撮像装置
【課題】撮像素子の多画素化に伴う画質低下等の問題の改善を図るとともに、必要に応じて高解像度撮像をも実現する。
【解決手段】撮像制御部１１２ａは加算撮像のための撮像制御機能と非加算撮像のための撮像制御機能とを兼ね備えており、使用者による特別な設定操作が行われない限り（デフォルト状態）、加算撮像のための制御を優先して実行する。加算撮像においては、４００万画素の撮像素子１０５の単位画素信号を互いに加算することによって画素数を減じる加算減数処理が行われ、この加算減数処理が行われた後の画像信号（１００万画素）がメモリカードに所定の記録フォーマットで記録される。一方、設定により使用可能となる非加算撮像は通常のデジタルカメラで用いられる標準的な撮像モードに相当し、加算減数処理は行われず、撮像素子１０５の全画素信号（４００万画素）を用いてメモリカードへの記録が行われる。
【解決手段】撮像制御部１１２ａは加算撮像のための撮像制御機能と非加算撮像のための撮像制御機能とを兼ね備えており、使用者による特別な設定操作が行われない限り（デフォルト状態）、加算撮像のための制御を優先して実行する。加算撮像においては、４００万画素の撮像素子１０５の単位画素信号を互いに加算することによって画素数を減じる加算減数処理が行われ、この加算減数処理が行われた後の画像信号（１００万画素）がメモリカードに所定の記録フォーマットで記録される。一方、設定により使用可能となる非加算撮像は通常のデジタルカメラで用いられる標準的な撮像モードに相当し、加算減数処理は行われず、撮像素子１０５の全画素信号（４００万画素）を用いてメモリカードへの記録が行われる。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は撮像装置に関し、特に画素信号の加算により感度の向上をはかった撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、ＣＣＤ等の撮像素子により被写体像を撮像して映像信号を得るデジタルスチル（電子カメラ）が盛んに開発されている。このような撮像装置においては動画撮像装置、静止画撮像装置の別を問わず、撮像素子の隣接する画素情報の加算、例えば垂直方向２画素と水平方向２画素の合計４画素の信号の加算によって、解像度は低下するものの、感度の向上を図ることができるとされている。この種の加算の具体的な方法としては、撮像素子から画素信号を通常の方法で（１画素ずつ）読み出した後に、例えばＡ／Ｄ変換してディジタル処理回路系で加算する外部ディジタル加算方式や、撮像素子内で例えばＣＣＤ撮像素子の転送駆動を工夫し、転送路内で電荷加算する素子内アナログ加算方式等が知られている。このような素子内加算方式は、外部ディジタル加算方式では得られない１フレーム画像の読み出し時間の短縮（フレームレートの向上）効果も合わせ持つ。
【０００３】一方、素子内加算は一般に加算の方法に制約条件があるため単板カラー素子への適用が困難であったり、またＣＣＤ撮像素子内部での信号量の飽和に起因する画質劣化が生じ得るため、本出願人は先に素子内アナログ加算方式と外部ディジタル加算方式とを適切に組合わせることによって、単板カラー素子への適用が容易で、且つ素子内部飽和起因の劣化も伴わず、感度、ダイナミックレンジ（Ｄレンジ）、フレームレートをいずれも向上できる素子内外加算併用方式による加算撮像を提案している（特願２０００−０２２７５８号明細書）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、いずれにしてもこれら加算撮像に関する技術は、その多くが単に加算撮像の実現方法を示したものに過ぎず、カメラとしての実用上の使い勝手についてはあまり考慮されていない。すなわちカメラとしての加算撮像の組込みに関して具体的に提案されているものは、当該カメラの標準的な撮像モードとしては各画素情報を個別に読み出すという従来の非加算撮像を使用し、電子ファインダ用途などを中心に、たとえば感度アップやフレームレート向上が必要な特殊な条件の時にのみ、いわば特殊撮像モードとして加算撮像を使用するという構成が一般的であった。
【０００５】このようなカメラの構成は、これまでは特に問題となることが無かったが、近年撮像素子の多画素化が急速に進み今後大きな不具合を生じる恐れがある。すなわち、最近では、４００万画素の撮像素子を用いたものも民生用として供給されつつあり、今後６００万画素、さらには１０００万画素を持つものも実現されることが予想されている。このような多画素化に伴い、通常の非加算撮像では、記録画像のファイルサイズの肥大によりパーソナルコンピュータなどの実使用環境では過負荷となることはもちろん、フレームレートの低下、さらには撮像素子の１画素当たりの蓄積光電荷量の不足という撮像素子そのものによる原理的な要因によって画質（Ｓ／Ｎ、Ｄレンジ）が劣化する、という問題を招くことになる。
【０００６】また、仮に通常の非加算撮像と加算撮像とを選択出来るように構成したとしても、加算撮像があくまで特殊撮像モードの一つとして用意されていたのでは、そのような特殊撮像モードを使用するための設定操作を行わないような一般ユーザー（フールプルーフ対象ユーザー）にとってはあまり意味が無く、加算撮像を有効利用することができなくなる。
【０００７】本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、第１には使用者による特別な設定操作無しで、撮像素子の多画素化に伴う画質低下等の問題を改善し得る画質優先の撮像を行えるようにし、第２には必要に応じて高解像度撮像をも行うことが可能な撮像装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するため、本発明は、複数の光電変換素子を受像画素として有した撮像素子と、前記撮像素子を駆動して画像信号を読み出す駆動手段と、前記受像画素に対応する単位画素信号を互いに加算することにより画素数を減じる加算減数処理を実行可能な加算手段と、前記加算手段による加算減数処理が施された撮像素子の出力画像信号を所定の記録フォーマットに従い記録媒体に記録する加算撮像を実行可能な撮像制御手段とを有した撮像装置であって、前記撮像制御手段は、当該撮像装置の初期設定状態として規定されるデフォルト状態において撮像を実行する場合には、前記加算撮像を行なうように構成されていることを特徴とする。
【０００９】また、本発明は、複数の光電変換素子を受像画素として有した撮像素子と、前記撮像素子を駆動して前記受像画素に対応する単位画素信号を前記撮像素子内部で加算しつつ読み出す加算読み出しを実行可能な駆動手段と、前記加算読み出しによる撮像素子の出力画像信号を所定の記録フォーマットに従い記録媒体に記録する加算撮像を実行可能な撮像制御手段とを有した撮像装置であって、前記撮像制御手段は、当該撮像装置の初期設定状態として規定されるデフォルト状態において撮像を実行する場合には、前記加算撮像を行なうように構成されていることを特徴とする。
【００１０】これら本発明の撮像装置によれば、加算撮像がいわゆるデフォルト撮影モードとして用意されており、当該撮像装置がその初期状態であるデフォルトの状態にあるときに使用者が撮影トリガ等の通常の撮影操作を行うと、自動的に加算減数処理を用いた加算撮像が実行され、それによって得られた画像信号が記録媒体に記録される。このように、加算撮像を、特殊撮像ではなく、記録画像を得るためのデフォルトの撮影モードとして使用することにより、４００万画素、６００万画素あるいはそれ以上の多画素化された撮像素子を用いる場合であっても、使用者による特別な設定操作無しで、記録画像のファイルサイズの肥大化を防止できると共に、十分な感度およびダイナミックレンジを確保することが可能となる。さらに、記録画像の解像度に対して撮像素子自体の空間解像度に余裕があるため、色モアレが少なくなるなどの効果を得ることができる。
【００１１】また、特に、受像画素に対応する単位画素信号を撮像素子内部で加算しつつ読み出す加算読み出しを少なくとも一部に含むような加算撮像を利用することにより、容易に高いフレームレートを確保することが可能となると共に、撮像素子出力に対する演算処理も軽減することができる。
【００１２】また、上述のデフォルト状態の好ましい態様としては、１）デフォルト状態が前記撮像装置の製造工程における全調整の終了により生じる初期設定状態であること、２）撮像装置の動作を制御するシステムコントローラの暴走状態に備えて設けられたリセットスイッチの操作により生じる初期設定状態であること、３）電源として用いられる交換可能な電池の交換により生じる初期設定状態であること、４）主電源を投入または切断するための電源スイッチの操作による電源の投入または切断により生じる初期設定状態であること、が挙げられる。これらにより、使用者は何ら意識させることなく、加算撮像による画質優先の撮影・記録を優先して実行することが可能となる。
【００１３】また、本発明は、複数の光電変換素子を受像画素として有した撮像素子と、前記撮像素子を駆動して前記受像画素に対応する単位画素信号を個別に読み出す非加算読み出しおよび前記単位画素信号を前記撮像素子内部で加算しつつ読み出す加算読み出しを実行可能な駆動手段と、前記非加算読み出しまたは前記加算読み出しによる撮像素子の出力画像信号を所定の記録フォーマットに従い記録媒体に記録する撮像制御手段と、前記所定の記録フォーマットの第１の記録画素数に対応する第１の記録画質モードと前記第１の記録画素数よりも大きい第２の記録画素数に対応する第２の記録画質モードとを切換える記録画質モード切換手段とを有した撮像装置であって、前記撮像制御手段は、前記第１の記録画質モードに対しては前記加算読み出しによる加算撮像を、前記第２の記録画質モードに対しては前記非加算読み出しによる非加算撮像を、それぞれ行なうように構成されたものであることを特徴とする。
【００１４】このように記録画素数の異なる第１および第２の記録画質モードを用意し、使用する記録画質モードに応じて加算撮像と非加算撮像撮像とを自動的に切換えるという構成を用いることにより、第１の記録画質モードにおいては十分な感度やダイナミックレンジ、および高フレームレートを確保でき、また第２の記録画質モードにおいては撮像素子の空間解像度を最大限に生かした高解像度撮像を実行することが可能となり、多画素化された撮像素子を用いた撮像装置に最適な撮像制御を行うことができる。
【００１５】また、この構成においても、当該撮像装置の初期設定状態として規定されるデフォルト状態においては加算撮像が行われるようにすることが好ましく、これにより特別の設定操作を行わない場合には加算撮像、つまり第１の記録画質モードによる撮像を優先して行うことが可能となる。
【００１６】また、連写撮影を行なう場合には前記第１の記録画質モードが優先的に選択されるように構成することにより、特別大きなバッファなどを用意せずとも、十分な連写性能を得ることが可能となる。
【００１７】また、連写撮影を行なう場合に記録画質モード切換手段によって前記第２の記録画質モードが選択された場合にこれを警告する警告手段を設けたり、あるいは連写撮影を行なう場合には前記第２の記録画質モードの選択自体を禁止するように構成することが好ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図１には、本発明の一実施形態に係わる撮像装置の構成が示されている。ここでは、デジタルカメラとして実現した場合を例示して説明することにする。
【００１９】図中１０１は各種レンズからなる撮像レンズ系、１０２はレンズ系１０１を駆動するためのレンズ駆動機構、１０３はレンズ系１０１の絞りを制御するための露出制御機構、１０４はメカシャッタ、１０５はベイヤ配列のカラーフィルタを備えたＣＣＤカラー撮像素子、１０６は撮像素子１０５を駆動するためのＣＣＤドライバ、１０７はゲインコントロールアンプ，Ａ／Ｄ変換器等を含むプリプロセス回路、１０８は色信号生成処理，マトリックス変換処理，その他各種のデジタル処理を行うためのデジタルプロセス回路、１０９はカードインターフェース、１１０はメモリカード、１１１はＬＣＤ画像表示系を示している。
【００２０】撮像素子１０５としては、例えば４００万画素のベイヤ配列インターレース型のものなどが利用される。
【００２１】また、図中の１１２は各部を統括的に制御するためのシステムコントローラ（ＣＰＵ）、１１３は各種ＳＷからなる操作スイッチ系、１１４は操作状態及びモード状態等を表示するための操作表示系、１１５はレンズ駆動機構１０２を制御するためのレンズドライバ、１１６は発光手段としてのストロボ、１１７はストロボ１１６を制御するための露出制御ドライバ、１１８は各種設定情報等を記憶するための不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）を示している。
【００２２】本実施形態のデジタルカメラにおいては、システムコントローラ１１２が全ての制御を統括的に行っており、特に露出制御機構１０３に含まれるシャッタ機構と、ＣＣＤドライバ１０６によるＣＣＤ撮像素子１０５の駆動を制御して露光（電荷蓄積）及び信号の読み出しを行い、それをプリプロセス回路１０７を介してデジタルプロセス回路１０８に取込んで、各種信号処理を施した後にカードインターフェース１０９を介してメモリカード１１０に記録するようになっている。
【００２３】本実施形態のデジタルカメラに於いては、画素加算を用いた加算撮像をいわゆるデフォルトの撮影モードとして使用して被写体の撮像・記録を行うように構成されている。これを実現するため、システムコントローラ１１２には、撮像制御部１１２ａおよび記録画質モード切換部１１２ｂが設けられている。
【００２４】撮像制御部１１２ａは加算撮像のための撮像制御機能と非加算撮像のための撮像制御機能とを兼ね備えており、使用者による特別な設定操作が行われない限り、加算撮像のための制御を優先して実行する。加算撮像においては、４００万画素の撮像素子１０５の単位画素信号を互いに加算することによって画素数を減じる加算減数処理が行われ（４画素加算撮像）、この加算減数処理が行われた後の画像信号（１００万画素）がメモリカード１１０に所定の記録フォーマットで記録される。なお、記録時の圧縮／非圧縮、圧縮率等は任意である。一方、非加算撮像は通常のデジタルカメラで用いられる標準的な撮像モードであり、加算減数処理は行われず、撮像素子１０５の全画素信号（４００万画素）を用いてメモリカード１１０への記録が行われる。この場合も、記録時の圧縮／非圧縮、圧縮率等は任意である。
【００２５】記録画質モード切換部１１２ｂは、加算撮像を用いた第１の記録画質モード（１００万画素記録）と非加算撮像を用いた第２の記録画質モード（４００万画素記録）とを切換えるためのものである。本実施形態においては、上述したように、加算撮像を用いた第１の記録画質モードがデフォルト撮影モードとして規定されているため、特別な設定操作を行わない限りは、第１の記録画質モードでの撮像が自動実行される。
【００２６】（動作制御状態の遷移）次に、図２の状態遷移図を参照して、本実施形態のデジタルカメラにおける動作制御状態について説明する。なお、図２では本発明に直接関係するモードだけが示されているが、実際には、例えばＡＥ（自動露出補正）・ＡＦ（自動合焦点）・ＡＷＢ（自動ホワイトバランス調整）など各種の撮影に関する設定もある。これら各種設定は全て独立に行うことが可能であり、データバックアップシステムが正常に機能している範囲で例えばパワーオフ、パワーオン等に際しても設定内容は保持されるものとする。
【００２７】図２の状態遷移図に示すように、本デジタルカメラは、撮影モードおよび再生モードなどの各種動作モードを有している。本デジタルカメラはその主電源を投入または切断するための電源スイッチの操作で、初期状態であるデフォルトの状態に設定される。すなわち、本デジタルカメラはその電源スイッチのＯＮ操作（パワーオン）を行うと、工場出荷状態（製造工程の調整が完了後、未操作の状態）と同じ状態で、撮影モードにて起動する。この撮影モードは、本デジタルカメラの初期状態であるデフォルトの状態であり、使用者が撮影トリガ等の通常の撮影操作を行うと、加算撮像を用いた第１の記録画質モード（１００万画素記録）での撮像が開始される。
【００２８】本デジタルカメラ電源として用いられる電池を交換したり、システムコントローラ１１２のマイコンの予期しない暴走に備えたシステムリセットスイッチを操作した場合もデフォルト状態に初期設定される。動作モード切換えスイッチにより撮影モードから再生モードなどの他の動作モードに切換わるが、これら他の動作モードから撮影モードに復帰させる操作を行った場合もデフォルト状態に初期設定される。
【００２９】なお、デフォルト状態については、この例のように全て共通の工場出荷状態に復帰するカメラばかりではないが、上述のような操作によって遷移し他の設定操作を一切しない状態は、積極的な設定操作を行なわない一般ユーザーにとって、事実上常に与えられる条件（常に選択される設定）ということができるから、いずれも本発明のデフォルト状態である。
【００３０】本デジタルカメラでは、電源投入あるいは再生モードから撮影モードに切換わった時を含めてデフォルト状態では記録画質モードは１００万画素（記録画素数１００万画素）が選択されている。この状態で撮影トリガを操作すると、たとえば撮像素子１０５内で単位画素信号を加算しながら読み出す４画素加算撮像が行われる。この際記録画素数は加算処理出力画素数と一致しているから、補間処理などを用いた画素数の増数処理や減数処理が不要である。また、１００万画素は撮像解像度としても記録画素数としても通常の画像として充分であり、またファイルサイズも肥大しない（記録画素数４００万はしばしば過大の傾向がある）。この状態で連写モードに切換え可能であり、高フレームレートを生かした高速連写が可能である。
【００３１】また、上記で単写が選択されている場合には、記録画質モードを第２の記録画質モード、つまり４００万画素（記録画素数４００万画素）に切換えることができる。この状態で撮影トリガを操作すると、非加算撮像が行われる。この際も記録画素数は加算処理出力画素数（これは非加算撮像を加算数０の加算と見做した仮想的な表現であり、従ってこの場合は撮像素子の画素数に等しい）と一致しているから、補間処理などを用いた画素数の増数処理や減数処理が不要である。
【００３２】第２の記録画質モードにおいては、加算撮像による第１の記録画質モードに比し、Ｓ／Ｎ、Ｄレンジやフレームレートは低下するものの、撮影解像度は極めて高く、記録解像度もこの情報を維持するのに充分であるから、特に解像度を優先したい撮像には極めて効果的である。
【００３３】連写が選択されている場合には画質モードを第２の記録画質モードである４００万画素モード（記録画素数４００万画素）に切換えることは禁止される。また、この４００万画素モードの場合には連写を選択することができない。４００万画素モードでの連写を選択可能にした場合、フレームレートも遅いばかりでなく、画素数が多いため連写に対応するためのバッファ容量も多く必要となりシステムとしての効率が悪くなるためである。
【００３４】もちろん、十分なバッファ容量が用意されている場合等には、４００万画素モードでの連写を選択可能としても良い。ただし、この場合でも４００万画素モードでの連写の設定操作がなされると、ブザーやＬＣＤ表示等によって警告がなされる。これは、ファイルサイズの増大や単位時間当たりの連写コマ数の低下などの問題が生じることを事前に使用者に通知するためである。さらに、警告以外の別の態様としては、たとえ４００万画素モードで連写が選択された場合でも、一旦は必ず第１の記録画質モードである１００万画素モードでの連写に自動的に切換え、４００万画素モードで連写を実行させるためのさらなる設定操作が行われた場合のみ、４００万画素の連写撮影モードに移行するという制御を利用することができる。
【００３５】（加算撮像）以下、デフォルト撮影モード時（１００万画素モード）に実行される加算撮像の具体例について説明する。
【００３６】図３は、ＣＣＤ撮像素子１０５の平面構造を示している。ＣＣＤ撮像素子１０５は、図３に示すように、マトリクス配置されたフォトダイオード２０１，複数本の垂直ＣＣＤ２０２，及び１本の水平ＣＣＤ２０３から構成されたインターライン（ＩＴ）型で、インターレース駆動方式のものを採用している。また、カラーフィルタは、図４に示すようにＲＧＢのベイヤ配列となっている。このような配列では、隣接する画素同士の単純加算では異なる色が混ざってしまう。そこで、本実施形態では、次のような素子内外加算併用方式を使用する。
【００３７】すなわち、図４のようなインターレースＲＧＢベイヤ配列の撮像素子では、各フィールドに着目すれば、それぞれＲＧ又はＧＢのストライプ配列を構成している。そこで本実施形態では、ｎライン加算駆動（ｎ倍速読み出し）によって各色を混合させることなく水平ＣＣＤの中で加算する。具体的には、インターレースのフレーム読み出しで垂直方向のｎ画素を水平転送路内で加算する。そして、これを外部に読み出した後、デジタル演算処理によって水平同色ｎ画素毎の加算平均を行うものである。
【００３８】４画素加算であれば、図５に示すように、奇数フィールドで垂直方向２画素加算、同様に偶数フィールドでも垂直方向２画素加算を行い、撮像素子から読み出した後に、デジタルプロセス回路１０８によるデジタル演算処理により水平方向の同色２画素加算平均を行う。またこのとき、露光量は１／２に制御する。
【００３９】図５のような８画素においては、奇数フィールドの垂直方向２画素加算により（Ｇ１＋Ｇ５），（Ｒ１＋Ｒ３），（Ｇ２＋Ｇ６），（Ｒ２＋Ｒ４）が得られ、水平方向の同色２画素加算により（Ｇ１＋Ｇ５）＋（Ｇ２＋Ｇ６）と（Ｒ２＋Ｒ４）＋（Ｒ１＋Ｒ３）が得られる。同様に、偶数フィールドの垂直方向２画素加算により（Ｂ１＋Ｂ３），（Ｇ３＋Ｇ７），（Ｂ２＋Ｂ４），（Ｇ４＋Ｇ８）が得られ、水平方向の同色２画素加算により（Ｂ１＋Ｂ３）＋（Ｂ２＋Ｂ４）と（Ｇ３＋Ｇ７）＋（Ｇ４＋Ｇ８）が得られる。
【００４０】上記の処理は、図６に示すように実現することができる。即ち、図１の１０５に相当するイメージャ系は２倍速垂直加算駆動を行えばよく、１０８に相当するデジタル信号処理系では水平同色（すなわち１画素おき）２画素加算平均を行えばよく、１０３に相当する露出制御系では露光量を１／２に制御すればよい。ここで、デジタル信号処理系では、垂直方向の加算が既に成されているため、水平方向のみの加算（１次元の加算）で済むことになり、２次元の加算に比して信号処理が格段に簡略化できる。
【００４１】なお、本実施形態で使用している上記ｎライン加算駆動自体は公知技術であるから詳述を避けるが、通常の駆動では毎回の水平ブランキング期間に１転送単位分だけ出力される垂直駆動パルスを、毎回の水平ブランキング期間にｎ転送単位分だけ出力するものである。これによって、垂直転送路内の画素情報は垂直方向にｎ画素ずつが水平転送路において加算されることになる。
【００４２】本実施形態により加算して得られる単位画素は、前記図５の右側に示すようにベイヤ配列となっているため、以後の輝度・色信号生成処理は既存の（インターレース対応）ベイヤ配列と全く同じアルゴリズムを使用することができる。また、総合Ｎ×Ｎ画素加算を行う場合のＣＣＤ内加算画素数はＮであるから、最終的な感度アップ量（ＳＮ向上量：ランダムノイズはその統計的性質から加算平均画素数の平方根に反比例する）に対応しており、従って露光量の目標値を１／Ｎにすることができるから撮像素子内部（例えば水平転送路）において生じる飽和に起因する問題も生じない。例えば、総合４画素加算の時、露光量は１／２でつじつまが合っている。
【００４３】そして、ＣＣＤ出力時点での電荷量（電圧レベル）が変わらないから、アナログアンプゲインを変える必要がなく、アナログ系（Ａ／Ｄを含む）に起因する新たな問題が無いという利点も極めて大きい。なお、アナログ系で発生するノイズについてはデジタル加算に際してさらにノイズ低減効果が生じるから、総合的には一般に量子化ノイズの増大を避けるためアナログ系のゲインを通常感度時（非加算時）に対して高く設定する必要のある全デジタル方式よりも確実に高感度が得られる。さらに、ｎ倍速読み出しによるフレームレート向上を利用した連写対応も可能である。
【００４４】図７は、本実施形態におけるシャッタ開閉動作と電荷読み出し動作を説明するためのタイミング図である。
【００４５】メカシャッタ１０４を開いた後、最終の電荷排出パルス（ＶＳＵＢ）を与えて電荷蓄積（露光）を開始する。そして、シャッタ１０４が閉まるまでフォトダイオード２０１に電荷を蓄積する。次いで、シャッタ１０４を閉じた後、転送路駆動によって垂直ＣＣＤ２０２からの不要電荷排出が完了した直後にＯＤＤ−ＴＧパルスにより奇数フィールドのフォトダイオード２０１の画素電荷を垂直ＣＣＤ２０２に読み出して転送する。このとき、垂直方向の２画素の加算を水平ＣＣＤ２０３内で行う。続いて、ＥＶＥＮ−ＴＧパルスにより偶数フィールドのフォトダイオード２０１の画素電荷を垂直ＣＣＤ２０２に読み出して転送する。このときも同様に、垂直方向の２画素の加算を行う。
【００４６】このように本実施形態では、メカシャッタを用いることで奇数フィールドと偶数フィールドに分けて読み出しており、その際読み出しに先だってシャッタ１０４が閉じられている状態で不要電荷排出を行っているため、スミアなどの無用な電荷がノイズとして入るのを未然に防止することができる。
【００４７】なお、上記加算撮像においては露光量は１／２（＝１／Ｎ）としたが、これは通常時に対して画質（ＳＮ）の劣化を全く生じないようにするという効果を求めたものであり、これを条件としなければ他の任意の設定も有り得る。この場合の設定例としては、（１）露出制御の目標値が１／４ （１／Ｎ２）
（２）後段のディジタル演算が加算平均では無く加算（１画素飛ばしの２画素に関するものである点は同じ）
の２点の変更が挙げられる。この場合撮像素子からの出力時には通常時の１／２の信号レベルしか得られないが、ディジタル加算によって通常レベルに戻るから、露光量が１／４であるということは４倍の感度が得られていることになるものである。但しディジタル系でゲインアップしていることに相当するので、アナログノイズ・量子化ノイズともに最初の例に比すれば増加している。
【００４８】なお、さらなる変形の形態として上記（２）をアナログ系の２倍ゲインアップとディジタル系の加算平均で行なうものも有りうるが、これは量子化ノイズは増加しない代わりにアナログノイズがさらに増加するものであり類例ということができる。また同様の類例として、上記（１）の露出制御目標値をさらに異なる任意の値に設定しても良い。
【００４９】以上のように、本実施形態によれば、加算撮像を記録画像を得るためのデフォルトの撮影モードとして使用することにより、４００万画素、６００万画素あるいはそれ以上の多画素化された撮像素子を用いる場合であっても、使用者による特別な設定操作無しで、記録画像のファイルサイズの肥大化を防止できると共に、十分な感度およびダイナミックレンジを確保することが可能となる。さらに、記録画像の解像度に対して撮像素子自体の空間解像度に余裕があるため、色モアレが少なくなるなどの効果を得ることができる。また、少なくとも素子内加算を一部に含む加算撮像方式を用いることにより、高いフレームレートを実現することができる。もちろん、全ての加算処理をデジタル処理系で行うという素子外加算方式を用いても良く、この場合でもフレームレートを除いては同様に有効である。
【００５０】なお、実際の記録に際しては例えばＪＰＥＧなどの圧縮を用いても良く、圧縮か非圧縮かまた圧縮記録の場合の圧縮率等は、必要に応じて上記記録画素数とは独立に設定することができる。
【００５１】また、上記例では記録画質モードを選択可能としたが、記録画質モードが１つしかないカメラでも良い（例：上記で４００万を無くしたもの）。この場合も目標解像度に対して撮像素子の空間サンプリング周波数に余裕があるため、１００万画素素子を使用した場合に対して水晶ＬＰＦを薄くできる、色モアレが少なくなるなどの効果がある。
【００５２】さらに、上記例では記録画像の目標解像度である１００万画素を得るために４画素加算を行ったが、画素加算数は、撮像素子の画素数と目標解像度との関係によって任意に設定可能である。これを応用して、加算撮像を用いた記録画質モードとして記録画素数の異なる複数のモードを用意しておき、選択されたモードに応じて画素加算数を変更するようにしても良い。
【００５３】また、本発明はデジタルスチルカメラに限らず、ムービーカメラを含む任意の撮像装置に適用可能であることは言うまでもない。そして、本発明はカラー撮像装置に限らずモノクロ撮像装置に対しても等しく適用可能である。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。
【００５４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、使用者による特別な設定操作無しで、撮像素子の多画素化に伴う画質低下等の問題を改善し得る画質優先の撮像を行えるようになり、また必要に応じて高解像度撮像をも行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【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。
【図２】同実施形態の撮像装置における動作制御状態の遷移の様子を図。
【図３】同実施形態の撮像装置で用いられるカラー撮像素子の構成を示す図。
【図４】同実施形態の撮像装置で用いられるカラー撮像素子のフィルタ配列を示す図。
【図５】同実施形態の撮像装置で用いられる４画素加算の例を示す図。
【図６】同実施形態の４画素加算を実現するための制御系の機能を示す図。
【図７】同実施形態におけるシャッタ開閉動作と電荷読み出し動作を説明するためのタイミング図。
【符号の説明】
１０１…レンズ系
１０２…レンズ駆動機構
１０３…露出制御機構
１０４…メカシャッタ
１０５…ＣＣＤカラー撮像素子
１０６…ＣＣＤドライバ
１０７…プリプロセス回路
１０８…デジタルプロセス回路
１０９…カードインターフェース
１１０…メモリカード
１１１…ＬＣＤ画像表示系
１１２…システムコントローラ（ＣＰＵ）
１１２ａ…撮像制御部
１１２ｂ…記録画質モード切換部
１１３…操作スイッチ系
１１４…操作表示系
１１５…レンズドライバ
１１６…ストロボ
１１７…露出制御ドライバ
１１８…不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）
２０１…フォトダイオード
２０２…垂直ＣＣＤ
２０３…水平ＣＣＤ
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は撮像装置に関し、特に画素信号の加算により感度の向上をはかった撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、ＣＣＤ等の撮像素子により被写体像を撮像して映像信号を得るデジタルスチル（電子カメラ）が盛んに開発されている。このような撮像装置においては動画撮像装置、静止画撮像装置の別を問わず、撮像素子の隣接する画素情報の加算、例えば垂直方向２画素と水平方向２画素の合計４画素の信号の加算によって、解像度は低下するものの、感度の向上を図ることができるとされている。この種の加算の具体的な方法としては、撮像素子から画素信号を通常の方法で（１画素ずつ）読み出した後に、例えばＡ／Ｄ変換してディジタル処理回路系で加算する外部ディジタル加算方式や、撮像素子内で例えばＣＣＤ撮像素子の転送駆動を工夫し、転送路内で電荷加算する素子内アナログ加算方式等が知られている。このような素子内加算方式は、外部ディジタル加算方式では得られない１フレーム画像の読み出し時間の短縮（フレームレートの向上）効果も合わせ持つ。
【０００３】一方、素子内加算は一般に加算の方法に制約条件があるため単板カラー素子への適用が困難であったり、またＣＣＤ撮像素子内部での信号量の飽和に起因する画質劣化が生じ得るため、本出願人は先に素子内アナログ加算方式と外部ディジタル加算方式とを適切に組合わせることによって、単板カラー素子への適用が容易で、且つ素子内部飽和起因の劣化も伴わず、感度、ダイナミックレンジ（Ｄレンジ）、フレームレートをいずれも向上できる素子内外加算併用方式による加算撮像を提案している（特願２０００−０２２７５８号明細書）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、いずれにしてもこれら加算撮像に関する技術は、その多くが単に加算撮像の実現方法を示したものに過ぎず、カメラとしての実用上の使い勝手についてはあまり考慮されていない。すなわちカメラとしての加算撮像の組込みに関して具体的に提案されているものは、当該カメラの標準的な撮像モードとしては各画素情報を個別に読み出すという従来の非加算撮像を使用し、電子ファインダ用途などを中心に、たとえば感度アップやフレームレート向上が必要な特殊な条件の時にのみ、いわば特殊撮像モードとして加算撮像を使用するという構成が一般的であった。
【０００５】このようなカメラの構成は、これまでは特に問題となることが無かったが、近年撮像素子の多画素化が急速に進み今後大きな不具合を生じる恐れがある。すなわち、最近では、４００万画素の撮像素子を用いたものも民生用として供給されつつあり、今後６００万画素、さらには１０００万画素を持つものも実現されることが予想されている。このような多画素化に伴い、通常の非加算撮像では、記録画像のファイルサイズの肥大によりパーソナルコンピュータなどの実使用環境では過負荷となることはもちろん、フレームレートの低下、さらには撮像素子の１画素当たりの蓄積光電荷量の不足という撮像素子そのものによる原理的な要因によって画質（Ｓ／Ｎ、Ｄレンジ）が劣化する、という問題を招くことになる。
【０００６】また、仮に通常の非加算撮像と加算撮像とを選択出来るように構成したとしても、加算撮像があくまで特殊撮像モードの一つとして用意されていたのでは、そのような特殊撮像モードを使用するための設定操作を行わないような一般ユーザー（フールプルーフ対象ユーザー）にとってはあまり意味が無く、加算撮像を有効利用することができなくなる。
【０００７】本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、第１には使用者による特別な設定操作無しで、撮像素子の多画素化に伴う画質低下等の問題を改善し得る画質優先の撮像を行えるようにし、第２には必要に応じて高解像度撮像をも行うことが可能な撮像装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するため、本発明は、複数の光電変換素子を受像画素として有した撮像素子と、前記撮像素子を駆動して画像信号を読み出す駆動手段と、前記受像画素に対応する単位画素信号を互いに加算することにより画素数を減じる加算減数処理を実行可能な加算手段と、前記加算手段による加算減数処理が施された撮像素子の出力画像信号を所定の記録フォーマットに従い記録媒体に記録する加算撮像を実行可能な撮像制御手段とを有した撮像装置であって、前記撮像制御手段は、当該撮像装置の初期設定状態として規定されるデフォルト状態において撮像を実行する場合には、前記加算撮像を行なうように構成されていることを特徴とする。
【０００９】また、本発明は、複数の光電変換素子を受像画素として有した撮像素子と、前記撮像素子を駆動して前記受像画素に対応する単位画素信号を前記撮像素子内部で加算しつつ読み出す加算読み出しを実行可能な駆動手段と、前記加算読み出しによる撮像素子の出力画像信号を所定の記録フォーマットに従い記録媒体に記録する加算撮像を実行可能な撮像制御手段とを有した撮像装置であって、前記撮像制御手段は、当該撮像装置の初期設定状態として規定されるデフォルト状態において撮像を実行する場合には、前記加算撮像を行なうように構成されていることを特徴とする。
【００１０】これら本発明の撮像装置によれば、加算撮像がいわゆるデフォルト撮影モードとして用意されており、当該撮像装置がその初期状態であるデフォルトの状態にあるときに使用者が撮影トリガ等の通常の撮影操作を行うと、自動的に加算減数処理を用いた加算撮像が実行され、それによって得られた画像信号が記録媒体に記録される。このように、加算撮像を、特殊撮像ではなく、記録画像を得るためのデフォルトの撮影モードとして使用することにより、４００万画素、６００万画素あるいはそれ以上の多画素化された撮像素子を用いる場合であっても、使用者による特別な設定操作無しで、記録画像のファイルサイズの肥大化を防止できると共に、十分な感度およびダイナミックレンジを確保することが可能となる。さらに、記録画像の解像度に対して撮像素子自体の空間解像度に余裕があるため、色モアレが少なくなるなどの効果を得ることができる。
【００１１】また、特に、受像画素に対応する単位画素信号を撮像素子内部で加算しつつ読み出す加算読み出しを少なくとも一部に含むような加算撮像を利用することにより、容易に高いフレームレートを確保することが可能となると共に、撮像素子出力に対する演算処理も軽減することができる。
【００１２】また、上述のデフォルト状態の好ましい態様としては、１）デフォルト状態が前記撮像装置の製造工程における全調整の終了により生じる初期設定状態であること、２）撮像装置の動作を制御するシステムコントローラの暴走状態に備えて設けられたリセットスイッチの操作により生じる初期設定状態であること、３）電源として用いられる交換可能な電池の交換により生じる初期設定状態であること、４）主電源を投入または切断するための電源スイッチの操作による電源の投入または切断により生じる初期設定状態であること、が挙げられる。これらにより、使用者は何ら意識させることなく、加算撮像による画質優先の撮影・記録を優先して実行することが可能となる。
【００１３】また、本発明は、複数の光電変換素子を受像画素として有した撮像素子と、前記撮像素子を駆動して前記受像画素に対応する単位画素信号を個別に読み出す非加算読み出しおよび前記単位画素信号を前記撮像素子内部で加算しつつ読み出す加算読み出しを実行可能な駆動手段と、前記非加算読み出しまたは前記加算読み出しによる撮像素子の出力画像信号を所定の記録フォーマットに従い記録媒体に記録する撮像制御手段と、前記所定の記録フォーマットの第１の記録画素数に対応する第１の記録画質モードと前記第１の記録画素数よりも大きい第２の記録画素数に対応する第２の記録画質モードとを切換える記録画質モード切換手段とを有した撮像装置であって、前記撮像制御手段は、前記第１の記録画質モードに対しては前記加算読み出しによる加算撮像を、前記第２の記録画質モードに対しては前記非加算読み出しによる非加算撮像を、それぞれ行なうように構成されたものであることを特徴とする。
【００１４】このように記録画素数の異なる第１および第２の記録画質モードを用意し、使用する記録画質モードに応じて加算撮像と非加算撮像撮像とを自動的に切換えるという構成を用いることにより、第１の記録画質モードにおいては十分な感度やダイナミックレンジ、および高フレームレートを確保でき、また第２の記録画質モードにおいては撮像素子の空間解像度を最大限に生かした高解像度撮像を実行することが可能となり、多画素化された撮像素子を用いた撮像装置に最適な撮像制御を行うことができる。
【００１５】また、この構成においても、当該撮像装置の初期設定状態として規定されるデフォルト状態においては加算撮像が行われるようにすることが好ましく、これにより特別の設定操作を行わない場合には加算撮像、つまり第１の記録画質モードによる撮像を優先して行うことが可能となる。
【００１６】また、連写撮影を行なう場合には前記第１の記録画質モードが優先的に選択されるように構成することにより、特別大きなバッファなどを用意せずとも、十分な連写性能を得ることが可能となる。
【００１７】また、連写撮影を行なう場合に記録画質モード切換手段によって前記第２の記録画質モードが選択された場合にこれを警告する警告手段を設けたり、あるいは連写撮影を行なう場合には前記第２の記録画質モードの選択自体を禁止するように構成することが好ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図１には、本発明の一実施形態に係わる撮像装置の構成が示されている。ここでは、デジタルカメラとして実現した場合を例示して説明することにする。
【００１９】図中１０１は各種レンズからなる撮像レンズ系、１０２はレンズ系１０１を駆動するためのレンズ駆動機構、１０３はレンズ系１０１の絞りを制御するための露出制御機構、１０４はメカシャッタ、１０５はベイヤ配列のカラーフィルタを備えたＣＣＤカラー撮像素子、１０６は撮像素子１０５を駆動するためのＣＣＤドライバ、１０７はゲインコントロールアンプ，Ａ／Ｄ変換器等を含むプリプロセス回路、１０８は色信号生成処理，マトリックス変換処理，その他各種のデジタル処理を行うためのデジタルプロセス回路、１０９はカードインターフェース、１１０はメモリカード、１１１はＬＣＤ画像表示系を示している。
【００２０】撮像素子１０５としては、例えば４００万画素のベイヤ配列インターレース型のものなどが利用される。
【００２１】また、図中の１１２は各部を統括的に制御するためのシステムコントローラ（ＣＰＵ）、１１３は各種ＳＷからなる操作スイッチ系、１１４は操作状態及びモード状態等を表示するための操作表示系、１１５はレンズ駆動機構１０２を制御するためのレンズドライバ、１１６は発光手段としてのストロボ、１１７はストロボ１１６を制御するための露出制御ドライバ、１１８は各種設定情報等を記憶するための不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）を示している。
【００２２】本実施形態のデジタルカメラにおいては、システムコントローラ１１２が全ての制御を統括的に行っており、特に露出制御機構１０３に含まれるシャッタ機構と、ＣＣＤドライバ１０６によるＣＣＤ撮像素子１０５の駆動を制御して露光（電荷蓄積）及び信号の読み出しを行い、それをプリプロセス回路１０７を介してデジタルプロセス回路１０８に取込んで、各種信号処理を施した後にカードインターフェース１０９を介してメモリカード１１０に記録するようになっている。
【００２３】本実施形態のデジタルカメラに於いては、画素加算を用いた加算撮像をいわゆるデフォルトの撮影モードとして使用して被写体の撮像・記録を行うように構成されている。これを実現するため、システムコントローラ１１２には、撮像制御部１１２ａおよび記録画質モード切換部１１２ｂが設けられている。
【００２４】撮像制御部１１２ａは加算撮像のための撮像制御機能と非加算撮像のための撮像制御機能とを兼ね備えており、使用者による特別な設定操作が行われない限り、加算撮像のための制御を優先して実行する。加算撮像においては、４００万画素の撮像素子１０５の単位画素信号を互いに加算することによって画素数を減じる加算減数処理が行われ（４画素加算撮像）、この加算減数処理が行われた後の画像信号（１００万画素）がメモリカード１１０に所定の記録フォーマットで記録される。なお、記録時の圧縮／非圧縮、圧縮率等は任意である。一方、非加算撮像は通常のデジタルカメラで用いられる標準的な撮像モードであり、加算減数処理は行われず、撮像素子１０５の全画素信号（４００万画素）を用いてメモリカード１１０への記録が行われる。この場合も、記録時の圧縮／非圧縮、圧縮率等は任意である。
【００２５】記録画質モード切換部１１２ｂは、加算撮像を用いた第１の記録画質モード（１００万画素記録）と非加算撮像を用いた第２の記録画質モード（４００万画素記録）とを切換えるためのものである。本実施形態においては、上述したように、加算撮像を用いた第１の記録画質モードがデフォルト撮影モードとして規定されているため、特別な設定操作を行わない限りは、第１の記録画質モードでの撮像が自動実行される。
【００２６】（動作制御状態の遷移）次に、図２の状態遷移図を参照して、本実施形態のデジタルカメラにおける動作制御状態について説明する。なお、図２では本発明に直接関係するモードだけが示されているが、実際には、例えばＡＥ（自動露出補正）・ＡＦ（自動合焦点）・ＡＷＢ（自動ホワイトバランス調整）など各種の撮影に関する設定もある。これら各種設定は全て独立に行うことが可能であり、データバックアップシステムが正常に機能している範囲で例えばパワーオフ、パワーオン等に際しても設定内容は保持されるものとする。
【００２７】図２の状態遷移図に示すように、本デジタルカメラは、撮影モードおよび再生モードなどの各種動作モードを有している。本デジタルカメラはその主電源を投入または切断するための電源スイッチの操作で、初期状態であるデフォルトの状態に設定される。すなわち、本デジタルカメラはその電源スイッチのＯＮ操作（パワーオン）を行うと、工場出荷状態（製造工程の調整が完了後、未操作の状態）と同じ状態で、撮影モードにて起動する。この撮影モードは、本デジタルカメラの初期状態であるデフォルトの状態であり、使用者が撮影トリガ等の通常の撮影操作を行うと、加算撮像を用いた第１の記録画質モード（１００万画素記録）での撮像が開始される。
【００２８】本デジタルカメラ電源として用いられる電池を交換したり、システムコントローラ１１２のマイコンの予期しない暴走に備えたシステムリセットスイッチを操作した場合もデフォルト状態に初期設定される。動作モード切換えスイッチにより撮影モードから再生モードなどの他の動作モードに切換わるが、これら他の動作モードから撮影モードに復帰させる操作を行った場合もデフォルト状態に初期設定される。
【００２９】なお、デフォルト状態については、この例のように全て共通の工場出荷状態に復帰するカメラばかりではないが、上述のような操作によって遷移し他の設定操作を一切しない状態は、積極的な設定操作を行なわない一般ユーザーにとって、事実上常に与えられる条件（常に選択される設定）ということができるから、いずれも本発明のデフォルト状態である。
【００３０】本デジタルカメラでは、電源投入あるいは再生モードから撮影モードに切換わった時を含めてデフォルト状態では記録画質モードは１００万画素（記録画素数１００万画素）が選択されている。この状態で撮影トリガを操作すると、たとえば撮像素子１０５内で単位画素信号を加算しながら読み出す４画素加算撮像が行われる。この際記録画素数は加算処理出力画素数と一致しているから、補間処理などを用いた画素数の増数処理や減数処理が不要である。また、１００万画素は撮像解像度としても記録画素数としても通常の画像として充分であり、またファイルサイズも肥大しない（記録画素数４００万はしばしば過大の傾向がある）。この状態で連写モードに切換え可能であり、高フレームレートを生かした高速連写が可能である。
【００３１】また、上記で単写が選択されている場合には、記録画質モードを第２の記録画質モード、つまり４００万画素（記録画素数４００万画素）に切換えることができる。この状態で撮影トリガを操作すると、非加算撮像が行われる。この際も記録画素数は加算処理出力画素数（これは非加算撮像を加算数０の加算と見做した仮想的な表現であり、従ってこの場合は撮像素子の画素数に等しい）と一致しているから、補間処理などを用いた画素数の増数処理や減数処理が不要である。
【００３２】第２の記録画質モードにおいては、加算撮像による第１の記録画質モードに比し、Ｓ／Ｎ、Ｄレンジやフレームレートは低下するものの、撮影解像度は極めて高く、記録解像度もこの情報を維持するのに充分であるから、特に解像度を優先したい撮像には極めて効果的である。
【００３３】連写が選択されている場合には画質モードを第２の記録画質モードである４００万画素モード（記録画素数４００万画素）に切換えることは禁止される。また、この４００万画素モードの場合には連写を選択することができない。４００万画素モードでの連写を選択可能にした場合、フレームレートも遅いばかりでなく、画素数が多いため連写に対応するためのバッファ容量も多く必要となりシステムとしての効率が悪くなるためである。
【００３４】もちろん、十分なバッファ容量が用意されている場合等には、４００万画素モードでの連写を選択可能としても良い。ただし、この場合でも４００万画素モードでの連写の設定操作がなされると、ブザーやＬＣＤ表示等によって警告がなされる。これは、ファイルサイズの増大や単位時間当たりの連写コマ数の低下などの問題が生じることを事前に使用者に通知するためである。さらに、警告以外の別の態様としては、たとえ４００万画素モードで連写が選択された場合でも、一旦は必ず第１の記録画質モードである１００万画素モードでの連写に自動的に切換え、４００万画素モードで連写を実行させるためのさらなる設定操作が行われた場合のみ、４００万画素の連写撮影モードに移行するという制御を利用することができる。
【００３５】（加算撮像）以下、デフォルト撮影モード時（１００万画素モード）に実行される加算撮像の具体例について説明する。
【００３６】図３は、ＣＣＤ撮像素子１０５の平面構造を示している。ＣＣＤ撮像素子１０５は、図３に示すように、マトリクス配置されたフォトダイオード２０１，複数本の垂直ＣＣＤ２０２，及び１本の水平ＣＣＤ２０３から構成されたインターライン（ＩＴ）型で、インターレース駆動方式のものを採用している。また、カラーフィルタは、図４に示すようにＲＧＢのベイヤ配列となっている。このような配列では、隣接する画素同士の単純加算では異なる色が混ざってしまう。そこで、本実施形態では、次のような素子内外加算併用方式を使用する。
【００３７】すなわち、図４のようなインターレースＲＧＢベイヤ配列の撮像素子では、各フィールドに着目すれば、それぞれＲＧ又はＧＢのストライプ配列を構成している。そこで本実施形態では、ｎライン加算駆動（ｎ倍速読み出し）によって各色を混合させることなく水平ＣＣＤの中で加算する。具体的には、インターレースのフレーム読み出しで垂直方向のｎ画素を水平転送路内で加算する。そして、これを外部に読み出した後、デジタル演算処理によって水平同色ｎ画素毎の加算平均を行うものである。
【００３８】４画素加算であれば、図５に示すように、奇数フィールドで垂直方向２画素加算、同様に偶数フィールドでも垂直方向２画素加算を行い、撮像素子から読み出した後に、デジタルプロセス回路１０８によるデジタル演算処理により水平方向の同色２画素加算平均を行う。またこのとき、露光量は１／２に制御する。
【００３９】図５のような８画素においては、奇数フィールドの垂直方向２画素加算により（Ｇ１＋Ｇ５），（Ｒ１＋Ｒ３），（Ｇ２＋Ｇ６），（Ｒ２＋Ｒ４）が得られ、水平方向の同色２画素加算により（Ｇ１＋Ｇ５）＋（Ｇ２＋Ｇ６）と（Ｒ２＋Ｒ４）＋（Ｒ１＋Ｒ３）が得られる。同様に、偶数フィールドの垂直方向２画素加算により（Ｂ１＋Ｂ３），（Ｇ３＋Ｇ７），（Ｂ２＋Ｂ４），（Ｇ４＋Ｇ８）が得られ、水平方向の同色２画素加算により（Ｂ１＋Ｂ３）＋（Ｂ２＋Ｂ４）と（Ｇ３＋Ｇ７）＋（Ｇ４＋Ｇ８）が得られる。
【００４０】上記の処理は、図６に示すように実現することができる。即ち、図１の１０５に相当するイメージャ系は２倍速垂直加算駆動を行えばよく、１０８に相当するデジタル信号処理系では水平同色（すなわち１画素おき）２画素加算平均を行えばよく、１０３に相当する露出制御系では露光量を１／２に制御すればよい。ここで、デジタル信号処理系では、垂直方向の加算が既に成されているため、水平方向のみの加算（１次元の加算）で済むことになり、２次元の加算に比して信号処理が格段に簡略化できる。
【００４１】なお、本実施形態で使用している上記ｎライン加算駆動自体は公知技術であるから詳述を避けるが、通常の駆動では毎回の水平ブランキング期間に１転送単位分だけ出力される垂直駆動パルスを、毎回の水平ブランキング期間にｎ転送単位分だけ出力するものである。これによって、垂直転送路内の画素情報は垂直方向にｎ画素ずつが水平転送路において加算されることになる。
【００４２】本実施形態により加算して得られる単位画素は、前記図５の右側に示すようにベイヤ配列となっているため、以後の輝度・色信号生成処理は既存の（インターレース対応）ベイヤ配列と全く同じアルゴリズムを使用することができる。また、総合Ｎ×Ｎ画素加算を行う場合のＣＣＤ内加算画素数はＮであるから、最終的な感度アップ量（ＳＮ向上量：ランダムノイズはその統計的性質から加算平均画素数の平方根に反比例する）に対応しており、従って露光量の目標値を１／Ｎにすることができるから撮像素子内部（例えば水平転送路）において生じる飽和に起因する問題も生じない。例えば、総合４画素加算の時、露光量は１／２でつじつまが合っている。
【００４３】そして、ＣＣＤ出力時点での電荷量（電圧レベル）が変わらないから、アナログアンプゲインを変える必要がなく、アナログ系（Ａ／Ｄを含む）に起因する新たな問題が無いという利点も極めて大きい。なお、アナログ系で発生するノイズについてはデジタル加算に際してさらにノイズ低減効果が生じるから、総合的には一般に量子化ノイズの増大を避けるためアナログ系のゲインを通常感度時（非加算時）に対して高く設定する必要のある全デジタル方式よりも確実に高感度が得られる。さらに、ｎ倍速読み出しによるフレームレート向上を利用した連写対応も可能である。
【００４４】図７は、本実施形態におけるシャッタ開閉動作と電荷読み出し動作を説明するためのタイミング図である。
【００４５】メカシャッタ１０４を開いた後、最終の電荷排出パルス（ＶＳＵＢ）を与えて電荷蓄積（露光）を開始する。そして、シャッタ１０４が閉まるまでフォトダイオード２０１に電荷を蓄積する。次いで、シャッタ１０４を閉じた後、転送路駆動によって垂直ＣＣＤ２０２からの不要電荷排出が完了した直後にＯＤＤ−ＴＧパルスにより奇数フィールドのフォトダイオード２０１の画素電荷を垂直ＣＣＤ２０２に読み出して転送する。このとき、垂直方向の２画素の加算を水平ＣＣＤ２０３内で行う。続いて、ＥＶＥＮ−ＴＧパルスにより偶数フィールドのフォトダイオード２０１の画素電荷を垂直ＣＣＤ２０２に読み出して転送する。このときも同様に、垂直方向の２画素の加算を行う。
【００４６】このように本実施形態では、メカシャッタを用いることで奇数フィールドと偶数フィールドに分けて読み出しており、その際読み出しに先だってシャッタ１０４が閉じられている状態で不要電荷排出を行っているため、スミアなどの無用な電荷がノイズとして入るのを未然に防止することができる。
【００４７】なお、上記加算撮像においては露光量は１／２（＝１／Ｎ）としたが、これは通常時に対して画質（ＳＮ）の劣化を全く生じないようにするという効果を求めたものであり、これを条件としなければ他の任意の設定も有り得る。この場合の設定例としては、（１）露出制御の目標値が１／４ （１／Ｎ２）
（２）後段のディジタル演算が加算平均では無く加算（１画素飛ばしの２画素に関するものである点は同じ）
の２点の変更が挙げられる。この場合撮像素子からの出力時には通常時の１／２の信号レベルしか得られないが、ディジタル加算によって通常レベルに戻るから、露光量が１／４であるということは４倍の感度が得られていることになるものである。但しディジタル系でゲインアップしていることに相当するので、アナログノイズ・量子化ノイズともに最初の例に比すれば増加している。
【００４８】なお、さらなる変形の形態として上記（２）をアナログ系の２倍ゲインアップとディジタル系の加算平均で行なうものも有りうるが、これは量子化ノイズは増加しない代わりにアナログノイズがさらに増加するものであり類例ということができる。また同様の類例として、上記（１）の露出制御目標値をさらに異なる任意の値に設定しても良い。
【００４９】以上のように、本実施形態によれば、加算撮像を記録画像を得るためのデフォルトの撮影モードとして使用することにより、４００万画素、６００万画素あるいはそれ以上の多画素化された撮像素子を用いる場合であっても、使用者による特別な設定操作無しで、記録画像のファイルサイズの肥大化を防止できると共に、十分な感度およびダイナミックレンジを確保することが可能となる。さらに、記録画像の解像度に対して撮像素子自体の空間解像度に余裕があるため、色モアレが少なくなるなどの効果を得ることができる。また、少なくとも素子内加算を一部に含む加算撮像方式を用いることにより、高いフレームレートを実現することができる。もちろん、全ての加算処理をデジタル処理系で行うという素子外加算方式を用いても良く、この場合でもフレームレートを除いては同様に有効である。
【００５０】なお、実際の記録に際しては例えばＪＰＥＧなどの圧縮を用いても良く、圧縮か非圧縮かまた圧縮記録の場合の圧縮率等は、必要に応じて上記記録画素数とは独立に設定することができる。
【００５１】また、上記例では記録画質モードを選択可能としたが、記録画質モードが１つしかないカメラでも良い（例：上記で４００万を無くしたもの）。この場合も目標解像度に対して撮像素子の空間サンプリング周波数に余裕があるため、１００万画素素子を使用した場合に対して水晶ＬＰＦを薄くできる、色モアレが少なくなるなどの効果がある。
【００５２】さらに、上記例では記録画像の目標解像度である１００万画素を得るために４画素加算を行ったが、画素加算数は、撮像素子の画素数と目標解像度との関係によって任意に設定可能である。これを応用して、加算撮像を用いた記録画質モードとして記録画素数の異なる複数のモードを用意しておき、選択されたモードに応じて画素加算数を変更するようにしても良い。
【００５３】また、本発明はデジタルスチルカメラに限らず、ムービーカメラを含む任意の撮像装置に適用可能であることは言うまでもない。そして、本発明はカラー撮像装置に限らずモノクロ撮像装置に対しても等しく適用可能である。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。
【００５４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、使用者による特別な設定操作無しで、撮像素子の多画素化に伴う画質低下等の問題を改善し得る画質優先の撮像を行えるようになり、また必要に応じて高解像度撮像をも行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【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。
【図２】同実施形態の撮像装置における動作制御状態の遷移の様子を図。
【図３】同実施形態の撮像装置で用いられるカラー撮像素子の構成を示す図。
【図４】同実施形態の撮像装置で用いられるカラー撮像素子のフィルタ配列を示す図。
【図５】同実施形態の撮像装置で用いられる４画素加算の例を示す図。
【図６】同実施形態の４画素加算を実現するための制御系の機能を示す図。
【図７】同実施形態におけるシャッタ開閉動作と電荷読み出し動作を説明するためのタイミング図。
【符号の説明】
１０１…レンズ系
１０２…レンズ駆動機構
１０３…露出制御機構
１０４…メカシャッタ
１０５…ＣＣＤカラー撮像素子
１０６…ＣＣＤドライバ
１０７…プリプロセス回路
１０８…デジタルプロセス回路
１０９…カードインターフェース
１１０…メモリカード
１１１…ＬＣＤ画像表示系
１１２…システムコントローラ（ＣＰＵ）
１１２ａ…撮像制御部
１１２ｂ…記録画質モード切換部
１１３…操作スイッチ系
１１４…操作表示系
１１５…レンズドライバ
１１６…ストロボ
１１７…露出制御ドライバ
１１８…不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）
２０１…フォトダイオード
２０２…垂直ＣＣＤ
２０３…水平ＣＣＤ
【特許請求の範囲】
【請求項１】 複数の光電変換素子を受像画素として有した撮像素子と、前記撮像素子を駆動して画像信号を読み出す駆動手段と、前記受像画素に対応する単位画素信号を互いに加算することにより画素数を減じる加算減数処理を実行可能な加算手段と、前記加算手段による加算減数処理が施された撮像素子の出力画像信号を所定の記録フォーマットに従い記録媒体に記録する加算撮像を実行可能な撮像制御手段とを有した撮像装置であって、前記撮像制御手段は、当該撮像装置の初期設定状態として規定されるデフォルト状態において撮像を実行する場合には、前記加算撮像を行なうように構成されていることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】 複数の光電変換素子を受像画素として有した撮像素子と、前記撮像素子を駆動して前記受像画素に対応する単位画素信号を前記撮像素子内部で加算しつつ読み出す加算読み出しを実行可能な駆動手段と、前記加算読み出しによる撮像素子の出力画像信号を所定の記録フォーマットに従い記録媒体に記録する加算撮像を実行可能な撮像制御手段とを有した撮像装置であって、前記撮像制御手段は、当該撮像装置の初期設定状態として規定されるデフォルト状態において撮像を実行する場合には、前記加算撮像を行なうように構成されていることを特徴とする撮像装置。
【請求項３】 複数の光電変換素子を受像画素として有した撮像素子と、前記撮像素子を駆動して前記受像画素に対応する単位画素信号を個別に読み出す非加算読み出しおよび前記単位画素信号を前記撮像素子内部で加算しつつ読み出す加算読み出しを実行可能な駆動手段と、前記非加算読み出しまたは前記加算読み出しによる撮像素子の出力画像信号を所定の記録フォーマットに従い記録媒体に記録する撮像制御手段と、前記所定の記録フォーマットの第１の記録画素数に対応する第１の記録画質モードと前記第１の記録画素数よりも大きい第２の記録画素数に対応する第２の記録画質モードとを切換える記録画質モード切換手段とを有した撮像装置であって、前記撮像制御手段は、前記第１の記録画質モードに対しては前記加算読み出しによる加算撮像を、前記第２の記録画質モードに対しては前記非加算読み出しによる非加算撮像を、それぞれ行なうように構成されたものであることを特徴とする撮像装置。
【請求項４】 前記撮像制御手段は、当該撮像装置の初期設定状態として規定されるデフォルト状態において撮像を実行する場合には、前記加算撮像を行なうように構成されていることを特徴とする請求項３記載の撮像装置。
【請求項５】 前記記録画質モード切換手段は、連写撮影を行なう場合には前記第１の記録画質モードを優先的に選択するように構成されていることを特徴とする請求項３または４記載の撮像装置。
【請求項６】 連写撮影を行なう場合に前記記録画質モード切換手段によって前記第２の記録画質モードが選択された場合にこれを警告する警告手段を有したことを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項記載の撮像装置。
【請求項７】 前記記録画質モード切換手段は、連写撮影を行なう場合には前記第２の記録画質モードの選択を禁止するように構成されていることを特徴とする請求項３または４記載の撮像装置。
【請求項８】 前記デフォルト状態は、前記撮像装置の製造工程における全調整の終了により生じる初期設定状態であることを特徴とする請求項１、２または４記載の撮像装置。
【請求項９】 前記撮像装置の動作を制御するシステムコントローラの暴走状態に備えて設けられ、その操作により前記暴走状態からの脱出が可能なリセットスイッチを有してなり、前記デフォルト状態は、前記リセットスイッチの操作により生じる初期設定状態であることを特徴とする請求項１、２または４記載の撮像装置。
【請求項１０】 前記撮像装置の電源は交換可能な電池であり、前記デフォルト状態は、前記電池の交換により生じる初期設定状態であることを特徴とする請求項１、２または４記載の撮像装置。
【請求項１１】 主電源を投入または切断するための電源スイッチを有してなり、前記デフォルト状態は前記電源スイッチの操作による電源の投入または切断により生じる初期設定状態であることを特徴とする請求項１、２または４記載の撮像装置。
【請求項１２】 主として撮像を実行するための動作モードである撮影モードと撮像は実行できない動作モードである非撮影モードとを切換可能な動作モード切換手段を有してなり、前記デフォルト状態は前記動作モード切換手段が行なうモード切換により生じる初期設定状態であることを特徴とする請求項１、２、または４記載の撮像装置。
【請求項１】 複数の光電変換素子を受像画素として有した撮像素子と、前記撮像素子を駆動して画像信号を読み出す駆動手段と、前記受像画素に対応する単位画素信号を互いに加算することにより画素数を減じる加算減数処理を実行可能な加算手段と、前記加算手段による加算減数処理が施された撮像素子の出力画像信号を所定の記録フォーマットに従い記録媒体に記録する加算撮像を実行可能な撮像制御手段とを有した撮像装置であって、前記撮像制御手段は、当該撮像装置の初期設定状態として規定されるデフォルト状態において撮像を実行する場合には、前記加算撮像を行なうように構成されていることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】 複数の光電変換素子を受像画素として有した撮像素子と、前記撮像素子を駆動して前記受像画素に対応する単位画素信号を前記撮像素子内部で加算しつつ読み出す加算読み出しを実行可能な駆動手段と、前記加算読み出しによる撮像素子の出力画像信号を所定の記録フォーマットに従い記録媒体に記録する加算撮像を実行可能な撮像制御手段とを有した撮像装置であって、前記撮像制御手段は、当該撮像装置の初期設定状態として規定されるデフォルト状態において撮像を実行する場合には、前記加算撮像を行なうように構成されていることを特徴とする撮像装置。
【請求項３】 複数の光電変換素子を受像画素として有した撮像素子と、前記撮像素子を駆動して前記受像画素に対応する単位画素信号を個別に読み出す非加算読み出しおよび前記単位画素信号を前記撮像素子内部で加算しつつ読み出す加算読み出しを実行可能な駆動手段と、前記非加算読み出しまたは前記加算読み出しによる撮像素子の出力画像信号を所定の記録フォーマットに従い記録媒体に記録する撮像制御手段と、前記所定の記録フォーマットの第１の記録画素数に対応する第１の記録画質モードと前記第１の記録画素数よりも大きい第２の記録画素数に対応する第２の記録画質モードとを切換える記録画質モード切換手段とを有した撮像装置であって、前記撮像制御手段は、前記第１の記録画質モードに対しては前記加算読み出しによる加算撮像を、前記第２の記録画質モードに対しては前記非加算読み出しによる非加算撮像を、それぞれ行なうように構成されたものであることを特徴とする撮像装置。
【請求項４】 前記撮像制御手段は、当該撮像装置の初期設定状態として規定されるデフォルト状態において撮像を実行する場合には、前記加算撮像を行なうように構成されていることを特徴とする請求項３記載の撮像装置。
【請求項５】 前記記録画質モード切換手段は、連写撮影を行なう場合には前記第１の記録画質モードを優先的に選択するように構成されていることを特徴とする請求項３または４記載の撮像装置。
【請求項６】 連写撮影を行なう場合に前記記録画質モード切換手段によって前記第２の記録画質モードが選択された場合にこれを警告する警告手段を有したことを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項記載の撮像装置。
【請求項７】 前記記録画質モード切換手段は、連写撮影を行なう場合には前記第２の記録画質モードの選択を禁止するように構成されていることを特徴とする請求項３または４記載の撮像装置。
【請求項８】 前記デフォルト状態は、前記撮像装置の製造工程における全調整の終了により生じる初期設定状態であることを特徴とする請求項１、２または４記載の撮像装置。
【請求項９】 前記撮像装置の動作を制御するシステムコントローラの暴走状態に備えて設けられ、その操作により前記暴走状態からの脱出が可能なリセットスイッチを有してなり、前記デフォルト状態は、前記リセットスイッチの操作により生じる初期設定状態であることを特徴とする請求項１、２または４記載の撮像装置。
【請求項１０】 前記撮像装置の電源は交換可能な電池であり、前記デフォルト状態は、前記電池の交換により生じる初期設定状態であることを特徴とする請求項１、２または４記載の撮像装置。
【請求項１１】 主電源を投入または切断するための電源スイッチを有してなり、前記デフォルト状態は前記電源スイッチの操作による電源の投入または切断により生じる初期設定状態であることを特徴とする請求項１、２または４記載の撮像装置。
【請求項１２】 主として撮像を実行するための動作モードである撮影モードと撮像は実行できない動作モードである非撮影モードとを切換可能な動作モード切換手段を有してなり、前記デフォルト状態は前記動作モード切換手段が行なうモード切換により生じる初期設定状態であることを特徴とする請求項１、２、または４記載の撮像装置。
【図１】
【図３】
【図４】
【図２】
【図５】
【図６】
【図７】
【図３】
【図４】
【図２】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００１−３５９０３８（Ｐ２００１−３５９０３８Ａ）
【公開日】平成１３年１２月２６日（２００１．１２．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０００−１７３９４７（Ｐ２０００−１７３９４７）
【出願日】平成１２年６月９日（２０００．６．９）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス光学工業株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１３年１２月２６日（２００１．１２．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１２年６月９日（２０００．６．９）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス光学工業株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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