態を検出する検出手段と、前記検出手段によって前記スミア発生可能状態が検出された場合には、前記メカシャッタを強制的に用いた第１の露出制御を行う制御手段とを備えることを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の撮像装置であって、ユーザーの操作に基づいて撮影準備動作の開始を指示する指示手段を備え、前記検出手段が、前記画像取得手段によって前記撮影画像を取得する本撮影前に、前記指示手段による前記撮影準備動作の開始の指示に応答して、前記画像取得手段によって取得される画像においてスミアが発生している状態を前記スミア発生可能状態として検出することを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の撮像装置であって、前記検出手段が、前記画像取得手段によって取得される画像において、所定値以上の画素値を有する高輝度画素が所定の配置状況にある状態を、前記スミア発生可能状態として検出することを特徴とする。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の撮像装置であって、前記検出手段が、前記被写体が所定輝度以上の部分を含んでいる状態を前記スミア発生可能状態として検出することを特徴とする。

また、請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載の撮像装置であって、前記撮像素子が、プログレッシブタイプのＣＣＤであることを特徴とする。

また、請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項５のいずれかに記載の撮像装置であって、前記制御手段が、前記検出手段によって前記スミア発生可能状態が検出されなかった場合には、前記電子シャッタ機能を用いた第２の露出制御を行うことを特徴とする。

なお、本明細書では、同義である「露光時間が短い」と「シャッタ速度が速い（高速）」とを、また、「露光時間が長い」と「シャッタ速度が遅い（低速）」とを、夫々適宜使い分ける。また、シャッタ速度を時間的な定量値として表す文言として「シャッタ速度値」を用いる。即ち、シャッタ速度値が大である、とは露光時間が長い（シャッタ速度が遅い）ことを意味し、シャッタ速度値が小である、とは露光時間が短い（シャッタ速度が速い）ことを意味する。

請求項１に記載の発明によれば、スミアが発生し得る状態を検出した場合には、メカシャッタを強制的に用いた露出制御を行うため、スミアの発生を抑制することができる。したがって、スミアの発生を抑制するといった観点から、電子シャッタ機能による露光制御とメカシャッタによる露光制御とを適正に選択することができる。

また、請求項２に記載の発明によれば、記録用の撮影画像を取得する本撮影前に、ユーザーの操作に基づいた撮影準備動作の開始の指示に応答して、本撮影前に取得される画像においてスミアが発生している状態をスミアが発生し得る状態として検出するため、本撮影前に記録用の撮影画像にスミアが発生し得る状態にあるか否かを認識することができる。

また、請求項３に記載の発明によれば、被写体に係る画像において高輝度画素が所定の配置状況にある状態を、スミアが発生し得る状態として検出するため、簡単にスミアが発生し得る状態にあるか否かを認識することができる。

また、請求項４に記載の発明によれば、被写体中に非常に明るい部分が含まれる状態をスミアが発生し得る状態として検出するため、被写体中に太陽等スミアを発生させるような光源が存在しているか否かを検出することで、簡単にスミアが発生し得る状態にあるか否かを認識することができる。

また、請求項５に記載の発明によれば、プログレッシブタイプのＣＣＤを撮像素子として使用するため、メカシャッタを用いた高速のシャッタ速度による撮影によって、撮像素子の全画素に基づく高画質の撮影画像を取得することができる。

また、請求項６に記載の発明によれば、スミアが発生し得る状態を検出しなかった場合には、電子シャッタ機能を用いた露出制御を行うため、高精度な露出制御を実施することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

＜１．撮像装置の要部構成＞
図１は、本発明の実施形態に係る撮像装置１の要部構成を示す図である。ここで、図１(ａ)〜(ｃ)は、それぞれ撮像装置１の正面図、背面図および上面図に相当している。

撮像装置１は、デジタルカメラとして構成されており、その前面に撮影レンズ１０を備えている。

また、撮像装置１は、その上面に撮影モード切替スイッチ１２、シャッタボタン１３、および露出制御モード切替スイッチ１４が設けられている。

撮影モード切替スイッチ１２は、被写体を撮像して記録する撮影モード（ＲＥＣモード）と、メモリカード９(図２参照)に記録された画像を再生する再生モード（ＰＬＡＹモード）とを選択的に切り替えるためのスイッチである。

露出制御モード切替スイッチ１４は、絞り値の設定を優先させる露出制御モード（絞り優先モード）、シャッタ速度の設定を優先させる露出制御モード（シャッタ速度優先モード）、スミアの発生を抑制する露出制御モード（スミア無し優先モード）、ユーザーがシャッタ速度や絞り値等を任意に設定する露出制御モード（マニュアルモード）、および予め決められたプログラムにしたがって露出制御を行う露出制御モード（プログラムモード）等の各種露出制御モードを選択・設定するためのスイッチである。

シャッタボタン１３は、半押し状態(Ｓ１オン状態)と、更に押し込まれた全押し状態(Ｓ２オン状態)とを検出可能な２段階スイッチになっている。上記の撮影モードにおいてシャッタボタン１３が半押しされると、フォーカス／ズームモータドライバ４７(図２参照)が駆動されて、合焦位置に撮影レンズ１０を移動させるオートフォーカス（ＡＦ）動作が行われる。また、Ｓ１オン状態となると、後述する自動露出制御（ＡＥ）およびホワイトバランス（ＷＢ）補正動作が開始される。

一方、撮影モードにおいてシャッタボタン１３が全押しされると、本撮影動作（つまり記録用の撮影動作）が行われる。なお、本撮影動作では、露出制御モード切替スイッチ１４によって設定された露出制御モードに応じた露出制御が行われる。よって、シャッタボタン１３が、ユーザーの押下操作に基づいて、本撮影のための準備動作（以下、「撮影準備動作」と称する）に含まれるＡＦ動作、ＡＥ、およびＷＢ補正動作の開始を指示する。

撮像装置１の背面には、撮影された画像等を表示するＬＣＤ(Liquid Crystal Display)モニタ４２と、光学ファインダー４３と、コマ送り・ズームスイッチ１５とが設けられている。

コマ送り・ズームスイッチ１５は、４つのボタンで構成され、再生モードにおける記録画像のコマ送りや、撮影時のズーミングを指示するためのスイッチである。また、コマ送り・ズームスイッチ１５は、撮影モードに設定されている場合であって、露出制御モードが絞り優先モードやシャッタ速度優先モード等に設定されている場合には、優先させたい絞り値やシャッタ速度を切替・設定可能なスイッチとしても機能する。

＜２．撮像装置の機能構成＞
図２は、撮像装置１の機能構成を示すブロック図である。

撮像装置１は、撮像センサ１６と、撮像センサ１６にデータ伝送可能に接続する信号処理部２と、信号処理部２に接続する画像処理部３と、画像処理部３に接続するカメラ制御部４０とを備えている。

撮像センサ１６は、Ｒ(赤)、Ｇ(緑)、Ｂ(青)の原色透過フィルターが市松状に配列された単板の画素配列を有するエリアセンサ(ＣＣＤ撮像素子)として構成されている。また、撮像センサ１６は、全画素読み出しタイプ（プログレッシブタイプ）のＣＣＤ撮像素子（以下、「ＣＣＤ」と略称する）となっており、ＣＣＤの電気的な状態を制御することによって露光時間を制御する電子シャッタ機能を有している。

この撮像センサ１６では、被写体からの光を信号電荷に変換して蓄積し、センサーゲートパルスに応答して、この信号電荷を撮像センサ１６内の垂直電荷転送路（垂直転送ＣＣＤ）にシフトして、垂直転送ＣＣＤ（Ｖ−ＣＣＤ）および水平電荷転送路（水平転送ＣＣＤ）によって転送し、バッファを介して読み出し、出力される。

この撮像センサ１６では、蓄積される信号電荷をｎ基板に排出する駆動（以下、「オーバーフロードレイン駆動」と称する）と、センサーゲートパルスに応答したＶ−ＣＣＤへの信号電荷のシフトにより、電子シャッタ機能による露光制御が実現される。なお、信号電荷をｎ基板に排出するためのパルスを「電子シャッタクリアパルス」と以下称する。

また、撮像センサ１６では、Ｖ−ＣＣＤから水平転送ＣＣＤ（Ｈ−ＣＣＤ）への信号電荷の転送速度を３段階に変化させた転送モード（高速転送モード、通常転送モード、低速転送モード）を有している。なお、ここでは、例えば、通常転送モードの転送速度を基準とした場合に、高速転送モードの転送速度が８倍、低速転送モードの転送速度が１／４倍となっている。

また、撮像センサ１６は、本撮影時に、画素配列の全てを対象として、画像信号を読出すモード（以下、「全画素読出しモード」と称する）と、撮影待機状態におけるライブビュー表示時に、全画素配列のうち垂直方向に１／８間引いた画素について画像信号を読出すモード（以下、「モニタリングモード」と称する）とを備えている。

信号処理部２は、ＣＤＳ２１、ＡＧＣ２２、およびＡ／Ｄ変換部２３を有している。

撮像センサ１６で取得されて出力されるアナログ画像信号は、ＣＤＳ２１でサンプリングされノイズが除去された後、増幅手段として働くＡＧＣ２２によりアナログゲインが乗算されて感度補正が行われる。

Ａ／Ｄ変換部２３は、ＡＧＣ２２で正規化されたアナログ信号をデジタル化する。デジタル変換された画像信号は、画像処理部３で所定の画像処理が施されて画像ファイルが生成される。つまり、撮像センサ１６および信号処理部２が、被写体に係る光学像に基づいてデジタル画像信号（画像）を取得する。

画像処理部３は、ＣＰＵおよびメモリを有しており、ＲＡＷ補間部３０、デジタル処理部３Ｐ、および画像圧縮部３５を備えている。また、画像処理部３は、測距演算部３６、ＯＳＤ部３７、ビデオエンコーダ３８、メモリカードドライバ３９、およびスミア検出部５０を備えている。

デジタル処理部３Ｐは、画素補間部３１、解像度変換部３２、ホワイトバランス制御部３３、およびガンマ補正部３４を有している。

画像処理部３に入力された画像データは、撮像センサ１６の読出しに同期し画像メモリ４１に書込まれる。以後は、この画像メモリ４１に格納された画像データにアクセスし、画像処理部３で各種の処理が行われる。

画像メモリ４１内の画像データは、ＲＡＷ補間部３０および画素補間部３１でＲＧＢ各画素をそれぞれのフィルターパターンでマスキングした後、Ｇ画素については、メディアン(中間値)フィルタで周辺４画素の中間２値の平均値に置換する。また、Ｒ画素およびＢ画素に関しては平均補間する。

画素補間された画像データは、ホワイトバランス制御部３３によりＲＧＢ各画素が独立にゲイン補正され、ＲＧＢのホワイトバランス（ＷＢ）補正が行われる。このＷＢ補正は、撮影被写体から本来白色となる部分を輝度や彩度データ等から推測し、その部分のＲ、Ｇ、Ｂそれぞれの平均値とＧ／Ｒ比およびＧ／Ｂ比とを求め、これらの情報に基づいてＲおよびＢに対するゲインを設定することによって実施される。

ホワイトバランス補正された画像データは、ガンマ補正部３４で各出力機器に合った非線形変換、具体的には、ガンマ補正およびオフセット調整が行われ、画像メモリ４１に格納される。

そして、画像メモリ４１に格納されたＹ（Ｇ色の輝度）、Ｒ−Ｙ（Ｒ色の輝度）、Ｂ−Ｙ（Ｂ色の輝度）データは、解像度変換部３２で設定された画素数に水平垂直の縮小または間引きが行われ、画像圧縮部３５で圧縮処理を行った後、メモリカードドライバ３９に装着されるメモリカード９に記録される。この画像記録時には、指定された解像度の撮影画像が記録されるとともに、再生表示用のスクリーンネイル画像(ＶＧＡ)が作成され、上記の撮影画像にリンクさせて記録される。そして、記録再生時には、スクリーンネイル画像をＬＣＤモニタ４２に表示することで高速な画像表示が可能となる。

また、解像度変換部３２では、画像表示についても画素間引きを行って、ＬＣＤモニタ４２に表示するための低解像度画像を作成する。プレビュー時には、画像メモリ４１から読出された６４０×２４０画素の低解像度画像がビデオエンコーダ３８でＮＴＳＣ／ＰＡＬにエンコードされ、これをフィールド画像としてＬＣＤモニタ４２で画像再生が行われる。

測距演算部３６は、シャッタボタン１３が半押し状態(Ｓ１オン状態)になった場合に、コントラスト方式のオートフォーカス（ＡＦ）を行うための評価値演算動作を行う。例えば指定エリアの撮影画像データについて、隣接する各画素に関する差分の絶対値の和である評価値が演算される。そして、この評価値の最も高い撮影レンズ１０のレンズ位置が合焦位置とされる。

ＯＳＤ(オン・スクリーン・ディスプレイ)部３７は、各種の文字、記号およびフレーム等を生成し、表示画像の任意位置に重ねることが可能である。このＯＳＤ部３７により、ＬＣＤモニタ４２には各種の文字、記号およびフレーム等が必要に応じて表示される。

スミア検出部５０は、ライブビュー表示用の画像（ライブビュー画像）におけるスミアの発生状態（以下、「スミア発生状態」と称する）を検出する。ここで、ライブビュー画像でスミアが発生するような撮影条件では、レンズシャッタ４４ａを開放させたままで電子シャッタ機能によって露光時間を制御すると、本撮影による記録用の撮影画像にもスミアが発生する可能性が高いものとみなすことができる。よって、スミア検出部５０は、被写体に係る光学像に基づいたライブビュー画像におけるスミア発生状態を検出することで、スミア発生可能状態を検出することができる。すなわち、スミア検出部５０が、被写体に係る光学像に基づいて、記録用の撮影画像にスミアが発生し得る状態（以下、「スミア発生可能状態」と称する）を検出する。なお、スミア発生可能状態の検出については、後程詳述する。

カメラ制御部４０は、ＣＰＵおよびメモリを備え、上記の撮影モード切替スイッチ１２やシャッタボタン１３や露出制御モード切替スイッチ１４等を有するカメラ操作スイッチ４９に対して撮影者が行う操作入力を処理する。例えば、カメラ制御部４０は、撮影者による撮影モード切替スイッチ１２の操作により、被写体を撮像してその画像データを記録する撮影モードや再生モードへの切り替えを行う。

また、カメラ制御部４０は、露出制御モード切替スイッチ１４の操作により、所望の露出制御を実現するための露出制御モードを設定し、対応する露出制御用のプログラム線図に基づいて、露出制御を行う。なお、露出制御用のプログラム線図は、カメラ制御部４０内の不揮発性のメモリ（不図示）内等に格納される。

撮像装置１では、本撮影前の撮影準備状態において被写体を動画的態様でＬＣＤモニタ４２に表示するプレビュー表示(ライブビュー表示)時には、ズーム制御やフォーカス制御がフォーカス／ズームモータドライバ４７により制御される。

また、撮像装置１は、撮影レンズ１０内に被写体から発せられる光の光路上にその光路の遮断および開放の状態を変更することによってシャッタ速度値（露光時間）を制御するメカシャッタ（ここでは、レンズシャッタ４４ａ）を有している。

また、レンズシャッタ４４ａに隣接した位置に光学絞り（以下、単に「絞り」と称する）４４ｂが設けられる。そして、レンズシャッタ４４ａによって露光時間を制御する場合には、カメラ制御部４０において算出されるシャッタ速度および絞り値に基づいて、絞り４４ｂの開放度合いが制御されるととも、レンズシャッタ４４ａを光路を開放した状態（開状態）から光路を遮断する状態（閉状態）へ駆動させる動作が制御される。なお、絞り４４ｂは、絞り値がＦ２．８からＦ１１まで変更可能となっている。また、ライブビュー表示時には、原則として絞り４４ｂがシャッタ／絞りドライバ４５によって開放（絞り値Ｆ２．８）固定となる。また、撮影レンズ１０は、複数のレンズ群から構成されており、レンズ群の間隔を変更することで、焦点距離が変更可能となるように設定されている。

更に、カメラ制御部４０は、本撮影時にＡＥを行うための露出制御部を有しており、撮像センサ１６で取得したライブビュー画像について多分割測光を行うこと等により、カメラ制御部４０内の露出制御部が露出制御データを算出する。この露出制御データは、被写体の輝度に関する情報であり、例えば、いわゆる被写体の輝度値ＢＶと感度ＳＶの設定に基づいた露出値ＥＶとして算出される。そして、カメラ制御部４０の制御下で、算出された露出制御データ、および設定された各露出制御モードに対応したプログラム線図に基づいて、本撮影時のシャッタ速度に相当する撮像センサ１６の電荷蓄積時間（露光時間）や絞り値やアナログゲイン等の露出制御値が制御される。つまり、カメラ制御部４０内の露出制御部が露出制御を行う。

具体的には、撮像センサ１６における電子シャッタ機能の動作タイミングや、レンズシャッタ４４ａの開放時間によって決定される露光時間や、絞り４４ｂによって調整される絞り値が適正となるように、タイミングジェネレーターセンサドライバー４６やシャッタ／絞りドライバ４５に対するフィードバック制御が行われる。

なお、ライブビュー表示時にも、カメラ制御部４０では順次取得されるライブビュー画像に基づいて露出制御データを算出し、ライブビュー画像が適正なコントラストを保持するように、撮像センサ１６の電荷蓄積時間が適宜変更制御される。

また、スミア無し優先モード（以下、「ＳＦＰモード」と称する）に設定されている場合、カメラ制御部４０は、スミア検出部５０によるスミア発生可能状態の検出に応答して、メカシャッタ（ここでは、レンズシャッタ４４ａ）を強制的に用いて露光時間を制御する露出制御（以下、「第１の露出制御」と称する）を行う。つまり、スミア検出部５０によってスミア発生可能状態が検出された場合には、カメラ制御部４０が、メカシャッタを強制的に用いた第１の露出制御を行う。

一方、スミア検出部５０によってスミア発生可能状態が検出されない場合には、単に、低速側のシャッタ速度域ではメカシャッタを用いた第１の露出制御を行い、高速側のシャッタ速度域では電子シャッタ機能によって露光時間を制御する露出制御（以下、「第２の露出制御」と称する）を行う。なお、ＳＦＰモードに対応するプログラム線図や露出制御動作については、後程詳述する。

＜３．スミア発生の抑制方法＞
撮像装置１では、シャッタ速度が比較的高速である場合には第２の露出制御を行い、シャッタ速度が比較的低速である場合には第１の露出制御を行う。なお、レンズシャッタ４４ａの開閉には、機械的な開閉動作自体に要する時間や、制御信号を受け付けてから駆動が開始するまでのタイムラグの発生や、実動作にある程度の時間を必要とする。そして高速シャッターをメカニカルで実現しようとすると、どうしてもコストアップとなる。よって、露光時間が１／１０００秒よりも短い場合には電子シャッタ機能による第２の露出制御を行い、露光時間が１／１０００秒以上である場合にはレンズシャッタによる第１の露出制御を行う。

ここで、スミアが発生し得るような状態では、メカシャッタによる遮光が有効となるため、メカシャッタを用いて露光時間を制御するのが好ましく、また、スミアが発生しないような状態では、被写体の輝度がある程度高ければ、被写体の動きや手ぶれ等に起因する撮影画像中のぶれやぼけ等の発生を回避するために、電子シャッタ機能を用いて露光時間を短く制御するのが好ましい。

そこで、本実施形態に係る撮像装置１では、スミア発生可能状態の検出結果に応じて、露出制御を変更するＳＦＰモードを有している。

以下、電子シャッタ機能およびレンズシャッタ４４ａによる露出制御タイミングについて撮像センサ１６の駆動を含めて説明し、その後、ＳＦＰモードに対応するプログラム線図、およびＳＦＰモードにおける撮影動作について説明する。

＜３−１．露出制御タイミング＞
図３は、電子シャッタ機能による露出制御時における撮像センサ１６およびレンズシャッタ４４ａの駆動を示すタイミングチャートである。図４は、メカシャッタ（ここでは、レンズシャッタ４４ａ）による露出制御時における撮像センサ１６およびレンズシャッタ４４ａの駆動を示すタイミングチャートである。

図３および図４では、上から垂直同期信号（ＶＤ）、水平同期信号（ＨＤ）、信号電荷蓄積状態、Ｖ−ＣＣＤの転送モード、センサーゲートパルス、レンズシャッタ４４ａの開閉状態、および電子シャッタクリアパルスのタイミングを示している。

まず、電子シャッタ機能による第２の露出制御について説明する。なお、ここでは、電子シャッタ機能によって露出制御を行うため、ライブビュー表示状態から本撮影の終了までレンズシャッタ４４ａは開状態となっている。

図３に示すように、まず、本撮影開始直前のライブビュー用の信号電荷の蓄積が終了され、センサーゲートパルスに応答して蓄積された信号電荷がＶ−ＣＣＤにシフトされる（時刻ｔ１）。このシフトされた信号電荷がＶ−ＣＣＤにおいて通常転送モードで転送され、本撮影時の露光（本露光）前から本露光終了まで、高速転送モードでＶ−ＣＣＤ内の不要な電荷を排出しつつ、電子シャッタクリアパルスによって本露光が開始され（時刻ｔ２）、蓄積される信号電荷が、センサーゲートパルスに応答してＶ−ＣＣＤにシフトされることで本露光が終了する（時刻ｔ３）。そして、センサーゲートパルスに応答して、レンズシャッタ制御信号が発せられ、レンズシャッタ４４ａが若干の駆動遅れによる時間の経過後、開状態から閉状態への駆動を開始し（時刻ｔ４）、閉状態へと至る（時刻ｔ５）。

このように、本露光の露光時間は最後の電子シャッタクリアパルスからセンサーゲートパルスの発生タイミングまでとなり、電子シャッタ機能により、正確にシャッタが切れ、高速のシャッタ速度、すなわち短時間露光が可能となる。しかし、電子シャッタ機能による露出制御では、本露光時や本露光終了後からレンズシャッタ４４ａが閉まるまで、Ｖ−ＣＣＤに不要な電荷が流れ込み、いわゆるスミアの発生を招く。

次に、レンズシャッタ４４ａによる第１の露出制御について説明する。

図４に示すように、レンズシャッタ４４ａが開状態で、電子シャッタクリアパルスによって本露光が開始され（時刻ｔ１０）、信号電荷が蓄積される。そして、予め算出されたシャッタ速度に応じてレンズシャッタ４４ａが開状態から閉状態へと至ることで本露光が終了する（時刻ｔ１１）。そして、高速転送モードで、Ｖ−ＣＣＤ内に発生している不要な電荷を完全に排出した後に、センサーゲートパルスに応答してＶ−ＣＣＤに蓄積された信号電荷をシフトさせ（時刻ｔ１２）、撮像センサ１６から信号電荷が読み出される。

このように、レンズシャッタ４４ａによる露出制御では、レンズシャッタ４４ａを完全に閉状態とした後に、Ｖ−ＣＣＤ内の不要な電荷を完全に排出してから、本露光による信号電荷を読出す。すなわち、カメラ制御部４０が、レンズシャッタ４４ａによる光路の遮断完了後であって、撮像センサ１６に蓄積された信号電荷をＶ−ＣＣＤによって転送する前に、Ｖ−ＣＣＤ内の不要な信号電荷を排除するように制御する。その結果、スミアの発生を抑制・防止して、高画質の撮影画像を得ることができる。しかし、レンズシャッタ４４ａの開閉に要する時間により、レンズシャッタ４４ａによる露出制御では高速のシャッタ速度を実現することができない。

＜３−２．スミア無し優先モード（ＳＦＰモード）に対応するプログラム線図＞
ＳＦＰモードでは、スミアの発生を抑制・防止するために、被写体の輝度値すなわち露出値ＥＶの大小に拘わらず、スミアが発生し得る状態では、レンズシャッタ４４ａを用いる第１の露出制御を行う。つまり、スミア発生可能状態の検出の有無に応じて、適宜露出制御用のプログラム線図が変更される。

ここでは、まず、スミアの発生を抑制するＳＦＰモードに対応する露出制御用のプログラム線図について説明し、プログラム線図の変更についてはさらに後述する。

図５は、ＳＦＰモードに対応するプログラム線図を例示する図である。図５（Ａ）は、スミア発生可能状態が検出されない場合等に用いられるプログラム線図を示し、図５（Ｂ）は、スミア発生可能状態が検出される場合に用いられるプログラム線図を示している。なお、図５に示すプログラム線図では、縦軸が絞り値（Ｆ）を、横軸がシャッタ速度値（ＳＳ）を、斜めの軸が露出値（ＥＶ）を示している。また、図５以降のプログラム線図では、太線がレンズシャッタ４４ａを用いた第１の露出制御に対応したプログラム線図を示しており、太破線が電子シャッタ機能を用いた第２の露出制御に対応したプログラム線図を示している。

例えば、スミア発生可能状態が検出されない場合には、図５（Ａ）に示すように、シャッタ速度値≧１／１０００秒で第１の露出制御を行い、シャッタ速度値＜１／１０００秒で第２の露出制御を行う。具体的には、露出値ＥＶ≦１０では、露出値ＥＶの増加に伴って、絞り値Ｆ２．８に固定したままで単にシャッタ速度値を減少させる第１の露出制御を行う。１０＜露出値ＥＶ≦１６では、露出値ＥＶの増加に伴って、絞り値をＦ２．８からＦ８まで変化させるとともに、シャッタ速度値を１／１２５秒から１／１０００秒まで減少させる第１の露出制御を行う。また、１６＜露出値ＥＶ≦１８では、露出値ＥＶの増加に伴って、絞り値をＦ８からＦ１１に変化させるとともに、シャッタ速度値を１／１０００秒から１／２０００秒まで減少させる第２の露出制御を行う。更に、露出値ＥＶ＞１８では、露出値ＥＶの増加に伴って、絞り値Ｆ１１に固定したままで単にシャッタ速度値を減少させる第２の露出制御を行う。

一方、スミア発生可能状態が検出される場合には、図５（Ｂ）に示すように、スミアの発生を抑制・防止するため、シャッタ速度値が１／１０００秒以下となるような第１の露出制御を行う。具体的には、露出値ＥＶ≦１６では、図５（Ａ）に示すプログラム線図と同様になる。一方、１６＜露出値ＥＶ≦１７では、シャッタ速度値を１／１０００秒に固定したままで絞り値をＦ８からＦ１１に変化させる第１の露出制御を行う。また、露出値ＥＶ＞１７では、絞りをＦ１１よりも絞ることができないため、図５（Ｂ）では図示を省略するが、露出値ＥＶの増加に伴って、絞り値Ｆ１１、シャッタ速度値＝１／１０００秒に固定したままで、アナログゲインを低下させる第１の露出制御を行う。つまり、図５（Ｂ）の点ＧＣＰから更に露出値ＥＶが減少すると、アナログゲインを低下させることで適正露出を得る。つまり、図５（Ｂ）に示すプログラム線図は、第１の露出制御のみによる露出制御を示すため、「第１の露出制御専用のプログラム線図」と称することができる。

＜３−３．スミア発生可能状態の検出＞
以下、スミア検出部５０が、ライブビュー画像におけるスミア発生状態を検出することで、撮影画像にスミアが発生し得るスミア発生可能状態を検出する動作について説明する。

図６は、スミア発生可能状態を検出する方法について説明する図である。図６（Ａ）は、輝度が非常に高い太陽ＳＵを含む夕景を示しており、図６（Ｂ）は、撮像センサ１６上に照射される被写体の光学像とスミアＳＭとの関係を示しており、図６（Ｃ）は、スミアＳＭの発生したライブビュー画像を示している。なお、撮像センサ１６上には、図６（Ｂ）に示すように、被写体が反転したような光学像が結像される。また、図６（Ｂ），（Ｃ）においても、光学像や画像中の太陽ＳＵに対応する部分を太陽ＳＵとして示している。

レンズシャッタ４４ａが開状態であるとき、例えば、図６（Ａ）に示すような輝度が非常に高い太陽ＳＵを含む夕景を撮影する場合には、図６（Ｂ）に示すように、太陽ＳＵの光学像が結像される位置で不要な電荷が発生し、その位置からＨ−ＣＣＤに向けて、すなわちＶ−ＣＣＤに沿った垂直方向に、不要な電荷が転送される。そして、ライブビュー画像を取得する際には、レンズシャッタ４４ａは常に開状態となるため、ライブビュー画像には、図６（Ｃ）に示すように、太陽ＳＵの位置から上下方向（Ｖ−ＣＣＤに沿った方向）に長く延びたスミアＳＭが発生する。

このように、輝度が非常に高い部分が被写体に含まれる場合には、ライブビュー画像にスミアが発生する。そして、スミア検出部５０は、ライブビュー画像におけるスミア発生状態をスミア発生可能状態として検出する。

具体的には、例えば、ライブビュー画像において、所定値（例えば、輝度を８ｂｉｔ、すなわち０〜２５５階調で表現する場合は、所定値＝２５０）以上の画素値を有する画素（高輝度画素）が、撮像センサ１６のＶ−ＣＣＤにおける電荷転送方向に対応する方向に沿った線状の部分（以下、「線状高輝度部」と称する）を形成していれば、ライブビュー画像におけるスミア発生状態を検出することができる。言い換えれば、ライブビュー画像において所定値以上の画素値を有する高輝度画素が所定の配置状況（Ｖ−ＣＣＤの電荷転送方向に対応する方向に沿って線状に配置されている状況）にある状態をスミア発生可能状態として検出する。

＜３−４．スミア無し優先モード（ＳＦＰモード）における撮影動作フロー＞
図７は、ＳＦＰモードにおける撮影動作フローを例示するフローチャートであり、本動作フローは、主にカメラ制御部４０によって制御される。ＳＦＰモードが露出制御モードとして選択された状態でＲＥＣモードに設定されるか、または、ＲＥＣモードに設定された状態でＳＦＰモードが露出制御モードとして選択されると、ＳＦＰモードにおける撮影動作フローを開始し、図７のステップＳ１に進む。

ステップＳ１では、露出制御モードがＳＦＰモードに設定され、ステップＳ２に進む。ここでは、まず、露出制御用のプログラム線図として、図５（Ａ）に示すプログラム線図が設定される。

ステップＳ２では、ライブビュー表示が開始され、ステップＳ３に進む。

ステップＳ３では、シャッタボタン１３が半押しされてＳ１オン状態となっているか否かを判別する。ここでは、Ｓ１オン状態となっていればステップＳ４に進み、Ｓ１オン状態となるまでステップＳ３の判別動作が繰り返される。

ステップＳ４では、Ｓ１オン状態となったことに応答して、ＡＦ、ＷＢ動作を行うとともに、ＡＥに含まれるライブビュー画像についての測光動作を開始し、ステップＳ５に進む。なお、ここでは、測光動作が開始されると、順次、露出制御データの算出、ステップＳ１で設定されたプログラム線図に基づいた露出制御値（シャッタ速度値や絞り値等）の算出・設定が行われる。

ステップＳ５では、スミア発生状態の検出動作が行われ、ステップＳ６に進む。ここでは、上述したように、スミア検出部５０によって、ライブビュー画像における線状高輝度部を検出することで、ライブビュー画像におけるスミア発生状態（すなわち、スミア発生可能状態）を検出する。つまり、本動作フローにおいては、本撮影前に、ユーザーによるシャッタボタン１３の押下操作に基づく撮影準備動作の開始指示に応答して、Ｓ１オン状態となると、ライブビュー画像におけるスミア発生状態をスミア発生可能状態として検出する。言い換えれば、撮影準備動作の開始に応答して、スミア発生状態（すなわち、スミア発生可能状態）を検出する。

ステップＳ６では、ステップＳ５でスミア発生状態（すなわち、スミア発生可能状態）が検出されたか否かを判別する。ここでは、ステップＳ５でスミア発生状態が検出されていれば、ステップＳ７に進み、検出されていなければ、ステップＳ１０に進む。

ステップＳ７では、ステップＳ４における測光動作に基づいて算出される露出制御値（ここでは、シャッタ速度値）を確認し、ステップＳ８に進む。

ステップＳ８では、ステップＳ７で確認されたシャッタ速度値が、図５（Ａ）に示すプログラム線図においてレンズシャッタ４４ａで露出制御を行うことができるシャッタ速度値の範囲（以下、「メカシャッタ制御範囲」と称する）に属するか否か判別する。ここでは、シャッタ速度値がメカシャッタ制御範囲に属する場合は、ステップＳ１０に進み、属さない場合は、ステップＳ９に進む。

なお、ここでは、スミア発生状態が検出された場合であっても、メカシャッタ制御範囲（ここでは、シャッタ速度値が１／１０００秒以下の範囲）に属する場合は、図５（Ａ）に示すプログラム線図に基づいて算出された露出制御値を採用する。しかし、図５（Ａ）および図５（Ｂ）に示すプログラム線図では、シャッタ速度値が１／１０００秒以下の範囲では、全く同様となっているため、ここでは、図５（Ｂ）に示すスミア発生可能状態が検出された場合に用いられる第１の露出制御専用のプログラム線図に基づいて算出された露出制御値を採用するのと同じこととなる。

ステップＳ９では、露出制御用のプログラム線図を、図５（Ｂ）に示す第１の露出制御専用のプログラム線図に変更し、露出制御値を再度算出・設定し、ステップＳ１０に進む。ここでは、ステップＳ４において算出される露出制御データと、図５（Ｂ）に示すプログラム線図とに基づいて、露出制御値が再設定される。

ステップＳ１０では、シャッタボタン１３が全押しされてＳ２オン状態となっているか否かを判別する。ここでは、Ｓ２オン状態となっていればステップＳ１１に進み、Ｓ２オン状態となっていなければステップＳ３に戻る。

ステップＳ１１では、本撮影の露光、画像信号の読出し動作等を含む撮像処理が行われ、ステップＳ１２に進む。ここでは、ステップＳ４、またはステップＳ９で設定された露出制御値に基づいて露光時間等等が制御される。

ステップＳ１２では、本撮影で得られた撮影画像の記録処理が行われ、ステップＳ１３に進む。ここでは、ステップＳ１１で取得される画像信号に対して種々の画像処理が行われることで、記録用の撮影画像としてメモリカード９に記録される。

ステップＳ１３では、次の撮影があるか否か、すなわち次のフレームを撮影するか否かを判別する。ここでは、例えば、ユーザーによって撮影モード切替スイッチ１２が操作されることで、再生モードに切替えられた場合等には、次の撮影がないものとして、ステップＳ１４に進む。一方、例えば、撮影モードが維持される場合は、次の撮影があるものとして、ステップＳ２に戻り、ステップＳ２からステップＳ１３の処理を再度行う。なお、露出制御モードがＳＦＰモードから他のモードへと変更された場合にも、次の撮影がないものとして、ステップＳ１４に進む。

ステップＳ１４では、ＳＦＰモードにおける撮影動作を終了する処理が行われ、ＳＦＰモードの撮影動作フローが終了する。

以上のように、本実施形態に係る撮像装置１では、露出制御モードがスミア無し優先モード（ＳＦＰモード）に設定されると、まず、第１および第２の露出制御のうち露出値ＥＶに応じた一方の露出制御を選択的に行うような露出制御に対応するプログラム線図が設定される。しかし、スミア検出部５０がスミア発生可能状態を検出した場合であって、既に設定されたプログラム線図に基づいて第２の露出制御を行うような露出制御値が算出されている場合には、露出制御用のプログラム線図が、第１の露出制御専用のプログラム線図に変更される。そして、露出制御値が再度算出・設定される。つまり、撮像装置１は、撮影画像にスミアが発生し得る状態を検出した場合には、メカシャッタを強制的に用いた第１の露出制御を行うように制御される。その結果、記録用の撮影画像におけるスミアの発生を抑制することができ、スミアの発生を抑制するといった観点から、電子シャッタ機能による露光制御とメカシャッタによる露光制御とを適正に選択することができる。

また、本撮影前に、ユーザーの操作に基づいた撮影準備動作の開始指示に応答して、ライブビュー画像におけるスミア発生状態をスミア発生可能状態として検出する。その結果、本撮影前に、記録用の撮影画像にスミアが発生し得る状態にあるか否かを認識することができる。

また、被写体に係るライブビュー画像において、高輝度画素が所定の配置状況にある状態をスミア発生可能状態として検出する。したがって、簡単に記録用の撮影画像においてスミアが発生し得る状態にあるか否かを認識することができる。

更に、撮像装置１のように、撮像センサ１６として、構造が極めて微小となるとスミアが発生し易いプログレッシブタイプのＣＣＤ撮像素子を用いた場合は、インターレースタイプ等他のタイプのＣＣＤ撮像素子を用いた場合と比較すると、上述したような手法を採用することで、スミアの発生を大幅に抑制することができる。したがって、スミアの発生を抑制するといった観点から、電子シャッタ機能による露光制御とメカシャッタによる露光制御とを適正に選択することができるといった有効性の度合いが増す。

なお、例えば、一般的に撮像センサ１６の構造が微細化しても構造的にスミアが発生し難い２フィールド読出し型等のインターレースタイプのＣＣＤ撮像素子を用いた場合、電子シャッタ機能による露出制御では、時間的に連続して読み出される１フィールド目の信号電荷しか利用することができない。これは、１フィールド目と２フィールド目の露光時間が異なってしまうためである。そのため、上述したような手法を採用した場合は、プログレッシブタイプのＣＣＤ撮像素子を用いた方が、撮像センサ１６の全画素に基づく高画質の撮影画像を取得することができるため、撮影画像の高画素数化をも図ることができ、より好ましい結果を得ることができる。

＜４．変形例＞
以上、この発明の実施形態について説明したが、この発明は上記説明した内容のものに限定されるものではない。

◎例えば、上述した実施形態では、ライブビュー画像における線状高輝度部を検出することで、スミア発生可能状態を検出したが、これに限られるものではなく、例えば、被写体の絶対照度（輝度）に基づいてスミア発生可能状態を検出するようにしても良い。例えば、ライブビュー表示中に、夜景中のスポット光や太陽等照度が所定値（例えば、ＢＶ値で１３）以上の被写体（高輝度被写体）を検出することで、スミア発生可能状態を検出するようにしても良い。つまり、被写体が所定輝度以上の部分を含んでいる状態をスミア発生可能状態として検出しても良い。

なお、ここでは、ライブビュー画像から高輝度画素の存在を検出することによって、被写体が所定輝度以上の部分を含んでいる状態を検出することができるが、この形態に限られず、撮像センサ以外に、高輝度被写体が存在していることを検出するセンサを設けても良い。例えば、一眼レフタイプのデジタルカメラを考えた場合には、このようなセンサとして、ＣＣＤ撮像素子の前面に設けられる反射ミラー等によって反射される光を受光して多分割測光するようなセンサが考えられる。

このように、被写体中に非常に明るい部分が含まれる状態をスミア発生可能状態として検出することにより、被写体中に太陽等スミアを発生させるような光源が存在しているか否かを検出することができる。その結果、簡単にスミアが発生し得る状態にあるか否かを認識することができる。

また、ライブビュー画像における高輝度画素の線状配置状況と高輝度被写体とのうち少なくとも一方を検出した場合に、スミア発生可能状態を検出したものとしても良い。

また、ライブビュー表示中の絞り値によっては、スミアを発生させるような高輝度被写体の照度が変化するため、高輝度被写体とするための照度の所定値（閾値）が、絞り値の変更に応じて適切に変更されるようにしても良い。

◎また、上述した実施形態では、スミア発生可能状態が検出されなかった場合には、図５（Ａ）に示すように低速側のシャッタ速度域ではメカシャッタを用いた第１の露出制御を、高速側のシャッタ速度域では電子シャッタ機能を用いた第２の露出制御を行うようなプログラム線図に基づいて露出制御値が算出されたが、これに限られるものではなく、例えば、図５（Ａ）に示すプログラム線図においてメカシャッタによる第１の露出制御にあたる部分を、図８に示すように、電子シャッタ機能による第２の露出制御に変更しても良い。つまり、スミア検出部５０によってスミア発生可能状態が検出されなかった場合には、常に電子シャッタ機能を用いた第２の露出制御を実施するようにしても良い。このように、スミアが発生し得る状態を検出しなかった場合には、電子シャッタ機能を用いた露出制御を行うような構成とすることにより、機械的なメカシャッタを用いた第１の露出制御よりも、高精度な露出制御を実施することができる。また、第１の露出制御のように、露光終了後に、メカシャッタを閉状態として、Ｖ−ＣＣＤにおける不要な信号電荷を排出するのに要する時間が不要となるため、１フレーム分の撮影の開始から撮影画像の記録までを含めた時間を短縮することが可能である。その結果、次の撮影に素早く移ることができ、インターバルの短い連続撮影等が可能となる。

◎また、上述した実施形態では、スミア検出部５０が、ライブビュー画像における線状高輝度部を検出することで、スミア発生可能状態を検出したが、これに限られるものではなく、例えば、ライブビュー画像を取得する際に、ＣＣＤ撮像素子の有効画素の周囲に配置されるオプティカルブラックの部分から出力される画像信号が所定値以上の画素値を示す場合は、ライブビュー画像におけるスミア発生状態、すなわちスミア発生可能状態を検出しても良い。

図９は、オプティカルブラックを用いたスミア発生可能状態の検出方法を説明するための図である。図９では、ライブビュー表示時に撮像センサ１６の全画素から読み出される画像信号に基づく画像Ｇを示している。図９に示すように、画像Ｇにおいて、非常に高輝度の太陽ＳＵが被写体に含まれている場合には、太陽ＳＵの上下に線状のスミアＳＭが発生した状態となる。そして、画像Ｇのうち撮像センサ１６の有効画素に対応する領域（すなわち、ライブビュー画像に対応する領域）ＵＳの周囲には、オプティカルブラックの部分から読み出される画素が配列される領域ＯＢが存在する。この領域ＯＢには、通常であればほぼ黒（画素値が０階調）となる画素が配列されるが、図９に示すように、スミアＳＭを発生させているような場合には、撮像センサ１６においては、本来であれば被写体に係る光学像が結像されないオプティカルブラックの部分の画素にも不要電荷が流れ込むため、領域ＯＢに高輝度部Ｐ１，Ｐ２が発生する。よって、スミア検出部５０が、高輝度部Ｐ１，Ｐ２を検出するようにしてもスミア発生可能状態を検出することができる。

◎また、上述した実施形態では、Ｓ１オン状態となった後にライブビュー画像に基づいてスミア発生可能状態を検出したが、これに限られるものではなく、例えば、Ｓ１オン状態となる前においてライブビュー画像に基づきスミア発生可能状態を検出するようにしても良い。

◎また、上述した実施形態では、輝度を８ビットで階調表現した場合には、２５０階調以上の画素値を有する画素を高輝度画素としたが、これに限られるものではなく、例えば、輝度を１０ビットで階調表現した場合には、上位１ビットないし２ビットに属する画素値を有する画素を高輝度画素としても良い。

本発明の実施形態に係る撮像装置の要部構成を示す図である。 撮像装置の機能構成を例示するブロック図である。 電子シャッタ機能による露出制御についてのタイミングチャートである。 メカシャッタによる露出制御についてのタイミングチャートである。 スミア無し優先モードにおけるプログラム線図を例示する図である。 スミア発生可能状態を検出する方法について説明する図である。 スミア無し優先モードでの撮影動作フローを示すフローチャートである。 変形例に係るプログラム線図を例示する図である。 変形例に係るスミア発生可能状態の検出方法を説明するための図である。

符号の説明

１ 撮像装置
２ 信号処理部
３ 画像処理部
１０ 撮影レンズ
１６ 撮像センサ
４０ カメラ制御部
４４ａ レンズシャッタ
４４ｂ 絞り
５０ スミア検出部

Claims (6)

1. 被写体からの光路の遮断および開放によって露光時間を制御するメカシャッタと、撮像素子の電気的な状態の制御によって露光時間を制御する電子シャッタ機能とを用いて露出制御を行う撮像装置であって、
   前記被写体に係る光学像に基づいて画像を取得する画像取得手段と、
   前記被写体に係る光学像に基づいて、前記画像取得手段によって取得される記録用の撮影画像にスミアが発生し得るスミア発生可能状態を検出する検出手段と、
   前記検出手段によって前記スミア発生可能状態が検出された場合には、前記メカシャッタを強制的に用いた第１の露出制御を行う制御手段と、
   を備えることを特徴とする撮像装置。
2. 請求項１に記載の撮像装置であって、
   ユーザーの操作に基づいて撮影準備動作の開始を指示する指示手段、
   を備え、
   前記検出手段が、
   前記画像取得手段によって前記撮影画像を取得する本撮影前に、前記指示手段による前記撮影準備動作の開始の指示に応答して、前記画像取得手段によって取得される画像においてスミアが発生している状態を前記スミア発生可能状態として検出することを特徴とする撮像装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の撮像装置であって、
   前記検出手段が、
   前記画像取得手段によって取得される画像において、所定値以上の画素値を有する高輝度画素が所定の配置状況にある状態を、前記スミア発生可能状態として検出することを特徴とする撮像装置。
4. 請求項１に記載の撮像装置であって、
   前記検出手段が、
   前記被写体が所定輝度以上の部分を含んでいる状態を前記スミア発生可能状態として検出することを特徴とする撮像装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の撮像装置であって、
   前記撮像素子が、
   プログレッシブタイプのＣＣＤであることを特徴とする撮像装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載の撮像装置であって、
   前記制御手段が、
   前記検出手段によって前記スミア発生可能状態が検出されなかった場合には、前記電子シャッタ機能を用いた第２の露出制御を行うことを特徴とする撮像装置。

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