JP2013192058A

JP2013192058A - 撮像装置

Info

Publication number: JP2013192058A
Application number: JP2012057115A
Authority: JP
Inventors: Noriyoshi Tachikawa; 法義立川
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2012-03-14
Filing date: 2012-03-14
Publication date: 2013-09-26

Abstract

【課題】カラムアンプにおける電源電圧や接地電圧の変動を抑止することで、取得される画像にストリーキングが発生することを防止する。
【解決手段】被写体光を光電変換する光電変換部と、光電変換部における光電変換により得られる信号電荷の電荷蓄積容量を変更することが可能な電荷蓄積部とを備えた複数の画素が行列状に配置された撮像素子と、撮影範囲中の高輝度領域の有無を検出する検出手段と、検出手段により高輝度領域が検出された場合に、電荷蓄積部における信号電荷の電荷蓄積容量を変更する制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＣＭＯＳイメージセンサからなる固体撮像素子を備えた撮像装置に関する。

デジタルカメラに代表される撮像装置において用いられる固体撮像素子（以下、撮像素子）として、ＣＭＯＳイメージセンサが挙げられる。撮影時には、ＣＭＯＳイメージセンサは、行列状に配置された複数の画素のそれぞれに設けられたフォトダイオードにて光電変換が行われ、この光電変換により得られた信号電荷を画素信号として列毎に設けられた垂直信号線を介してカラムアンプに入力される。例えば高輝度の被写体像を撮影した場合、振幅の大きな画素信号がカラムアンプに向けて出力される。この振幅の大きな画素信号がカラムアンプに入力されると、カラムアンプの電源電圧や接地電圧が変化してしまう。また、カラムアンプは列毎に設けられ、カラムアンプは共通の電圧供給部を使用していることから、このような振幅の大きな画素信号が出力されたときには、全てのカラムアンプの電源電圧や接地電圧が変化してしまう。このため、各カラムアンプから出力される画素信号が変位し、出力画像においては、水平方向に横帯状のノイズ（所謂、ストリーキング）が発生してしまう。このストリーキングの発生を防止するために、各カラムアンプにクリップ回路を設け、カラムアンプから出力される画素信号の振幅を一定の振幅に制御する技術が提案されている（特許文献１参照）。

特開２００９−１７７７４９号公報

しかしながら、クリップ回路を設けることで、カラムアンプから出力される画素信号の振幅を一定にすることができるものの、高輝度の被写体像を撮影した場合に各画素から出力される振幅の大きな画素信号がカラムアンプに入力した場合に生じる、カラムアンプの電源電圧や接地電圧の変化を抑止するものではない。

本発明は、カラムアンプにおける電源電圧や接地電圧の変動を抑止することで、取得される画像にストリーキングが発生することを防止できるようにした撮像装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明の撮像装置は、被写体光を光電変換する光電変換部と、該光電変換部における光電変換により得られる信号電荷の電荷蓄積容量を変更することが可能な電荷蓄積部とを備えた複数の画素が行列状に配置された撮像素子と、撮影範囲中の高輝度領域の有無を検出する検出手段と、前記検出手段により前記高輝度領域が検出された場合に、前記電荷蓄積部における信号電荷の電荷蓄積容量を変更する制御手段と、を備えたことを特徴とする。

また、前記電荷蓄積部は、前記検出手段における検出結果に拘わらず使用される第１の電荷蓄積部と、前記検出手段により前記高輝度領域が検出されたときに使用可能な第２の電荷蓄積部とから構成され、前記制御手段は、前記第２の電荷蓄積部を使用するか否かを切り替えることで、前記信号電荷の電荷蓄積容量を変更することが好ましい。

また、前記制御手段は、前記検出手段により高輝度領域が検出された場合に、前記複数の画素の全画素に対して、前記電荷蓄積部における信号電荷の電荷蓄積容量を変更することが好ましい。

また、前記制御手段は、前記検出手段により高輝度領域が検出された場合に、該高輝度領域に含まれる画素及び該画素と同一行に配置された画素に対して、前記電荷蓄積部における信号電荷の電荷蓄積容量を変更することが好ましい。

また、被写体輝度を測定する測光手段を備え、前記検出手段は、前記測光手段によって測定された被写体輝度が予め設定された閾値を超過する領域を高輝度領域として検出することが好ましい。

また、撮影に係る処理の開始時に操作される撮影開始操作部材を備え、前記検出手段は、前記撮影開始操作部材の操作前に取得される画像に基づいて、前記高輝度領域の有無を検出することが好ましい。

また、前記検出手段により高輝度領域が検出されたときに、該高輝度領域の色情報を取得する情報取得手段をさらに備え、前記制御手段は、前記情報取得手段により取得された前記高輝度領域の色情報に基づいた色成分の画素に対して、前記電荷蓄積部における信号電荷の電荷蓄積容量を変更することが好ましい。

本発明によれば、カラムアンプにおける電源電圧や接地電圧の変動を抑止することで、取得される画像にストリーキングが発生することを防止できる。

本発明のデジタルカメラの電気的構成を示す機能ブロック図である。撮像素子の電気的構成を示す機能ブロック図である。撮像時の処理の流れを示すフローチャートである。撮像素子の受光面の構成の一例を示す説明図である。

図１は、本発明を用いた撮像装置の一例であるデジタルカメラの電気的構成を示す機能ブロック図である。図１に示すように、デジタルカメラ１０は、撮像光学系１５によって取り込まれた被写体光を撮像素子１６によって光電変換し、光電変換後の電気信号（画素信号）から画像データを取得する。撮像光学系１５は、図示を省略したズームレンズやフォーカスレンズなどを含むレンズ群から構成される。これらズームレンズやフォーカスレンズは図示を省略したレンズ駆動機構によって光軸Ｌ方向に移動する。この撮像素子１６には、例えばＣＭＯＳイメージセンサが用いられる。

撮像光学系１５と撮像素子１６との間には、シャッタ１７が配置される。シャッタ１７は、駆動機構１８により開状態と閉状態との間で切り替えられる。このシャッタ１７が開状態の場合に、撮像光学系１５を介して取り込まれた被写体光が撮像素子１６に受光される。なお、本実施形態では、機械式のシャッタ１７を用いた実施形態としているが、これに限定される必要はなく、電子シャッタを用いることも可能である。

Ａ／Ｄ変換部２０は、入力された画像信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する。このデジタル信号に変換された画像信号は、バッファメモリ２５に書き込まれる。本実施形態では、Ａ／Ｄ変換部２０を撮像素子１６とは別個に構成しているが、これに限定される必要はなく、Ａ／Ｄ変換部を備えた撮像素子を用いることも可能である。なお、符号２１はタイミングジェネレータ（ＴＧ）であり、このタイミングジェネレータ２１は、撮像素子１６、Ａ／Ｄ変換部２０の駆動タイミングを制御するために設けられる。

画像処理回路３０は、バッファメモリ２５に書き込まれた画像信号に対して、ＯＢクランプ処理やノイズ除去処理などを施した後、これら処理が行われた画像信号をバッファメモリに書き込む。この処理の後、ホワイトバランス（ＷＢ）処理、色補間処理、輪郭補償処理、ガンマ処理などの画像処理を施す。画像処理回路３０は、これら処理が施された画像信号に対して圧縮処理を施す。この圧縮処理が実行されることで、例えばＪＰＥＧ方式の静止画像データが生成される。この画像処理回路３０は、静止画像データの他に、サムネイル画像データを生成する。

接続用Ｉ／Ｆ３１は、メモリカードや光学ディスク、或いは磁気ディスクなどの記憶媒体３２が接続可能となっている。この接続用Ｉ／Ｆ３１に記憶媒体３２が接続されることで、静止画像や動画像などの画像ファイルを記録する、又は記憶媒体３２に記憶された画像ファイルを読み出すことが可能となる。例えば画像ファイルが静止画像に基づくものであれば、画像処理回路３０にて生成された静止画像データ、サムネイル画像データの他に、撮影時の撮影条件を示す情報やデジタルカメラ１０の情報が一つにまとめられたＥｘｉｆ形式の画像ファイルが記憶媒体３２に書き込まれる。

ＬＣＤ３３は、表示装置の一形態であって、スルー画像や、撮影時に得られた画像を表示する。また、この他に、ＬＣＤ３３は、デジタルカメラ１０の設定を行う際の設定用の画像を表示する。なお、符号３４は、ＬＣＤ３３の駆動制御を行う表示制御回路である。

ＣＰＵ４１は、バス４２を介して、バッファメモリ２５、画像処理回路３０、接続用Ｉ／Ｆ３１、表示制御回路３４、内蔵メモリ４３などと電気的に接続される。このＣＰＵ４１には、レリーズボタン４５、設定操作部４６などが接続されており、ＣＰＵ４１は、これら操作部材における操作要求や内蔵メモリ４３に記憶された制御プログラムに基づいて、デジタルカメラ１０の各部を制御する。

ＣＰＵ４１は、周知のＡＥ処理部５１、ＡＦ処理部５２の他に、領域検出部５３の機能を備えている。ＡＥ処理部５１は、レリーズボタン４５の半押し操作時に測定された被写体輝度に基づいて撮影時の露出条件を決定する。以下、被写体輝度は測光センサ５４により測定される場合について説明するが、撮像素子１６により取得されるスルー画像から被写体輝度を測定してもよい。

ＡＦ処理部５２は、撮像光学系１５を構成するフォーカスレンズを光軸Ｌ方向に微小移動させたときに撮像素子１６から得られる画素信号を用いて焦点評価値を求める。そして、ＡＦ処理部５２は、算出された焦点評価値が最も高くなる位置を焦点が合う位置として設定する。この際、焦点評価値は、撮像素子１６に配置される全画素の画素値の平均や、被写体の領域など、予め設定された領域に含まれる画素の画素値の平均を用いることで求められる。

領域検出部５３は、測光センサ５４により測定された被写体輝度から高輝度となる領域（以下、高輝度領域）を検出する。この高輝度領域の検出は、例えば測光センサ５４により測定された被写体輝度が予め設定された閾値を超過するか否かを判定することで実行される。なお、この判定に用いる閾値は、例えば、後述するカラムアンプに入力される画素信号の振幅が他のカラムアンプに影響を与える、言い換えれば、出力画像にストリーキングが発生するときの輝度値を予め実験、統計などにより求め、このときの輝度値を閾値として内蔵メモリ４３に書き込んでおけばよい。領域検出部５３により、高輝度領域が検出されたときには、ＣＰＵ４１は、撮像素子１６の全画素に対して信号電荷の蓄積容量を切り替えるための容量選択信号を出力させるように、タイミングジェネレータ２１を制御する。

レリーズボタン４５は、撮影時に操作される操作部材である。このレリーズボタン４５には、２つのスイッチＳＷ１，ＳＷ２が設けられている。スイッチＳＷ１は、レリーズボタン４５が半押し操作された場合にオンになるスイッチであり、スイッチＳＷ２は、レリーズボタン４５が全押し操作された場合にオンになるスイッチである。設定操作部４６は、デジタルカメラ１０の基本設定、撮影時の露光条件（絞り値やシャッタ速度等）及び撮影モード等の設定時に操作される。測光センサ５４は、レリーズボタン４５が半押し操作された場合に、被写体輝度を測定する。

図２に示すように、撮像素子１６は、行列状に配列された複数の画素Ａ_xy（ｘ＝１，２，・・,ｉ、ｙ＝１，２，・・・，ｊ）、垂直走査回路６１、水平走査回路６２、定電流源６３、垂直線選択用トランジスタ６４、カラムアンプ６５、ＣＤＳ回路６６及び出力アンプ６７を備えている。なお、垂直走査回路６１及び水平走査回路６２及びＣＤＳ回路６６は、それぞれタイミングジェネレータ２１からの制御信号に基づいて作動する。

複数の画素Ａ_xyは行列状に配置される。以下、ｘ方向を列、ｙ方向を行とする。これら画素Ａ_xyは、光電変換によって信号電荷を生成するフォトダイオード７１、フォトダイオード７１により生成された信号電荷を電圧として蓄積するコンデンサ（フローティングディフュージョン）７２，７３、フォトダイオード７１に蓄積された信号電荷をコンデンサ７３に転送するか否かを切り替える容量選択トランジスタ７４、フォトダイオード７１に蓄積された信号電荷をコンデンサに転送する転送トランジスタ７５、ゲートがコンデンサ７２，７３と接続されてコンデンサ７２又はコンデンサ７３の電位変動を電圧信号に変換する増幅トランジスタ７６、信号電荷を読み出す画素を行単位で選択するための選択トランジスタ７７、コンデンサ７２，７３の電位を電源電位にリセットするためのリセットトランジスタ７８を有している。なお、容量選択トランジスタ７４のオンオフを切り替えることで、信号電荷の蓄積容量が変更される。この信号電荷の蓄積容量の変更に応じて、増幅トランジスタ７６における増幅率が変更される。

複数の画素Ａ_xyは、垂直走査回路６１から水平方向に延びる複数の信号線８１，８２，８３，８４，８５によって電気的にそれぞれ接続される。これら複数の信号線のうち、信号線８１は転送用の信号線、信号線８２は容量選択用の信号線、信号線８３はリセット用の信号線、信号線８４は画素選択用の信号線、信号線８５は電源用の信号線である。また、信号線８６は垂直信号線である。

垂直走査回路６１は、タイミングジェネレータ２１からの制御信号を受けて、転送信号、容量選択信号、リセット信号、画素選択信号などを画素Ａ_xyに出力する。また、水平走査回路６２は、垂直線選択トランジスタ６４に列選択信号を出力する。

定電流源６３は、垂直信号線に定電流を印加することで、各画素Ａ_xyから出力される画素信号を適切に出力させる。なお、図２において、定電流源６３は、垂直信号線８５のそれぞれに設けているが、実際には、１つの定電流源から各垂直信号線に定電流が印加される。垂直線選択用トランジスタ６４は、水平走査回路６２からの列選択信号を受けてオンとなり、読み出し対象となる画素Ａ_xyの画素信号をカラムアンプ６５に入力させる。このカラムアンプ６５は入力される画素信号を増幅し、ＣＤＳ回路６６に出力する。このカラムアンプ６５は、第１増幅率、及び第２増幅率（第１増幅率＜第２増幅率）のいずれかの増幅率を用いて、入力される画素信号を増幅する。なお、符号８７は、カラムアンプ６５に定電圧を印加する際に用いる信号線である。ＣＤＳ回路６６は、入力される画素信号に対して相関二重サンプリング処理を施すことで、各画素Ａ_xyに設けられたトランジスタのばらつきによるノイズ成分を除去する。なお、このＣＤＳ回路６６から出力される画素信号は、水平信号線８８により出力アンプ６７に出力される。

次に、撮像時における処理の流れについて、図３のフローチャートに基づいて説明する。この図３のフローチャートは、撮像素子１６の各画素において容量選択トランジスタ７４がオフとなる場合を契機にして実行される。なお、容量選択トランジスタ７４がオフとなる場合、カラムアンプ６５におけるゲインは第１ゲインとなる。

ステップＳ１０１は、レリーズボタンの半押し操作が実行されたか否かを判定する処理である。ＣＰＵ４１は、上述したスイッチＳＷ１からのオン信号が入力されたか否かによって、このステップＳ１０１の処理を判定する。例えば、スイッチＳＷ１からのオン信号が入力された場合には、ＣＰＵ４１は、レリーズボタン４５の半押し操作が実行されたと判定する。この場合、ステップＳ１０１の判定処理はＹｅｓとなり、ステップＳ１０２に進む。一方、スイッチＳＷ１からのオン信号が入力されない場合には、ＣＰＵ４１は、レリーズボタン４５の半押し操作が実行されていないと判定する。この場合、ステップＳ１０１の判定処理をＮｏとし、このステップＳ１０１の判定処理がＹｅｓとなるまで、このステップＳ１０１の判定処理を繰り返す。

ステップＳ１０２は、高輝度領域を検出する処理である。ＣＰＵ４１は、測光センサ５４を作動させ、被写体輝度を測定する。測光センサ５４により測定された被写体輝度はＣＰＵ４１に入力される。ＣＰＵ４１は、測定された被写体輝度が閾値を超過するか否かを判定することで、撮影範囲中の高輝度領域の有無を検出する。

ステップＳ１０３は、高輝度領域があるか否かを判定する処理である。ステップＳ１０２により高輝度領域を検出する処理がＣＰＵ４１にて実行されている。上述したステップＳ１０２の処理において高輝度領域が検出されていれば、ＣＰＵ４１は、ステップＳ１０３の判定処理をＹｅｓとし、ステップＳ１０４に進む。一方、上述したステップＳ１０２の処理において高輝度領域が検出されていない場合には、ＣＰＵ４１は、ステップＳ１０３の判定処理をＮｏとし、ステップＳ１０６に進む。

ステップＳ１０４は、信号電荷の蓄積容量を変更する処理である。この撮像時における処理が開始されたときには、各画素の容量選択トランジスタ７４はオフになっている。ＣＰＵ４１は、タイミングジェネレータ２１を介して垂直走査回路６１に容量切替信号を出力する。垂直走査回路６１は、各画素に対して容量選択信号を全画素に出力し、容量選択トランジスタ７４をオンにする。これにより、フォトダイオード７１による光電変換により得られる信号電荷がコンデンサ７２及びコンデンサ７３の双方に転送させることが可能となる。この実施形態の場合には、高輝度領域が検出されたときには信号電荷の蓄積容量が、高輝度領域が検出されない場合の蓄積容量に比べて大きくなる。

ステップＳ１０５は、カラムアンプ６５における増幅率を変更する処理である。ステップＳ１０４により信号電荷の蓄積容量が変更される。ここで、コンデンサの電圧変動を電圧信号に変換するときの増幅トランジスタの増幅率を考える。例えばコンデンサ７２のみを用いた場合の増幅率を基準にした場合、コンデンサ７２及びコンデンサ７３の双方を用いた場合の増幅率は、コンデンサ７２のみを用いた場合の増幅率よりも小さくなる。つまり、コンデンサ７２及びコンデンサ７３の双方を用いた場合の画素信号は、コンデンサ７２のみを用いた場合に出力される画素信号よりも振幅の小さい電圧信号となる。このため、コンデンサ７２及びコンデンサ７３の双方を用いる場合には、カラムアンプ６５における増幅率を第１増幅率から、該第１増幅率よりも大きい第２増幅率に切り替える。この切り替えにより、コンデンサ７２及びコンデンサ７３の双方を用いたときに生じる画素信号の出力値の低下が補填される。

ステップＳ１０６は、ＡＥ処理である。このＡＥ処理は周知であることから、その詳細については省略する。なお、このＡＥ処理では、上述した測光センサ５４により測定される被写体輝度に基づいて実行される。これにより、撮像時の露光条件が決定される。

ステップＳ１０７は、ＡＦ処理である。このＡＦ処理は、周知であることから、その詳細については省略する。

ステップＳ１０８は、レリーズボタンの全押し操作が実行されたか否かを判定する処理である。ＣＰＵ４１は、上述したスイッチＳＷ２からのオン信号が入力されたか否かによって、このステップＳ１０８の処理を判定する。例えば、スイッチＳＷ２からのオン信号が入力された場合には、ＣＰＵ４１は、レリーズボタン４５の全押し操作が実行されたと判定する。この場合、ステップＳ１０８の判定処理はＹｅｓとなり、ステップＳ１０９に進む。一方、スイッチＳＷ２からのオン信号が入力されない場合には、ＣＰＵ４１は、レリーズボタン４５の全押し操作が実行されていないと判定する。この場合、ステップＳ１０８の判定処理をＮｏとし、このステップＳ１０８の判定処理がＹｅｓとなるまで、このステップＳ１０８の判定処理を繰り返す。

ステップＳ１０９は、被写体光の光電変換を行う処理である。ＣＰＵ４１は、駆動機構１８を介して開状態にあるシャッタ１７を閉状態に切り替える。シャッタ１７の閉状態へ切り替えた後、ＣＰＵ４１は、駆動機構１８を介して閉状態にあるシャッタ１７を開状態に切り替える。これにより、各画素のフォトダイオード７１による被写体光の光電変換が開始される。

ステップＳ１１０は、決定された露光時間に到達したか否かを判定する処理である。ＣＰＵ４１は、付図示のタイマにより、シャッタ１７が開状態に切り替えられてからの経過時間を測定している。このステップＳ１１０では、ＣＰＵ４１は、タイマにより測定される経過時間がステップＳ１０６のＡＥ処理により決定された露光時間に到達したか否かを判定する。例えばタイマにより測定される経過時間が決定された露光時間に到達した場合には、ステップＳ１１０の判定処理がＹｅｓとなる。この場合、ＣＰＵ４１は、駆動機構１８を介して開状態となるシャッタ１７を閉状態に切り替える。これにより、フォトダイオード７１による被写体光の光電変換が終了する。この処理の後、ステップＳ１１１に進む。一方、タイマにより測定される経過時間が決定された露光時間に到達していない場合には、このステップＳ１１０の判定がＮｏとなり、タイマにより測定される経過時間が決定された露光時間に到達するまで、このステップＳ１１０の判定処理が実行される。つまり、この場合には、引き続きフォトダイオード７１による被写体光の光電変換が実行される。

ステップＳ１１１は、フォトダイオード光電変換により得られた信号電荷を読み出す処理である。ＣＰＵ４１は、タイミングジェネレータ２１を作動させて、垂直走査回路６１及び水平走査回路６２に読出開始信号を出力する。この読出開始信号を受けて、複数の画素のうち、同一列に配置された画素のフォトダイオードによる光電変換により得られた信号電荷の読み出しが列毎に実行される。なお、これら画素信号は、列毎に設けられた垂直信号線を介してそれぞれのカラムアンプ６５に入力される。このカラムアンプ６５にて増幅された画素信号は、ＣＤＳ回路６６にて相関二重サンプリング処理が施された後、アンプ６７を介して、Ａ／Ｄ変換部２０に出力される。このようにして、同一行に配置される画素に対する信号電荷の読み出しが実行される。なお、Ａ／Ｄ変換部２０により、デジタルの信号に変換された画素信号は、それぞれ画像信号の一部としてバッファメモリ２５に記録される。

ステップＳ１１２は、画像処理である。ステップＳ１１１により読み出された各画素の画素信号は、Ａ／Ｄ変換部２０によりアナログの信号からデジタルの信号に変換された後、バッファメモリに書き込まれる。画像処理回路３０は、バッファメモリ２５に書き込まれた画像信号に対して、ＯＢクランプ処理やノイズ除去処理などを施した後、これら処理が行われた画像信号をバッファメモリに書き込む。この処理の後、ホワイトバランス（ＷＢ）処理、色補間処理、輪郭補償処理、ガンマ処理などの画像処理を施す。また、画像処理回路は、これら処理が施された画像信号に対して圧縮処理を施す。この圧縮処理が実行されることで、静止画像データやサムネイル画像データが生成される。

ステップＳ１１４は、画像を記録する処理である。ＣＰＵ４１は、ステップＳ１１３に手製制された静止画像データやサムネイル画像データと、撮影時の情報やカメラの機種情報などを画像ファイルとしてまとめ、記憶媒体に記録する。このステップＳ１１４の処理を行うことで、撮像に係る処理が終了する。

例えばステップＳ１０３の判定処理において高輝度領域がないと判定されている場合には、ステップＳ１０４による処理が実行されていない。つまり、容量選択トランジスタ７４はオフである。例えば垂直走査回路６１からリセット信号が出力されると、各画素のリセットトランジスタ７８がオンとなり、コンデンサ７２の電位が電源電位にリセットされる。リセット信号の出力が停止された後、垂直走査回路６１から転送信号が出力されると、各画素の転送トランジスタ７５がオンとなり、フォトダイオード７１により光電変換されることで得られる信号電荷がコンデンサ７２に転送される。この転送信号の出力が停止された後、画素選択信号が出力される。これに併せて、水平走査回路６２から、列選択信号が出力される。これにより、画素選択トランジスタ７７及び垂直線選択トランジスタ６４がオンとなり、各画素から画素信号が垂直信号線８６に出力される。垂直信号線８６に出力される画素信号は、カラムアンプ６５にて増幅される。なお、この場合のカラムアンプ６５における増幅率は、基準となる第１増幅率となる。

一方、ステップＳ１０３の判定処理で高輝度領域があると判定されている場合には、ステップＳ１０４による処理が実行されている。つまり、容量選択トランジスタ７４がオンとなっている。この場合も、コンデンサ７２のみを用いた場合と同様の処理手順が実行され、各画素から画素信号が垂直信号線８６に出力される。このとき、増幅トランジスタ７７は、コンデンサ７２及びコンデンサ７３の電圧変動を電圧信号に変換している。この増幅トランジスタ７７における増幅率は、コンデンサ７２のみを用いた場合の増幅率よりも小さくなる。つまり、コンデンサ７２及びコンデンサ７３の双方を用いた場合に出力される画素信号は、コンデンサ７２のみを用いた場合に出力される画素信号の振幅よりも小さい電圧信号となる。

例えば、従来の撮像素子では、高輝度領域の有無に拘わらず、フォトダイオード７１における光電変換により得られる信号電荷はコンデンサ７２のみに転送されることから、撮影範囲に高輝度領域があれば、振幅の大きな画素信号がカラムアンプ６５に入力される。振幅の大きな画素信号がカラムアンプ６５に入力されると、カラムアンプ６５の電源電圧や接地電圧の変動や、このカラムアンプの電源電圧や接地電圧の変動による他のカラムアンプの電源電圧や接地電圧も変動してしまう。しかしながら、本実施形態では、撮影範囲に高輝度領域があるときには、フォトダイオード７１による光電変換により得られる信号電荷をコンデンサ７２及びコンデンサ７３の双方に転送するので、各画素から出力される画素信号は振幅の小さい電圧信号となる。このような振幅の小さい電圧信号がカラムアンプ６５に入力されることで、カラムアンプ６５の電源電圧や接地電圧の変動の発生や、他の列のカラムアンプ６５に対する電源電圧や接地電圧の変動の発生を抑止することができる。これにより、ストリーキングが画像中に発生することを防止できる。

本実施形態では、測光センサ７４により被写体輝度を測定し、その測定結果に基づいて撮影範囲中に高輝度領域があるか否かを検出しているが、これに限定される必要はなく、レリーズボタン４５の操作が実行される前のシャッタ１７が開状態となる場合に取得される画像（所謂、スルー画像）を用いて撮影範囲中に高輝度領域の有無を検出することも可能である。

本実施形態では、カラムアンプ６５に振幅の小さい電圧信号からなる画素信号を入力させることで、カラムアンプ６５の電源電圧や接地電圧の変動の発生に起因したストリーキングの発生を防止しているが、このストリーキングの発生の要因としては、カラムアンプ６５の電源電圧や接地電圧が変動することの他に、下記の要因も考えられる。

図４に示すように、行列状に配置された複数の画素を、撮影時に被写体光が受光される有効画素９１と該被写体光が遮光される遮光画素９２とから構成する。また、有効画素９１が配置される領域を有効画素領域９３とし、遮光画素９２が配置される領域をオプティカルブラック領域９４とする。この場合も、複数の画素により蓄積される信号電荷の読み出しは行単位で実行される。例えば高輝度の被写体像を撮影した場合、有効画素９１においては、コンデンサなどの回路素子に発生するノイズ成分によりその電源電圧やリセット電圧が変動する。この結果、同一行に配置された他の有効画素９１や遮光画素９２からの画素信号の値が変動してしまう。遮光画素９２の画素信号は、有効画素９１から出力される画素信号から暗電流ノイズ成分を除去する際に用いる信号である。このため、変動した遮光画素９２の画素信号を用いて暗電流ノイズ成分の除去を行った場合、画像には横筋状のノイズが発生してしまう。

つまり、本実施形態のように、高輝度領域が検出されたときには各画素の信号電荷の蓄積容量を変更することで、各画素からの漏電に起因する電源電圧やリセット電圧の変動を抑止するも可能となるので、有効画素領域９３に含まれる有効画素９１やオプティカルブラック領域９４に含まれる遮光画素９２から出力される画素信号の信号値の変動を防止し、暗電流ノイズを適正に除去することが可能となる。

本実施形態では、画像データとして静止画像データを挙げて説明しているが、静止画像データの他に、動画像データであっても、本発明を用いることが可能である。

本実施形態では、撮影範囲中に高輝度領域があると検出された場合には、撮像素子に設けられる全画素における信号電荷の蓄積容量を変更させた例を取り上げている。しかしながら、信号電荷の蓄積容量を変更する画素は、全画素に限定されるものではない。一般に転送用の信号線、容量選択用の信号線、リセット用の信号線、画素選択用の信号線及び電源用の信号線は、各行に配置される画素を構成する回路素子のそれぞれに接続されている。このため、信号電荷の蓄積容量の変更は、全画素ではなく、行毎に実行させることができる。また、複数の画素をそれぞれ個別に制御することができる撮像素子であれば、信号電荷の蓄積容量の変更を画素毎に行うこともできる。

本実施形態では、撮影範囲中の高輝度領域を検出した場合に、各画素の信号電荷の蓄積容量を変更しているが、撮影範囲中の高輝度領域を検出した場合に、高輝度領域の色情報を取得し、この色情報に基づいて画素における信号電荷の蓄積容量を変更することも可能である。以下、本実施形態と同一の符号を付して説明する。例えばスルー画像を用いて高輝度領域を検出する場合について説明する。例えば撮像素子１６に設けられる複数の画素は、赤（Ｒ）色画素、緑（Ｇ）色画素、青（Ｂ）色画素の各色成分の画素であり、これら複数の画素が例えばベイヤー配列によって配置される。例えばスルー画像は、これら複数の画素に対して間引き制御を行うことで生成される。この場合も、ＣＰＵ４１は、被写体輝度の測光や、高輝度領域の検出などの処理を実行する。そして、撮影範囲中に高輝度領域が検出された場合には、ＣＰＵ４１は、高輝度領域の色情報を取得する。例えば、被写体輝度の測光を、スルー画像を用いて行っている場合には、スルー画像中に含まれる高輝度領域から色情報を取得すればよい。色情報を取得した後、取得された色情報を有する画素（言い換えれば、高輝度被写体の色情報が赤であれば、Ｒ色画素）における信号電荷の蓄積容量を変更する。この場合、取得された色情報と同一の色情報を有する全ての画素に対して信号電荷の蓄積容量を変更してもよいし、高輝度領域に含まれる画素に対してのみ信号電荷の蓄積容量を変更してもよい。

１０…デジタルカメラ、１６…撮像素子、４１…ＣＰＵ、５３…領域検出部、６３…定電流源、６４…垂直線選択トランジスタ、６５…カラムアンプ、６６…ＣＤＳ回路、６７…出力アンプ、７２，７３…コンデンサ、７４…容量選択トランジスタ、７５…転送トランジスタ、７６…増幅トランジスタ、７７…が祖先宅トランジスタ、７８…リセットトランジスタ、８７…信号線

Claims

被写体光を光電変換する光電変換部と、該光電変換部における光電変換により得られる信号電荷の電荷蓄積容量を変更することが可能な電荷蓄積部とを備えた複数の画素が行列状に配置された撮像素子と、
撮影範囲中の高輝度領域の有無を検出する検出手段と、
前記検出手段により前記高輝度領域が検出された場合に、前記電荷蓄積部における信号電荷の電荷蓄積容量を変更する制御手段と、
を備えたことを特徴とする撮像装置。
請求項１に記載の撮像装置において、
前記電荷蓄積部は、前記検出手段における検出結果に拘わらず使用される第１の電荷蓄積部と、前記検出手段により前記高輝度領域が検出されたときに使用可能な第２の電荷蓄積部とから構成され、
前記制御手段は、前記第２の電荷蓄積部を使用するか否かを切り替えることで、前記信号電荷の電荷蓄積容量を変更することを特徴とする撮像装置。
請求項１に記載の撮像装置において、
前記制御手段は、前記検出手段により高輝度領域が検出された場合に、前記複数の画素の全画素に対して、前記電荷蓄積部における信号電荷の電荷蓄積容量を変更することを特徴とする撮像装置。
請求項１に記載の撮像装置において、
前記制御手段は、前記検出手段により高輝度領域が検出された場合に、該高輝度領域に含まれる画素及び該画素と同一行に配置された画素に対して、前記電荷蓄積部における信号電荷の電荷蓄積容量を変更することを特徴とする撮像装置。
請求項１に記載の撮像装置において、
被写体輝度を測定する測光手段を備え、
前記検出手段は、前記測光手段によって測定された被写体輝度が予め設定された閾値を超過する領域を高輝度領域として検出することを特徴とする撮像装置。
請求項１に記載の撮像装置において、
撮影に係る処理の開始時に操作される撮影開始操作部材を備え、
前記検出手段は、前記撮影開始操作部材の操作前に取得される画像に基づいて、前記高輝度領域の有無を検出することを特徴とする撮像装置。
請求項１に記載の撮像装置において、
前記検出手段により高輝度領域が検出されたときに、該高輝度領域の色情報を取得する情報取得手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記情報取得手段により取得された前記高輝度領域の色情報に基づいた色成分の画素に対して、前記電荷蓄積部における信号電荷の電荷蓄積容量を変更することを特徴とする撮像装置。