JP2010093324A

JP2010093324A - 撮像装置

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Publication number: JP2010093324A
Application number: JP2008258247A
Authority: JP
Inventors: Makiko Yamauchi; 槙子山内
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2008-10-03
Filing date: 2008-10-03
Publication date: 2010-04-22
Anticipated expiration: 2028-10-03
Also published as: JP5159547B2

Abstract

【課題】撮影条件による画質劣化を低減することのできる撮像装置を提供する。
【解決手段】複数の画素の信号を転送して読み出す撮像素子と、前記信号の転送を制御するためのクロック信号を供給する制御手段とを具備する撮像装置であって、撮影条件（ステップＳ２０８，Ｓ２０９，Ｓ２１０）に応じて、クロック信号の周波数を切り換えて読み出しを行うよう制御する（ステップＳ２１２，Ｓ２１４）。
【選択図】図２

Description

本発明は、撮像装置に関し、特に、撮像素子の読み出し制御に関するものである。

デジタルカメラやビデオカメラ等の撮像装置においては、撮像素子としてＣＣＤやＣＭＯＳイメージセンサを使用するのが一般的である。

図５は、前述のイメージセンサのような撮像素子を用いた撮像装置の一般的な構成を示したブロック図である。

図５において、１は、レンズおよび絞りからなる撮像光学系、２は、メカニカルシャッタ（メカシャッタと図示する）、３は、撮像素子、５は、撮像素子３を動作させる信号を発生するタイミング信号発生部である。６は、撮像光学系１、メカニカルシャッタ２および撮像素子３の駆動部、７は、撮影した画像データに必要な信号処理を行う信号処理部、８は、信号処理された画像データを記憶する画像メモリである。９は、撮像装置からの取り外しが可能な記録媒体、１０は、信号処理された画像データを記録媒体９に記録する記録部、１１は、信号処理された画像データを表示する画像表示装置である。

１２は、画像表示装置１１に画像を表示させる表示部、１３は、撮像装置全体を制御するシステム制御部である。１４は、システム制御部１３で実行される制御方法を記載したプログラム、このプログラムを実行する際に使用されるパラメータやテーブル等の制御データ、および欠陥画素情報等の補正データを記憶しておく不揮発性メモリ（ＲＯＭ）である。１５は、不揮発性メモリ１４に記憶されたプログラム、制御データおよび補正データを転送して記憶しておき、システム制御部１３が撮像装置を制御する際に使用する揮発性メモリ（ＲＡＭ）である。

前述のシステム制御部１３には各スイッチ１０９〜１１１が接続され、システム制御部１３はそれぞれの状態に応じた処理を実行する。尚、１０９は、撮像装置を起動させるための電源スイッチ、１１０は、測光処理、測距処理等の撮影準備動作の開始を指示する、シャッタレリーズボタンの半押しでオンするスイッチ（以下スイッチＳＷ１という）である。

１１１は、撮影動作の開始を指示する、シャッタレリーズボタンの全押しでオンするスイッチ（以下スイッチＳＷ２という）である。スイッチＳＷ２は、不図示のミラー及びシャッタ（メカシャッタ２と、撮像素子３が電子シャッタ機能を有する場合には不図示の電子シャッタ）の駆動を開始させる。そして、撮像素子３から読み出した信号を信号処理部７、記録部１０を介して記録媒体９に書き込む一連の撮影動作の開始を指示する。

図６は、前述のイメージセンサのような撮像素子３を用いた撮像装置の一般的な動作を示したフローチャートである。

図６を用いて、一般的な撮像装置の動作について説明する。

まず、ステップＳ６０１で電源スイッチ１０９がオンかどうかを判定する。ここでオフであれば、ステップＳ６０１を繰り返し、オンであればステップＳ６０２で撮影準備動作を開始させるスイッチＳＷ１がオンかどうかを判定する。

ここで、オフであればステップＳ６０２を繰り返すが、オンであればステップＳ６０３で、公知のＡＥ処理（測光処理）、ＡＦ処理（測距処理、あるいは焦点調節処理）を行い、ステップＳ６０４で撮影条件を確定する。

次に、ステップＳ６０５で静止画撮影動作の開始スイッチであるスイッチＳＷ２がオンかどうかを判定する。ここで、スイッチＳＷ２がオンであれば、ステップＳ６０６に進むが、オフであればステップＳ６０２に戻り、ステップＳ６０２〜Ｓ６０５を繰り返す。

ステップＳ６０５で、スイッチＳＷ２がオンの場合は、ステップＳ６０６で撮像素子３に蓄積されている撮像信号のリセットを行う。そして、シャッタ（メカシャッタ２と、撮像素子３が電子シャッタ機能を有する場合には不図示の電子シャッタ）を駆動するなどして、撮像素子３を露光して信号を蓄積する。

その後、ステップＳ６０７で画像信号の読み出しを行い、ステップＳ６０８で必要に応じて信号処理部７において各種補正や演算処理が行われた画像信号を、記録媒体９に記録する。

デジタルカメラやビデオカメラ等の撮像装置においては、撮像素子としてＣＣＤやＣＭＯＳイメージセンサを使用するのが一般的であることは前述のとおりである。

前記撮像素子の特性として、画素毎のフォトダイオードの暗電流バラツキによる固定パターンノイズや暗電流に起因した欠陥画素などがあり、これらが撮像された画像の画質を低下させていることはよく知られている。

暗電流は一般的に８℃の温度上昇で２倍に増加すると言われている。上記フォトダイオードの暗電流バラツキによる固定パターンノイズや暗電流に起因した欠陥画素は温度特性を持つことになり、高温ほど固定パターンノイズや欠陥画素が増加することも広く知られている。

一般的に、長秒露光を伴う撮影は、花火の撮影や、星空等の天体の撮影等、比較的暗い場面で被写体を撮影する際に行われることが多い。このようなシーンにおいて、連続して撮影を行う場合、長秒露光の撮影を繰り返す可能性が極めて高いと言える。

前述の撮像素子を用いた撮像装置によって撮影された画像においては、明るい被写体を撮影した画像（信号量が多い画像）に比べ、暗い被写体を撮影した画像（信号量の少ない画像）の方が、前述のような画質劣化が目立ちやすいという特徴がある。

また、撮像装置の長時間の駆動や連続駆動を行う程、前記撮像素子自身の発熱や、撮像素子周辺に配された素子の温度上昇のため、暗電流が増加しやすく、したがって撮像された画像の画質が低下しやすくなる。

そこで、読み出しパルスにより信号電荷を読み出す垂直帰線期間のみ高速転送パルスを発生させ、その他の垂直帰線期間では高速垂直転送動作を禁止することにより撮像素子の温度上昇、画質劣化を防止すること（特許文献１）が提案されている。

また、ＣＣＤから間引きした画素データを読み出す時には画素クロックを高速に切り換え、被写体撮影時にＣＣＤから全画素読み出す時には、画素クロックを低速に切り換えること（特許文献２）が提案されている。画素クロックを低速に切り換えることによりフレームレートを上げ、高速に且つ効率良く画像処理を実行し得る。

また、非画素ずらし撮影時には撮像素子を低速駆動して省電や発熱防止を図り、画素ずらし撮影時には撮像素子を高速駆動して撮影時間を短縮し、振れの影響を低減すること（特許文献３）が提案されている。
特開平７−３２２１４８号公報特開２００２−１４２１４９号公報特開平１１−１９６３２１号公報

しかしながら、上述の特許文献１では、信号の読み出し時には常に高速転送パルスを発生させるため、高速駆動に起因するノイズを適宜低減することはできなかった。また、特許文献２及び特許文献３では、読み出し方法が間引きや画素ずらしの場合に処理時間を短縮するためのものであって、高速駆動に起因するノイズについては考慮されていなかった。

このため、上述のような暗電流や長秒露光に伴うノイズとともに、撮像素子の高速駆動に起因するノイズが発生して、画質劣化が目立ってしまうことがあった。また、低輝度な被写体を撮影した場合には、撮像素子のノイズによる画質劣化が、被写体が高輝度である場合に比べ、より目立ちやすい。

（発明の目的）
本発明の目的は、撮影条件による画質劣化を低減することのできる撮像装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明は、複数の画素の信号を転送して読み出す撮像素子と、前記信号の転送を制御するためのクロック信号を供給する制御手段とを具備する撮像装置であって、撮影条件に応じて、クロック信号の周波数を切り換えて読み出しを行うよう制御することを特徴とする。

本発明によれば、撮影条件による画質劣化を低減することができる。

本発明を実施するための最良の形態は、後述する実施例１および２に記載の通りである。

図１はデジタルカメラやデジタルビデオカメラ等の撮像装置の構成を示すブロック図である。

１は、レンズおよび絞りからなる撮像光学系、２は、メカニカルシャッタ（メカシャッタと図示する）、３は、撮像素子、５は、撮像素子３を動作させる信号を発生するタイミング信号発生部である。６は、撮像光学系１、メカニカルシャッタ２および撮像素子３の駆動部、７は、撮影した画像データに必要な信号処理を行う信号処理部、８は、信号処理された画像データを記憶する画像メモリである。９は、撮像装置からの取り外しが可能な記録媒体、１０は、信号処理された画像データを記録媒体９に記録する記録部、１１は、信号処理された画像データを表示する画像表示装置である。

１１３は、撮像素子３の内部あるいは撮像素子３の至近位置に配置され、撮像素子３の温度を測定する温度センサＡである。温度センサＡは、前述のシステム制御部１３に接続され、システム制御部１３は、温度センサＡの状態に応じた処理を実行する。

また、前述のシステム制御部１３には各スイッチ１０９〜１１１と温度センサＢ１１２が接続され、システム制御部１３はそれぞれの状態に応じた処理を実行する。尚、１０９は、撮像装置を起動させるための電源スイッチ、１１０は、測光処理、測距処理等の撮影準備動作の開始を指示する、シャッタレリーズボタンの半押しでオンするスイッチ（以下スイッチＳＷ１という）である。

温度センサＢ１１２は、撮像装置の周辺温度を測定する。

図２は、図１の撮像装置の動作を示すフローチャートである。

本実施例では、後述の撮影条件によって、撮像素子３に蓄積された信号の読み出しを、低速（図４（ａ））で行うか、または高速（図４（ｂ））で行うか選択した上で、信号の読み出しを行う。

まず、ステップＳ２０１で電源スイッチ１０９がオンかどうかを判定する。ここでオフであればステップＳ２０１を繰り返し、オンであればステップＳ２０２で撮影準備動作を開始させるスイッチであるスイッチＳＷ１がオンかどうかを判定する。ここでオフであればステップＳ２０２を繰り返すが、オンであればステップＳ２０３で、公知のＡＥ処理（測光処理）、ＡＦ処理（測距処理、あるいは焦点調節処理）、撮像装置の周辺温度の測定処理、撮像素子３の温度測定を行う。そして、ステップＳ２０４で、撮影条件を確定する。

尚、ここでは撮像装置の周辺温度の測定処理、撮像素子３の温度測定を、他の撮影条件の決定と同時に行っているが、後述する各部の温度判定を行うステップにおいて、温度測定を行っても良い。

次に、ステップＳ２０５で、静止画撮影動作の開始スイッチであるスイッチＳＷ２がオンかどうかを判定する。ここでスイッチＳＷ２がオンであればステップＳ２０６に進むが、オフであればステップＳ２０２に進み、ステップＳ２０２〜Ｓ２０５を繰り返す。

ステップＳ２０５で、スイッチＳＷ２がオンの場合は、ステップＳ２０６で撮像素子３に蓄積されている撮像信号のリセットを行う。そして、シャッタ（メカシャッタ２と、撮像素子３が電子シャッタ機能を有する場合には不図示の電子シャッタ）を駆動するなどして撮像素子３を露光し、信号の蓄積を開始する。

信号の蓄積中、ステップＳ２０３のＡＥ処理において得た被写体の輝度情報をもとに、ステップＳ２０８において被写体の明るさを判定する。

ここで、被写体が所定の条件の一つである所定の明るさ（所定値１）より暗ければ、ステップＳ２１１に進み、撮像素子３の信号蓄積を終了する。蓄積終了後、ステップＳ２１２に進み、撮像素子３に蓄積された信号の低速読み出しを開始し、ステップＳ２１５で信号の読み出しを終了した後、ステップＳ２１６に進む。

これは、被写体が暗く、蓄積された画像信号が少ない場合には、画質の劣化が目立ちやすくなるため、撮像装置の駆動クロックの速度を落とすことで、読み出し中、画像信号にノイズが極力加わらないようにするためである。

尚、撮像素子３は読み出し時の消費電力がもっとも多く、駆動クロック周波数が高いと、ロジック回路部の消費電力、及びノイズが増加する。また、アナログ信号の応答性も考慮すると、駆動クロック周波数が低いほど、ノイズの影響が少ない。したがって、撮像装置の駆動クロックの速度を落とすことは、画像信号へのノイズの影響を減らすために有効である。

一方、ステップＳ２０８において、被写体の明るさが所定（所定値１）以上であればステップＳ２０９に進み、ステップＳ２０４において確定した撮影条件をもとに信号の蓄積時間の判定を行う。

ここで、蓄積時間が所定時間（所定値２）より長時間であった場合には、ステップＳ２１１に進み、撮像素子３の信号蓄積を終了する。蓄積終了後、ステップＳ２１２に進み、撮像素子３に蓄積された信号の低速読み出しを開始し、ステップＳ２１５で信号の読み出しを終了した後、ステップＳ２１６に進む。

これは、蓄積時間が長い場合は撮像素子３の温度上昇が激しく、暗電流が増加し、画質が低下しやすくなるため、撮像装置の駆動クロックの速度を落とすことで、読み出し中、画像信号にノイズが極力加わらないようにするためである。

一方、蓄積時間が所定時間（所定値２）以下の場合には、ステップＳ２１０に進み、ステップＳ２１３、あるいは任意のタイミングにおいて得た温度情報をもとに、撮像装置の周辺温度を判定する。

周辺温度が所定条件の一つである所定の温度（所定値３）より低い場合には、ステップＳ２１１に進み、撮像素子３の信号蓄積を終了する。蓄積終了後、ステップＳ２１２に進み、撮像素子３に蓄積された信号の低速読み出しを開始し、ステップＳ２１５で信号の読み出しを終了した後、ステップＳ２１６に進む。

これは、周辺温度が低い場合には撮像装置の電池の消耗が激しいため、撮像装置の駆動クロックの速度を落とすことで、電池の持ちをよくするためである。また、撮像装置の駆動クロックの速度を落とすことで、ノイズの振幅を抑えることができるため、画像劣化を防止できるためである。

なお、撮像装置の電源として、電池ではなく、外部電源を用いる場合には、ステップＳ２１０の判定結果にかかわらず、ステップＳ２１３に進んでもよい。あるいは、ステップＳ２０９で蓄積時間が所定時間（所定値２）以下であると判定された場合、ステップＳ２１０を行わずに、ステップＳ２１３に進んでもよい。

これは、撮像装置の電源として外部電源を使用する際は、撮像装置の駆動の最中に電源が切れてしまう心配はないため、撮像装置の周辺温度にかかわらず、通常の高速度の読み出しクロックによって、撮像素子３からの信号を読み出すことができるからである。
一方、ステップＳ２１０において、周辺温度が所定の温度（所定値３）以上であると判定された場合には、ステップＳ２１３で撮像素子３の信号蓄積を終了する。蓄積終了後、ステップＳ２１４に進み、撮像素子３に蓄積された信号の高速読み出しを開始し、ステップＳ２１５で、信号の読み出しを終了した後、ステップＳ２１６に進む。

尚、ステップＳ２１０に先立って、撮像素子３の温度が所定の温度より低いか否かを、ステップＳ２０３の温度測定処理、あるいは任意のタイミングにおいて温度センサＡ１１３から得られる撮像素子３の温度情報を用いて判定するようにしてもよい。この場合、撮像素子３の温度が所定の条件の一つである所定の温度（所定値４）より高い場合には、ステップＳ２１１に進み、一方、撮像素子３の温度が所定の温度（所定値４）以下の場合には、ステップＳ２１０に進むことになる。

これは、撮像素子の温度が高い場合、暗電流の増加により画質が低下しやすくなるため、信号を低速で読出すようにすることで、更なる画質の劣化を抑えるためである。

ステップＳ２１６で、必要に応じて信号処理部７において各種補正や演算処理を行い、その画像信号を記録媒体９に記録し、その後はステップＳ２０２に戻り、必要に応じて以降の処理を繰り返す。

以上が本発明における実施例１の撮像装置の一連の動作である。尚、本実施例は、静止画撮影時、動画撮影時のいずれに対しても適用できるものである。

また、本実施例においては、各種判定を順序立てて記載したが、実際には、被写体の明るさ、撮像素子３における信号の蓄積時間、撮像素子３の温度、撮像装置の周辺温度、内部電源を使用する場合のうち、少なくとも一つ以上の判定を行えばよい。また、複数の判定を行う場合においては、判定の順序は本実施例に記載の通りでなくともよい。

撮像装置を従来の構成の撮像装置においては、画像信号の読み出しの際、被写体の明るさや露光時間などの撮影条件の如何にかかわらず、一定のクロックで読み出しを行っていた。これに対して、本実施例によれば、被写体が暗い場合や露光時間の長い場合など、撮像素子が発熱しやすい条件での撮影においては、撮像素子３の発熱を抑制することができる。また、画像の画質劣化の目立ちやすい条件での撮影においては、画質の劣化しにくい速度で信号を読み出すことにより、画質劣化の少ない画像を得ることができるようになる。

また、撮像装置の周辺温度が低いときでも、少ない電池の消費量で撮像装置を駆動することができるようになる。

また、撮像装置の電源として外部電源が使用される場合がある。この場合には、システム制御部１３（読み出し制御手段）は、撮像装置の周辺温度にかかわらず、所定の条件以外のときと同じ読み出し速度、つまり高速にタイミング信号発生部５および駆動部６の読み出し速度を切り換えるようにしている。

本実施例１においては、撮像素子の複数の画素の信号の転送を制御するためのクロック信号を供給するタイミング信号発生部５および駆動部６（制御手段）を有する。そして、撮影条件が所定の条件であるときに、この所定の条件以外のときに比べて低速な読み出し速度に切り換えるシステム制御部１３（制御手段）を有する。

所定の条件は、被写体の明るさが所定より低輝度の場合、または撮像素子３における信号の蓄積時間が所定より長時間の場合、または撮像素子３の温度が所定より高温の場合、、または撮像装置の周辺温度が所定より低温の場合である。または撮像装置の電源として内部電源を使用する場合である。

実施例２に係る撮像装置の構成は、図１の通りであり、実施例１と同じである。

図３は、実施例２に係る撮像装置の動作を示すフローチャートである。

実施例２において、実施例１と異なるのは、撮影した画像信号の低速読み出し中であっても、静止画撮影動作の開始スイッチであるスイッチＳＷ２がオンになったら、信号の読み出し速度を高速に切り換える点である。これにより、信号を速く読み出して、次の駒の撮影に備えることができる。

つまり、実施例１では、図４（ａ）や図４（ｂ）に示されるように、低速読み出しや高速読み出しが終了した後にスイッチＳＷ２のオンを受け付けるようにしている。なお、図４において、白色部が蓄積期間、黒色部が蓄積終了期間、格子模様部が低速読み出し期間、斜線部が高速読み出し期間を示している。実施例１に対して、実施例２では、図４（ｃ）の２駒目に示されるように、低速読み出し中にスイッチＳＷ２のオンを受け付け、その時点で読み出し速度を高速に切り換えて読み出した後、次の駒の撮影を行うようにしている。

具体的には、図２と図３の、ステップＳ２１１ならびにステップＳ２１３の、撮像素子の信号蓄積終了以降の動作が異なっており、以下、これらの箇所の動作について説明する。

ステップＳ２１１で撮像素子の信号蓄積を終了した後、静止画撮影動作の開始スイッチであるスイッチＳＷ２がオンされたかどうかをステップＳ２１２において判定する。このときスイッチＳＷ２のオンが検出されていれば、撮像素子３に蓄積された信号の高速読み出しが開始される（ステップＳ３０１）。信号の読み出しが終了すると（ステップＳ３０２）、ステップＳ３０３で、必要に応じて信号処理部７において各種補正や演算処理を行い、その画像信号を記録媒体９に記録する。その後はステップＳ２０５に戻り、次の駒の撮影を行うために、必要に応じて以降の処理を繰り返す。

一方、ステップＳ２１２でスイッチＳＷ２のオンが検出されていなければ、信号の低速読出しが開始される（ステップＳ２１４）。信号の低速読み出し中は、スイッチＳＷ２のオンが検出されたかどうかの判定を繰り返し（ステップＳ２１２−ステップＳ２１５）、ステップＳ２１２でスイッチＳＷ２のオンが検出されると、ステップＳ３０１に進み、信号の読み出し速度を高速に切り換える。

ステップＳ３０２で、信号の読み出しが終了すると、ステップＳ３０３で、必要に応じて信号処理部７において各種補正や演算処理を行い、その画像信号を記録媒体９に記録し、その後はステップＳ２０５に戻り、必要に応じて以降の処理を繰り返す。

一方、信号の低速読出し中にスイッチＳＷ２のオンが検出されなければ、信号の低速読み出しを継続する。ステップＳ２１５で信号の読み出しが終了すると、ステップＳ２１６で、必要に応じて信号処理部７において各種補正や演算処理を行い、その画像信号を記録媒体９に記録し、その後はステップＳ２０５に戻り、必要に応じて以降の処理を繰り返す。

本実施例２においては、低速な読み出し速度による読み出し中に、撮影動作の開始を指示するスイッチＳＷ２がオンされた場合には、システム制御部１３（制御手段）は、所定の条件以外のときと同じ読み出し速度に切り換えるようにしている。

本発明の実施例１及び実施例２に係る撮像装置の構成を示すブロック図である。本発明の実施例１に係る撮像装置の動作を示すフローチャートである。本発明の実施例２に係る撮像装置の動作を示すフローチャートである。本発明の実施例１および実施例２における撮像素子の読み出し動作を簡易に示す図である。従来の撮像装置の構成を示すブロック図である。従来の撮像装置の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１撮像光学系
２メカニカルシャッタ
３撮像素子
５タイミング信号発生部
６駆動部
７信号処理部
８画像メモリ
９記録媒体
１０記録部
１１画像表示装置
１２表示部
１３システム制御部
１４不揮発性メモリ（ＲＯＭ）
１５揮発性メモリ（ＲＡＭ）
１０９電源スイッチ
１１０スイッチＳＷ１
１１１スイッチＳＷ２
１１２温度センサＢ
１１３温度センサＡ

Claims

複数の画素の信号を転送して読み出す撮像素子と、
前記信号の転送を制御するためのクロック信号を供給する制御手段とを具備する撮像装置であって、
撮影条件に応じて、クロック信号の周波数を切り換えて読み出しを行うよう制御することを特徴とする撮像装置。
前記制御手段は、被写体の明るさが所定より低輝度の場合、または前記撮像素子における信号の蓄積時間が所定より長時間の場合、または前記撮像素子の温度が所定より高温の場合、または当該撮像装置の周辺温度が所定より低温の場合、または当該撮像装置の電源として内部電源を使用する場合の少なくともいずれかの場合には、クロック信号の周波数を低くして低速な読み出しを行うよう制御することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記制御手段は、前記低速な読み出し速度による読み出し中に、撮影動作の開始を指示するスイッチがオンされた場合には、読み出し速度をより高速に切り換えることを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。