JP2010268271A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 撮像素子の温度変化に沿った正確な制御を実現可能な撮像装置を提供すること。
【解決手段】 撮像素子を備え、被写体像を撮像する撮像部と、撮像部による連続撮像時に、撮像部の出力に含まれる暗電流成分を連続的に検出する検出部と、検出部による検出結果に応じて、撮像部における撮像動作を制御する制御部とを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、被写体像を撮像する撮像装置に関する。

電子カメラにおいては、構図確認用のスルー画像の撮像や、長時間露光、連写撮影など、撮像素子を長時間にわたって連続駆動する場合がある。撮像素子を連続駆動すると、撮像素子の温度が上昇して悪影響を生じるという問題や、消費電力が増大するという問題がある。

そこで、特許文献１の発明では、撮像素子の温度に応じて変動する信号出力の特性に注目し、撮像素子の出力に含まれる暗電流成分の影響が撮影画像に生じる可能性を撮影者に報知している。

特開２００１−７８０８４号公報

しかし、上記特許文献１の発明では、温度センサを撮像素子の近傍に配置して温度を測定し、測定した温度に応じて処理を行っている。そのため、温度センサの出力と実際の撮像素子の温度との間に測定誤差が生じると、正確な制御を行うことができないという問題があった。

本発明は上記課題を解決するためのものであって、その目的は、撮像素子の温度変化に沿った正確な制御を実現可能な撮像装置を提供することである。

本発明の撮像装置は、撮像素子を備え、被写体像を撮像する撮像部と、前記撮像部による連続撮像時に、前記撮像部の出力に含まれる暗電流成分を連続的に検出する検出部と、前記検出部による検出結果に応じて、前記撮像部における撮像動作を制御する制御部とを備える。

なお、前記撮像素子は、撮影画像の信号電荷を生成する第１受光素子が配置されている有効画素領域と、受光面が遮光されている第２受光素子が配置されている遮光画素領域とを含み、前記検出部は、前記遮光画素領域の出力に基づいて前記暗電流成分を検出し、前記撮像部は、前記検出部による検出時には、前記有効画素領域における電荷蓄積時間と異なる電荷蓄積時間で前記遮光画素領域における電荷蓄積を行っても良い。

また、前記撮像部は、前記検出部による検出時には、前記有効画素領域における電荷蓄積時間よりも長い電荷蓄積時間で前記遮光画素領域における電荷蓄積を行っても良い。

また、前記制御手段は、前記撮像動作として、前記暗電流成分の検出のための撮像の中止と、前記暗電流成分の検出のための撮像のフレームレートの変更と、前記暗電流成分の検出のための撮像における間引き度合いの変更と、前記暗電流成分の検出のための撮像に関する電圧の変更との少なくとも１つを行っても良い。

また、前記撮像部による連続撮像は、構図確認用のスルー画像の撮像であっても良い。

また、前記撮像部による本撮影指示を受け付ける操作部を備え、前記本撮影指示を受け付けると、前記検出部は、前記暗電流成分の検出を中止しても良い。

また、前記撮像部による本撮影指示を受け付ける操作部を備え、前記本撮影指示を受け付けると、前記撮像部は、前記暗電流成分の検出のための撮像を中止しても良い。

また、前記本撮影指示を受け付けると、前記撮像部は、前記有効画素領域における電荷蓄積時間と略同じ電荷蓄積時間で前記遮光画素領域における電荷蓄積を行っても良い。

本発明によれば、撮像素子の温度変化に沿った正確な制御を実現可能な撮像装置を提供することができる。

本実施形態の撮像装置のブロック図 撮像素子を受光面側からみた図 撮像素子の信号レベルの値と撮像素子の温度との相関図 撮像素子における露光時間について説明する図 撮像装置の動作を示すフローチャート

図１は本実施形態の撮像装置のブロック図である。撮像装置は、撮像素子１１と、アナログフロントエンド（ＡＦＥ）部１２と、Ａ／Ｄ変換部１３と、タイミングジェネレータ（ＴＧ）１４と、撮像素子制御部１５と、画像処理部１６と、記録Ｉ／Ｆ１７と、操作部１８およびレリーズ釦１９と、表示部２０と、ＣＰＵ２１とを有している。

撮像素子１１は、ＣＭＯＳ撮像素子であり、撮影光学系（不図示）の像空間側に配置される。撮像素子１１は、受光面における被写体の結像を光電変換してアナログ信号を生成する。この撮像素子１１の出力はＡＦＥ部１２に接続されている。

撮像素子１１の受光面は、有効画素領域３１と、第１遮光画素領域３２と、第２遮光画素領域３３とに区画されている（図２参照）。そして、撮像素子１１の受光面には、複数の受光素子がマトリックス状に配列されている。撮像素子１１の有効画素領域３１では、被写体の結像の明るさに応じて各受光素子に信号電荷が蓄積される。そして、有効画素領域３１の出力に基づいて、撮影画像を構成する画像信号が生成される。

撮像素子１１の第１遮光画素領域３２は、第２遮光画素領域３３を挟んで有効画素領域３１の反対側に隣接して形成されている。第１遮光画素領域３２および第２遮光画素領域３３では各受光素子の表面が遮光膜によって覆われている。この第１遮光画素領域３２および第２遮光画素領域３３の受光素子は、遮光状態にある点を除いては有効画素領域３１の受光素子と同様に構成されている。第１遮光画素領域３２および第２遮光画素領域３３では、温度変化等による蓄積電荷（暗電流成分）が各受光素子に蓄積される。本実施形態では、第１遮光画素領域３２や第２遮光画素領域３３の出力に基づいて、有効画素領域３１の出力を黒レベルにクランプするためのクランプレベルが決定される。

一方、撮像素子１１の第２遮光画素領域３３は、有効画素領域３１と第１遮光画素領域３２との間に、有効画素領域３１に隣接して形成されている。例えば、図２の例では、有効画素領域３１の上側において水平方向に延長するように第２遮光画素領域３３が形成されている。なお、以下では、第２遮光画素領域３３には、水平方向に２ラインの画素列が含まれるものとして説明を行う。勿論、第２遮光画素領域３３の配置は図２の例に限定されずに任意に変更できる。 本実施形態では、第２遮光画素領域３３の出力に基づいて、暗電流成分の検出が行われる。

ＡＦＥ部１２は、不図示のＣＤＳ回路において相関二重サンプリングを行い、撮像素子１１の出力信号のノイズ成分を低減する。そして、ＡＦＥ部１２は、不図示のゲイン回路によって入力信号の利得を増幅する。このゲイン回路は、画像信号に対して、ＩＳＯ感度に相当する撮像感度の調整を実行する。さらに、ＡＦＥ部１２は、不図示のクランプ回路によって入力信号の波形の特定部分を一定の電圧レベルにクランプする。なお、このクランプ回路は、第１遮光画素領域３２の信号出力に基づいて、画像信号をクランプすることで黒レベルの調整を実行する。

Ａ／Ｄ変換部１３はＡＦＥ部１２からの出力信号をＡ／Ｄ変換する。このＡ／Ｄ変換部１３から出力されたデジタル信号は画像処理部１６に入力される。

ＴＧ１４は、ＣＰＵ２１の指示により、撮像素子１１およびＡＦＥ部１２に対して各種動作に必要となるタイミングパルスを供給する。なお、ＣＰＵ２１は、ＴＧ１４のタイミングパルスによって撮像素子１１の電荷蓄積時間や信号読み出しのタイミングなどを調整する。

撮像素子制御部１５は、ＣＰＵ２１の指示に応じて、撮像素子１１の駆動を制御する。具体的には、ＴＧ１４とともに撮像素子１１のフレームレートを制御したり、撮像素子１１における間引きモードを制御したりする。制御の詳細は後述する。

画像処理部１６は、デジタル画像信号に各種の画像処理を施して撮影画像データを生成する。この画像処理部１６は撮影画像データの圧縮処理も実行する。

記録Ｉ／Ｆ１７には記録媒体２２を接続するためのコネクタが形成されている。そして、記録Ｉ／Ｆ１７は、コネクタに接続された記録媒体２２に対して撮影画像データの書き込み／読み込みを実行する。上記の記録媒体２２は、半導体メモリを内蔵したカード型記録媒体などで構成される。なお、図１では記録媒体２２の一例としてカード型記録媒体を図示する。

操作部１８は、例えば、コマンドダイヤルや十字状のカーソルキー等で構成される。この操作部１８は、露光時間および撮像感度の設定に関する入力などをユーザから受け付ける。また、レリーズ釦１９はレリーズタイミングの指示入力をユーザから受け付ける。

ここで、本実施形態での撮像素子１１の受光素子の出力に含まれる暗電流成分と温度との相関を図３に示す。受光素子の出力に含まれる暗電流成分は、撮像素子１１の温度上昇に対して指数関数的に増加することが公知である。そのため、本実施形態では、暗電流成分の信号レベルから撮像素子１１の状態を推測し、撮像素子１１を制御する。

以下、本実施形態の撮像装置の撮影待機状態における動作を説明する。撮影待機状態において、ＣＰＵ２１は、撮像素子制御部１５を介して撮像素子１１を制御し、撮像素子１１による撮像を所定の時間間隔で繰り返し行う。そして、ＣＰＵ２１は、各部を介して構図確認用の画像（いわゆる「ライブビュー画像」や「スルー画像」）を生成し、表示部２０に表示する。

このとき、撮像素子１１の有効画素領域３１と、第１遮光画素領域３２と、第２遮光画素領域３３とにおける露光時間は撮像素子制御部１５により制御される。有効画素領域３１および第１遮光画素領域３２では、例えば、図４に示すように、３０ｆｐｓ程度の露光時間（電荷蓄積時間）で繰り返し撮像が行われる。一方、第２遮光画素領域３３では、例えば、図４に示すように、１ｆｐｓ程度の露光時間（電荷蓄積時間）で繰り返し撮像が行われる。図４において、読み出し位置がずれているのは、撮像素子１１が不図示のローリングシャッタを備えているためである。また、有効画素領域３１および第１遮光画素領域３２よりも第２遮光画素領域３３の露光時間が長く設定されるのは、暗電流成分を検出するために、検出可能な程度に暗電流を蓄積させる必要があるためである。

有効画素領域３１の出力は、構図確認用の画像の生成に用いられ、第１遮光画素領域３２の出力は、構図確認用の画像の白点画素の欠陥補正、黒レベル補正などの処理に用いられる。そして、第２遮光画素領域３３の出力は、暗電流成分の検出に用いられる。

次に、図５のフローチャートを参照して、撮影待機状態における暗電流成分の検出および検出結果に基づく撮像素子１１の制御時のＣＰＵ２１の動作を説明する。

ステップＳ１において、ＣＰＵ２１は、暗電流値Ｌを取得する。ＣＰＵ２１は、撮像素子１１の第２遮光画素領域３３の出力を取得し、２ラインの平均を算出して、暗電流値Ｌを取得する。

ステップＳ２において、ＣＰＵ２１は、ステップＳ１で取得した暗電流値Ｌ≧Ｔａであるか否かを判定する。ＣＰＵ２１は、暗電流値Ｌ＜Ｔａである場合には、ステップＳ１に戻る。一方、暗電流値Ｌ≧Ｔａであると判定すると、ＣＰＵ２１は、ステップＳ３に進む。Ｔａとは、予め定められた閾値（例えば、１２ｂｉｔで５０〜６０ＬＳＢ、５０℃程度に相当）である。この閾値Ｔａは、撮像素子１１の温度特性を予め調べて定められたものとする。なお、閾値Ｔａは、撮像装置に外部から情報を入力して適宜可能な構成としても良い。

ステップＳ３において、ＣＰＵ２１は、ステップＳ１で取得した暗電流値Ｌ≧Ｔｂであるか否かを判定する。ＣＰＵ２１は、暗電流値Ｌ＜Ｔｂである場合には、ステップＳ４に進む。一方、暗電流値Ｌ≧Ｔｂであると判定すると、ＣＰＵ２１は、後述するステップＳ５に進む。Ｔｂとは、上述した閾値Ｔａと同様に、予め定められた閾値（例えば、１２ｂｉｔで１００〜１１０ＬＳＢ、６０℃程度に相当）である。また、閾値Ｔｂ＞閾値Ｔａであり、閾値Ｔｂも、撮像素子１１の温度特性を予め調べて定められたものとする。なお、閾値Ｔｂも、上述した閾値Ｔａと同様に、撮像装置に外部から情報を入力して適宜可能な構成としても良い。

ステップＳ４において、ＣＰＵ２１は、ＴＧ１４および撮像素子制御部１５を制御して、撮像素子１１の撮像モードを変更する。ＣＰＵ２１は、ＴＧ１４から発生するタイミングパルスの周波数を所定数下げ、フレームレートを変化させる。フレームレートを段階的に変化可能である場合には、ステップＳ４の処理を行う度に、徐々に周波数を低下させると良い。このようにフレームレートを変化させることにより、撮像素子１１の温度上昇を抑えることができる。ＣＰＵ２１は、撮像モードを変更すると、ステップＳ１に戻り、再び暗電流値Ｌを取得する。

ステップＳ５において、ＣＰＵ２１は、ステップＳ１で取得した暗電流値Ｌ≧Ｔｃであるか否かを判定する。ＣＰＵ２１は、暗電流値Ｌ＜Ｔｃである場合には、ステップＳ６に進む。一方、暗電流値Ｌ≧Ｔｃであると判定すると、ＣＰＵ２１は、後述するステップＳ７に進む。Ｔｃとは、上述した閾値ＴａおよびＴｂと同様に、予め定められた閾値（例えば、１２ｂｉｔで１５０〜１６０ＬＳＢ、８０℃程度に相当）である。また、閾値Ｔｃ＞閾値Ｔｂであり、閾値Ｔｃも、撮像素子１１の温度特性を予め調べて定められたものとする。なお、閾値Ｔｃも、上述した閾値ＴａおよびＴｂと同様に、撮像装置に外部から情報を入力して適宜可能な構成としても良い。

ステップＳ６において、ＣＰＵ２１は、ＴＧ１４および撮像素子制御部１５を制御して、撮像素子１１の間引きモードを変更する。ＣＰＵ２１は、撮像素子制御部１５を制御し、読み出し時の間引きの度合いを変化させて間引きモードを変更する。間引きの度合いを段階的に変化可能である場合には、ステップＳ６の処理を行う度に、徐々に間引きの度合いを大きくさせると良い。このように間引きの度合いを変化させることにより、撮像素子１１の温度上昇を抑えることができる。ＣＰＵ２１は、間引きモードを変更すると、ステップＳ１に戻り、再び暗電流値Ｌを取得する。

ステップＳ７において、ＣＰＵ２１は、警告動作を行う。ステップＳ５において暗電流値Ｌ≧Ｔｃであると判定した場合には、撮像素子１１に異常や故障が発生するおそれがあるため、ＣＰＵ２１は、後述するステップＳ８において構図確認用画像の撮像を中止する。したがって、この中止を前もってユーザに報知するために、ＣＰＵ２１は、ユーザに対する警告動作を行う。警告動作として、表示部２０による表示を行っても良いし、不図示のランプなどを利用しても良い。また、アラームやスピーカなどの音声出力部を利用しても良い。

ステップＳ８において、ＣＰＵ２１は、ＴＧ１４および撮像素子制御部１５を制御して、撮像素子１１による撮像を中止する。ＣＰＵ２１は、撮像素子１１による撮像を中止することにより、上述した暗電流成分の検出も中止する。さらに、ＣＰＵ２１は、撮像素子１１による撮像を中止することにより、構図確認用画像の撮像および表示も中止する。

なお、上述した一連の処理の最中に、ユーザによるレリーズ釦１９の全押しがあると、ＣＰＵ２１は本撮影指示を受け付け、被写体の本撮影処理に移行する。このとき、第２遮光画素領域３３による暗電流成分の検出のための電荷蓄積の途中であった場合には、ＣＰＵ２１は、この電荷蓄積を中断し、被写体の本撮影処理に移行する。本撮影においては、第２遮光画素領域３３の露光時間は、有効画素領域３１および第１遮光画素領域３２の露光時間と同じ長さとし、第２遮光画素領域３３の出力も第１遮光画素領域３２の出力と同様に、構図確認用の画像の白点画素の欠陥補正、黒レベル補正などの処理に用いる。

以上説明したように、本実施形態によれば、撮像素子を備え、被写体像を撮像する撮像部と、撮像部による連続撮像時に、撮像部の出力に含まれる暗電流成分を連続的に検出する検出部とを備え、検出部による検出結果に応じて、撮像部における撮像動作を制御する。そのため、撮像素子の温度状態を高い精度で把握し、温度変化に沿った正確な制御を実現することができるとともに、暗電流成分を適切に抑制することができる。特に、本実施形態によれば、暗電流成分にしたがって制御を行うため、温度センサによる測定誤差や撮像素子の個体バラツキなどの影響も抑えることができる。また、温度センサを実装せずに撮像素子の温度変化に沿った正確な制御を実現することができる。

また、本実施形態によれば、撮像素子は、撮影画像の信号電荷を生成する第１受光素子が配置されている有効画素領域と、受光面が遮光されている第２受光素子が配置されている遮光画素領域とを含み、検出部は、遮光画素領域の出力に基づいて暗電流成分を検出し、撮像部は、検出部による検出時には、有効画素領域における電荷蓄積時間よりも長い電荷蓄積時間で遮光画素領域における電荷蓄積を行う。したがって、暗電流成分を検出するために、検出可能な程度に暗電流を蓄積させることができる。

また、本実施形態によれば、検出部の検出結果に応じた撮像動作として、暗電流成分の検出のための撮像の中止と、暗電流成分の検出のための撮像のフレームレートの変更と、暗電流成分の検出のための撮像における間引き度合いの変更とを行う。したがって、撮像素子の温度上昇をリアルタイムで抑制したり、撮像素子に異変や故障が発生する前に対処したりすることができる。

また、本実施形態によれば、撮像部による連続撮像は、構図確認用のスルー画像の撮像である。したがって、撮像素子１１の出力に発生する暗電流成分を適宜制御し、その後に行われる本撮影時の暗電流量を抑制することができる。そのため、構図確認用のスルー画像の撮像中に暗電流成分が増大し、本撮影により生成した画像の画質が低下するという問題を防ぐことができる。また、長時間にわたって構図確認用のスルー画像の撮像が行われた場合でも、撮像素子１１に異常や故障が発生しないように撮像装置を制御することができる。また、長時間にわたって構図確認用のスルー画像を撮像することができるので、構図確認用のスルー画像の撮像を不要に中断し、ユーザのシャッタチャンスを損なうことを避けることができる。

なお、本実施形態では、図５のフローチャートに示したように、３つの閾値（Ｔａ〜Ｔｃ）を設け、段階的に撮像部における撮像動作を制御する例を示したが、閾値を１つまたは２つにして、１種類または２種類の撮像動作を制御する構成としても良い。また、３つの閾値（Ｔａ〜Ｔｃ）は一例であり、本発明はこの例に限定されない。さらに、図５のフローチャートに示した３つの制御に代えて、その他の制御を行っても良いし、その他の制御をさらに行っても良い。例えば、暗電流成分の検出結果に応じて、電圧を低下させる構成としても良い。

また、本実施形態では、図４に示したように、暗電流成分検出のための第２遮光画素領域３３に２ラインの画素列が含まれる例を示したが、本発明はこの例に限定されない。また、第２遮光画素領域３３に含まれる画素が離散的に配置されていても良い。

また、本実施形態では、第２遮光画素領域３３の露光時間が固定である場合を例に挙げて説明したが、本発明はこの例に限定されない。例えば、経時変化や暗電流成分の増減に応じて、露光時間を適宜変更し、換算した後に閾値と比較する構成としても良い。

また、本実施形態では、暗電流成分の検出結果に応じて、暗電流成分を抑える方向に撮像素子１１の撮像動作を変更する例のみを示した。しかし、暗電流成分が低下した場合には、逆の方向に撮像素子１１の撮像動作を変更する構成としても良い。例えば、暗電流成分が低下した場合には、図５のフローチャートのステップＳ４と逆に、ＴＧ１４から発生するタイミングパルスの周波数を所定数上げ、フレームレートを変化させても良い。また、図５のフローチャートのステップＳ６と逆に、間引きの度合いを小さく変化させても良い。

また、本実施形態の図５のフローチャートのステップＳ７およびステップＳ８において構図確認用画像の撮像を中止した後に、操作部１８を介して、ユーザにより構図確認用画像の撮像再開が指示された場合には、図５のフローチャートのステップＳ１と同様に暗電流値Ｌを取得し、所定の閾値と比較することにより、再開が可能かどうかを判断する構成としても良い。そして、構図確認用画像の撮像再開が可能であると判断した場合には、ユーザの指示通り構図確認用画像の撮像を再開し、暗電流成分が多く、再開は不可能であると判断した場合には、その旨をユーザに報知する構成としても良い。

また、本実施形態で説明した暗電流成分に基づいて、撮像素子１１の内部温度を推測する構成としても良い。内部温度を推測する際には、暗電流値と内部温度との対応関係を予め求めてテーブルなどに記憶しておけば良い。そして、このテーブルを用いることにより、第２遮光画素領域３３の出力に基づく暗電流値から内部温度を推測することができる。このような構成とする場合には、図５のフローチャートで説明した閾値（Ｔａ〜Ｔｃ）として、温度の閾値を設ければ良い。また、推測した内部温度は、撮像装置において温度を基準として行う各処理にも汎用的に利用することができる。

また、本実施形態では、撮影待機状態における動作を例に挙げて説明したが、本発明はこの例に限定されない。例えば、動画像を撮像する際にも本発明を略同様に適用することができる。

１１…撮像素子、１５…撮像素子制御部、１６…画像処理部、１８…操作部、２０…ＣＰＵ、３１…有効画素領域、３２…第１遮光画素領域、３３…第２遮光画素領域

Claims (8)

1. 撮像素子を備え、被写体像を撮像する撮像部と、
   前記撮像部による連続撮像時に、前記撮像部の出力に含まれる暗電流成分を連続的に検出する検出部と、
   前記検出部による検出結果に応じて、前記撮像部における撮像動作を制御する制御部と
   を備えたことを特徴とする撮像装置。
2. 請求項１に記載の撮像装置において、
   前記撮像素子は、撮影画像の信号電荷を生成する第１受光素子が配置されている有効画素領域と、受光面が遮光されている第２受光素子が配置されている遮光画素領域とを含み、
   前記検出部は、前記遮光画素領域の出力に基づいて前記暗電流成分を検出し、
   前記撮像部は、前記検出部による検出時には、前記有効画素領域における電荷蓄積時間と異なる電荷蓄積時間で前記遮光画素領域における電荷蓄積を行う
   ことを特徴とする撮像装置。
3. 請求項２に記載の撮像装置において、
   前記撮像部は、前記検出部による検出時には、前記有効画素領域における電荷蓄積時間よりも長い電荷蓄積時間で前記遮光画素領域における電荷蓄積を行う
   ことを特徴とする撮像装置。
4. 請求項１に記載の撮像装置において、
   前記制御手段は、前記撮像動作として、前記暗電流成分の検出のための撮像の中止と、前記暗電流成分の検出のための撮像のフレームレートの変更と、前記暗電流成分の検出のための撮像における間引き度合いの変更と、前記暗電流成分の検出のための撮像に関する電圧の変更との少なくとも１つを行う
   ことを特徴とする撮像装置。
5. 請求項１に記載の撮像装置において、
   前記撮像部による連続撮像は、構図確認用のスルー画像の撮像である
   ことを特徴とする撮像装置。
6. 請求項１に記載の撮像装置において、
   前記撮像部による本撮影指示を受け付ける操作部を備え、
   前記本撮影指示を受け付けると、前記検出部は、前記暗電流成分の検出を中止する
   ことを特徴とする撮像装置。
7. 請求項１に記載の撮像装置において、
   前記撮像部による本撮影指示を受け付ける操作部を備え、
   前記本撮影指示を受け付けると、前記撮像部は、前記暗電流成分の検出のための撮像を中止する
   ことを特徴とする撮像装置。
8. 請求項６または請求項７に記載の撮像装置において、
   前記本撮影指示を受け付けると、前記撮像部は、前記有効画素領域における電荷蓄積時間と略同じ電荷蓄積時間で前記遮光画素領域における電荷蓄積を行う
   ことを特徴とする撮像装置。
   

Images