JP2018101937A - Imaging apparatus, control method of the same, and control program - Google Patents

Imaging apparatus, control method of the same, and control program Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a good ND effect by reducing a change in color balance and unevenness when light amount control is performed using an EC element.SOLUTION: An imaging device 3 includes a plurality of pixels arranged in a two-dimensional matrix. Each of the pixels includes: a photoelectric conversion unit that converts the optical image into electric charges; an accumulation unit that accumulates charges of the photoelectric conversion unit; a first transfer section for transferring electric charges from the photoelectric conversion unit to the accumulation unit; and a second transfer section for transferring electric charge of the photoelectric conversion unit to a charge discharging unit. The exposure amount of the imaging device is adjusted according to the coloring of an EC element. When an imaging device drive control unit 4 selectively performs the transfer by the first transfer section and the second transfer section and adjusts the exposure amount of the imaging device, the exposure amount is adjusted on the basis of the coloring state of the EC element and an image signal.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、撮像装置、その制御方法、および制御プログラムに関し、特に、撮影の際に光量の透過率を制御する撮像装置に関する。   The present invention relates to an image pickup apparatus, a control method thereof, and a control program, and more particularly to an image pickup apparatus that controls the transmittance of light quantity at the time of shooting.

一般に、デジタルカメラなどの撮像装置において、極めて明るい環境下における撮影の際に、撮影光量の透過率を低下させて撮影する手法が知られている。当該手法は、明るい環境下であっても絞りを開いて被写界深度の浅い被写体を表現する際又は長秒露光を行っても飽和を発生させずに被写体の動いた軌跡(例えば、滝)を表現する際に用いられる。   In general, in an imaging apparatus such as a digital camera, a technique is known in which imaging is performed while reducing the transmittance of the amount of imaging light when shooting in an extremely bright environment. This method can be used to express a subject with a shallow depth of field by opening the aperture even in a bright environment or when the subject moves without causing saturation even when long-second exposure is performed (for example, a waterfall). Used when expressing.

従来、撮影光量を調整する際には、NDフィルタなどの光学フィルタを用いて減光を行っている。一方、近年、エレクトロクロミック(以下ECと呼ぶ)素子などを用いた着色および消色手法を活用して、NDフィルタと同様の効果を得る技術が知られている(特許文献1及び2参照)。   Conventionally, when adjusting the photographing light quantity, the light is reduced using an optical filter such as an ND filter. On the other hand, in recent years, a technique for obtaining the same effect as an ND filter by using a coloring and decoloring technique using an electrochromic (hereinafter referred to as EC) element is known (see Patent Documents 1 and 2).

特表2001−519922号公報JP 2001-519922 A 特開平6−301065号公報Japanese Patent Laid-Open No. 6-301065

ところが、特許文献1などに記載のEC素子を通電駆動制御によって着色・消色することによって、特許文献2に記載のNDフィルタとして活用する場合には、次のような問題点がある。   However, when the EC element described in Patent Document 1 is used as the ND filter described in Patent Document 2 by coloring and decoloring by energization drive control, there are the following problems.

EC素子においては、EC層のEC分子の酸化還元電位および拡散係数の相違などによって、着色の際の色バランスがEC層で均一とならないことがある。さらには、着色の度合いに応じて光透過率の波長依存が変化することがある。このような事態が生じると、撮影範囲において透過率ムラが生じて、ND効果段数に応じて色バランスが崩れるなどの不都合が発生する。   In the EC element, the color balance at the time of coloring may not be uniform in the EC layer due to differences in redox potential and diffusion coefficient of EC molecules in the EC layer. Furthermore, the wavelength dependence of the light transmittance may change depending on the degree of coloring. When such a situation occurs, transmittance unevenness occurs in the photographing range, and inconveniences such as a color balance being lost according to the number of ND effect stages occur.

従って、本発明の目的は、EC素子を用いて光量制御を行う際に、色バランスの変化およびムラを低減して良好なND効果を得ることができる撮像装置、その制御方法、および制御プログラムを提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide an imaging apparatus, a control method thereof, and a control program capable of obtaining a good ND effect by reducing color balance change and unevenness when performing light quantity control using an EC element. It is to provide.

上記の目的を達成するため、本発明による撮像装置は、光学像に応じた画像信号を出力する撮像素子を備える撮像装置であって、前記撮像素子は2次元マトリックス状に配列された複数の画素を備えており、前記画素の各々は前記光学像を電荷に変換する光電変換部と、前記光電変換部の電荷を蓄積する蓄積部と、前記光電変換部から前記蓄積部に前記電荷を転送する第1の転送部と、前記光電変換部の電荷を電荷排出部に転送する第2の転送部とを有し、前記第1の転送部および前記第2の転送部による転送を選択的に行って、前記撮像素子の露光量を調整する第1の制御手段と、エレクトロクロミック素子の着色に応じて前記撮像素子の露光量を調整する第2の制御手段と、を有し、前記第1の制御手段は、前記エレクトロクロミック素子の着色の状態と前記画像信号とに基づいて前記露光量の調整を行うことを特徴とする。   In order to achieve the above object, an imaging device according to the present invention is an imaging device including an imaging device that outputs an image signal corresponding to an optical image, and the imaging device includes a plurality of pixels arranged in a two-dimensional matrix. Each of the pixels includes a photoelectric conversion unit that converts the optical image into an electric charge, an accumulation unit that accumulates the electric charge of the photoelectric conversion unit, and transfers the electric charge from the photoelectric conversion unit to the accumulation unit A first transfer unit; and a second transfer unit configured to transfer the charge of the photoelectric conversion unit to a charge discharging unit, and selectively performing transfer by the first transfer unit and the second transfer unit. And first control means for adjusting the exposure amount of the image sensor, and second control means for adjusting the exposure amount of the image sensor in accordance with the coloring of the electrochromic element, The control means includes the electrochromic element. And performing adjustment of the exposure amount on the basis the state of coloration and the said image signal.

本発明によれば、エレクトロクロミック素子を用いて光量制御を行う際に、色バランスの変化およびムラを低減して良好なND効果を得ることができる。   According to the present invention, when performing light amount control using an electrochromic element, it is possible to obtain a favorable ND effect by reducing changes in color balance and unevenness.

本発明の実施の形態による撮像装置の一例についてその構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure about an example of the imaging device by embodiment of this invention. 図1に示す撮像素子の一部分についてその回路構成を示す図である。It is a figure which shows the circuit structure about a part of imaging device shown in FIG. 図2に示す撮像素子によって行われるイメージャND機能について説明するためのタイミングチャートである。3 is a timing chart for explaining an imager ND function performed by the image sensor shown in FIG. 2. 図2に示す撮像素子の蓄積時間終了までの画素のポテンシャル状態を示す図である。It is a figure which shows the potential state of the pixel until the accumulation | storage time of the image pick-up element shown in FIG. 2 is complete | finished. 図3に示すパルスφTX1A(n)およびφTX1A(n+1)について時刻t3からt5までの状態を詳細に示すタイミングチャートである。FIG. 4 is a timing chart showing in detail a state from time t3 to time t5 with respect to pulses φTX1A (n) and φTX1A (n + 1) shown in FIG. 3. 図1に示すECND部の構成についてその一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the example about the structure of the ECND part shown in FIG. 図6に示すECND部における光波長と光透過率との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the light wavelength and light transmittance in the ECND part shown in FIG. 図1に示すカメラにおけるECND制御および撮像素子駆動制御を説明するためのフローチャートである。2 is a flowchart for explaining ECND control and image sensor drive control in the camera shown in FIG. 1. 図2に示す撮像素子3において行われる電荷蓄積および読み出しの一例を説明するためのタイミングチャートである。3 is a timing chart for explaining an example of charge accumulation and reading performed in the image sensor 3 shown in FIG. 2.

以下に、本発明の実施の形態による撮像装置の一例について図面を参照して説明する。   Hereinafter, an example of an imaging apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の実施の形態による撮像装置の一例についてその構成を示すブロック図である。   FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an example of an imaging apparatus according to an embodiment of the present invention.

図示の撮像装置は、例えば、デジタルカメラ(以下単にカメラと呼ぶ)1000であり、光学像が撮影光学系1を介して撮像素子3に結像する。後述するように、撮像素子3は、第1のND部として機能(イメージャND部)し、露光量を蓄積時間および蓄積回数の制御に応じて調整する。なお、撮像素子3による露光量調整は、撮像素子駆動制御部4によって行われる。   The illustrated image pickup apparatus is, for example, a digital camera (hereinafter simply referred to as a camera) 1000, and an optical image is formed on the image pickup device 3 via the photographing optical system 1. As will be described later, the image sensor 3 functions as a first ND unit (imager ND unit), and adjusts the exposure amount according to the control of the accumulation time and the number of accumulations. The exposure amount adjustment by the image sensor 3 is performed by the image sensor drive control unit 4.

図示のように、撮影光学系1と撮像素子3との間には、第2のND部であるECND部2が配設されている。ECND部2は、撮像素子3に結像する光学像の露光量を、ECND部2に組み込まれたエレクトロクロミック素子(EC素子)の着色駆動制御によって調整する。後述するように、ECND部2による露光量制御は、ECND制御部(図示せず)によって行われる。   As shown in the figure, an ECND section 2 that is a second ND section is disposed between the photographing optical system 1 and the image sensor 3. The ECND unit 2 adjusts the exposure amount of the optical image formed on the image pickup device 3 by coloring drive control of an electrochromic device (EC device) incorporated in the ECND unit 2. As will be described later, exposure amount control by the ECND unit 2 is performed by an ECND control unit (not shown).

撮像素子駆動制御部4は、ECND部2に備えられたEC素子の着色状態を検出するEC着色検出部5による検出結果と記憶部6に記録されたECND部2の特性値とに基づいて撮像素子3を制御する。   The imaging element drive control unit 4 performs imaging based on the detection result by the EC coloring detection unit 5 that detects the coloring state of the EC element provided in the ECND unit 2 and the characteristic value of the ECND unit 2 recorded in the storage unit 6. The element 3 is controlled.

撮像素子3は光電変換によって光学像に応じた画像信号を出力する。画像処理部7は、当該画像信号に対して現像処理などの所定の画像処理を行い、その結果得られた画像データをメモリ8に保存する。   The imaging device 3 outputs an image signal corresponding to the optical image by photoelectric conversion. The image processing unit 7 performs predetermined image processing such as development processing on the image signal, and stores the image data obtained as a result in the memory 8.

図2は、図1に示す撮像素子の一部分についてその回路構成を示す図である。   FIG. 2 is a diagram showing a circuit configuration of a part of the image sensor shown in FIG.

撮像素子3は、例えば、CMOSイメージセンサである。図示の例では、撮像素子3は2次元マトリックス状に配列された複数の画素を有し、ここでは、1行1列目(1,1)の画素と最終行であるn行1列目(n、1)の画素とが示されている(nは2以上の整数)。なお、1行1列目(1,1)の画素とn行1列目(n、1)の画素との構成は同様であるので、ここでは同一の参照番号が付されている。   The image sensor 3 is, for example, a CMOS image sensor. In the illustrated example, the image sensor 3 has a plurality of pixels arranged in a two-dimensional matrix. Here, the pixel in the first row and the first column (1, 1) and the last row, the nth row and the first column ( n, 1) pixels are shown (n is an integer of 2 or more). The configuration of the pixel in the first row and first column (1,1) and the pixel in the nth row and first column (n, 1) are the same, and therefore the same reference numerals are given here.

画素は、フォトダイオード(PD:光電変換部)500に対して2つの信号保持部(蓄積部)507Aおよび507Bを有している。なお、信号保持部を備えるCMOSイメージセンサについては、例えば、特開2013−172210号公報に記載されているので、ここでは説明を省略する。   The pixel has two signal holding units (storage units) 507A and 507B with respect to the photodiode (PD: photoelectric conversion unit) 500. Note that a CMOS image sensor including a signal holding unit is described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-172210, and thus description thereof is omitted here.

図2において、画素は、PD500、第1の転送トランジスタ501A、第1の信号保持部507A、第2の転送トランジスタ502A、第3の転送トランジスタ501B、第2の信号保持部507B、および第4の転送トランジスタ502Bを有する。さらに、画素は、第5の転送トランジスタ503、フローティング・ディフュージョン(FD)領域(浮遊拡散領域)508、リセットトランジスタ504、増幅トランジスタ(増幅部)505、および選択トランジスタ506を備えている。   In FIG. 2, the pixel includes a PD 500, a first transfer transistor 501A, a first signal holding unit 507A, a second transfer transistor 502A, a third transfer transistor 501B, a second signal holding unit 507B, and a fourth signal holding unit. A transfer transistor 502B is included. Further, the pixel includes a fifth transfer transistor 503, a floating diffusion (FD) region (floating diffusion region) 508, a reset transistor 504, an amplification transistor (amplification unit) 505, and a selection transistor 506.

第1の転送トランジスタ(転送部)501Aは転送パルスφTX1Aによってオンオフ制御され、第2の転送トランジスタ502Aは転送パルスφTX2Aによってオンオフ制御される。また、第3の転送トランジスタ501Bは転送パルスφTX1Bによってオンオフ制御され、第4の転送トランジスタ502Bは転送パルスφTX2Bによってオンオフ制御される。   The first transfer transistor (transfer unit) 501A is ON / OFF controlled by a transfer pulse φTX1A, and the second transfer transistor 502A is ON / OFF controlled by a transfer pulse φTX2A. The third transfer transistor 501B is on / off controlled by the transfer pulse φTX1B, and the fourth transfer transistor 502B is on / off controlled by the transfer pulse φTX2B.

さらに、リセットトランジスタ504はリセットパルスφRESによってオンオフ制御され、選択トランジスタ506は選択パルスφSELによってオンオフ制御される。そして、第5の転送トランジスタ503は転送パルスφTX3によってオンオフ制御される。つまり、第1〜第5の転送トランジスタは転送パルスによって選択的にオンオフ制御される。   Further, the reset transistor 504 is ON / OFF controlled by a reset pulse φRES, and the selection transistor 506 is ON / OFF controlled by a selection pulse φSEL. The fifth transfer transistor 503 is ON / OFF controlled by the transfer pulse φTX3. That is, the first to fifth transfer transistors are selectively turned on / off by the transfer pulse.

なお、上述の各パルスは垂直走査回路(図示せず)から送出される。また、図示のように、撮像素子3には電源線520および521と信号出力線523が備えられている。   Each pulse described above is sent from a vertical scanning circuit (not shown). Further, as shown in the figure, the image pickup device 3 includes power supply lines 520 and 521 and a signal output line 523.

上述のように、撮像素子3は、1つのPD500に対して2つの信号保持部507Aおよび507Bを備えているので、例えば、静止画と動画とを同時に撮影することが可能となる。また、後述するように、信号保持部507には、転送トランジスタ502によってPD500から電荷が転送されるが、この際、転送トランジスタ502に係る転送パルスの幅および転送パルスの回数に応じて総蓄積時間の調整が可能となる。つまり、総蓄積時間の調整によって撮像素子1が第1のND部として機能する。   As described above, since the image pickup device 3 includes the two signal holding units 507A and 507B for one PD 500, for example, a still image and a moving image can be taken simultaneously. As will be described later, the charge is transferred from the PD 500 to the signal holding unit 507 by the transfer transistor 502. At this time, the total accumulation time depends on the width of the transfer pulse and the number of transfer pulses related to the transfer transistor 502. Can be adjusted. That is, the image pickup device 1 functions as the first ND unit by adjusting the total accumulation time.

なお、図示の例では、撮像素子3は2つの信号保持部を有しているが、信号保持部の数は限定されず、いずれにしても撮像素子3がイメージャND部としての機能を備えていればよい。   In the illustrated example, the image sensor 3 has two signal holding units, but the number of signal holding units is not limited, and in any case, the image sensor 3 has a function as an imager ND unit. Just do it.

図3は、図2に示す撮像素子によって行われるイメージャND機能について説明するためのタイミングチャートである。   FIG. 3 is a timing chart for explaining the imager ND function performed by the image sensor shown in FIG.

また、図4は、図2に示す撮像素子の蓄積時間終了までの画素のポテンシャル状態を説明するための図である。そして、図4(a)は第1のポテンシャル状態を示す図であり、図4(b)は第2のポテンシャル状態を示す図である。また、図4(c)は第3のポテンシャル状態を示す図であり、図4(d)は第4のポテンシャル状態を示す図である。さらに、図4(e)は第5のポテンシャル状態を示す図であり、図4(f)は第6のポテンシャル状態を示す図である。   FIG. 4 is a diagram for explaining the potential state of the pixel until the accumulation time of the image sensor shown in FIG. 2 ends. FIG. 4A shows the first potential state, and FIG. 4B shows the second potential state. FIG. 4C shows the third potential state, and FIG. 4D shows the fourth potential state. Further, FIG. 4E shows the fifth potential state, and FIG. 4F shows the sixth potential state.

図3および図4を参照して、ここでは、説明の便宜上、図2に示す画素において、PD500、第1の転送トランジスタ501A、第1の信号保持部507A、および第2の転送トランジスタ502Aを用いた電荷蓄積および信号保持部への電荷について説明する。また、ここでは、第5の転送トランジスタ503、FD領域508、リセットトランジスタ504、増幅トランジスタ505、および選択トランジスタ506を用いて読み出しまでの動作が行われる。   3 and 4, here, for convenience of explanation, the PD 500, the first transfer transistor 501A, the first signal holding unit 507A, and the second transfer transistor 502A are used in the pixel shown in FIG. The charge accumulation and charge to the signal holding unit will be described. Further, here, operations up to reading are performed using the fifth transfer transistor 503, the FD region 508, the reset transistor 504, the amplification transistor 505, and the selection transistor 506.

図3においては、転送トランジスタ501A、502A、および503の制御電極(ベース)に与えるパルスφTX1A〜φTX3と、リセットトランジスタ504の制御電極に与えるパルスφRESの変化が示されている。そして、添え字のn、n+1、およびn+2は、画素の行の番号を示し、例えば、φTX1(n)はn行目の画素の第1の転送トランジスタ501Aに与えられるパルスを示す。   FIG. 3 shows changes in the pulses φTX1A to φTX3 given to the control electrodes (bases) of the transfer transistors 501A, 502A and 503 and the pulse φRES given to the control electrode of the reset transistor 504. The subscripts n, n + 1, and n + 2 indicate pixel row numbers. For example, φTX1 (n) indicates a pulse applied to the first transfer transistor 501A of the n-th row pixel.

時刻t0以前の初期状態においては、転送パルスφTX1およびφTX2はローレベル(Lレベル)であり、転送パルスφTX3およびリセットパルスφRESがハイレベル(Hレベル)である。この際の画素のポテンシャル状態が図4(a)に示されている。   In the initial state before time t0, transfer pulses φTX1 and φTX2 are at a low level (L level), and transfer pulse φTX3 and reset pulse φRES are at a high level (H level). The potential state of the pixel at this time is shown in FIG.

初期状態においては、第1の信号保持部507A(MEM)に蓄積された電荷に対して、第1の転送トランジスタ501Aに形成されたポテンシャル障壁が存在する。一方、第5の転送トランジスタ503にはポテンシャル障壁が存在しない。このため、PD500に生じた電荷(図4(a)において黒丸で示す)は第1の信号保持部507A(MEM)に移動することがない。そして、電荷は第5の転送トランジスタ503(TX3)を介してOFD(オーバーフロードレイン:電荷排出部)に排出される。   In the initial state, there is a potential barrier formed in the first transfer transistor 501A against the charge accumulated in the first signal holding unit 507A (MEM). On the other hand, the fifth transfer transistor 503 has no potential barrier. For this reason, the electric charge (indicated by a black circle in FIG. 4A) generated in the PD 500 does not move to the first signal holding unit 507A (MEM). Then, the electric charge is discharged to OFD (overflow drain: charge discharging unit) through the fifth transfer transistor 503 (TX3).

ここでは、第1の転送トランジスタ501A(TX1A)に形成されるポテンシャル障壁は、第2の転送トランジスタ502A(TX2A)に形成されるポテンシャル障壁よりも低い。つまり、PD500、第1の転送トランジスタ501A(TX1A)、および第1の信号保持部507A(MEM)が埋め込みチャネル型である場合には、ポテンシャル障壁は上記の関係となる。   Here, the potential barrier formed in the first transfer transistor 501A (TX1A) is lower than the potential barrier formed in the second transfer transistor 502A (TX2A). That is, when the PD 500, the first transfer transistor 501A (TX1A), and the first signal holding unit 507A (MEM) are buried channel types, the potential barrier has the above relationship.

時刻t0から時刻t1までの期間においては、転送パルスφTX2A(n)〜φTX2A(n+2)はHレベルとなる。このため、第1の信号保持部507A(MEM)とFD領域508との間に位置する第2の転送トランジスタ502A(TX2A)ではポテンシャル障壁がなくなる。従って、時刻t0以前に第1の信号保持部507Aに保持された電荷がFD領域508に転送される。この期間における画素のポテンシャル状態を図4(b)に示す。   In the period from time t0 to time t1, transfer pulses φTX2A (n) to φTX2A (n + 2) are at the H level. Therefore, the potential barrier is eliminated in the second transfer transistor 502A (TX2A) located between the first signal holding unit 507A (MEM) and the FD region 508. Therefore, the charge held in the first signal holding unit 507A before time t0 is transferred to the FD region 508. FIG. 4B shows the potential state of the pixel during this period.

この期間においては、転送パルスφTX1A(n)〜φTX1A(n+2)はLレベルであり、転送パルスφTX3(n)〜φTX3(n+2)がHレベルである。よって、PD500に生じた電荷は第5の転送トランジスタ503(TX3)を介してOFDに排出される。従って、この時点において第1の信号保持部507には、PD500で生じた電荷は理想的には存在しないことになる。   During this period, transfer pulses φTX1A (n) to φTX1A (n + 2) are at the L level, and transfer pulses φTX3 (n) to φTX3 (n + 2) are at the H level. Therefore, the charge generated in the PD 500 is discharged to the OFD through the fifth transfer transistor 503 (TX3). Therefore, at this time, the charge generated in the PD 500 ideally does not exist in the first signal holding unit 507.

時刻t1において、転送パルスφTX2A(n)〜φTX2A(n+2)がLレベルになると、画素のポテンシャル状態は図4(c)に示す状態となる。図4(c)に示す状態は図4(a)に示す状態と同様である。この期間においても、第1の転送トランジスタ501A(TX1A)に形成されたポテンシャル障壁が存在する。一方、第5の転送トランジスタ503(TX3)にはポテンシャル障壁が存在しない。よって、フォトダイオード500で生じた電荷は第1の信号保持部507に移動することなく、第5の転送トランジスタ503(TX3)を介してOFDに排出される。   At time t1, when the transfer pulses φTX2A (n) to φTX2A (n + 2) become L level, the potential state of the pixel becomes the state shown in FIG. The state shown in FIG. 4C is the same as the state shown in FIG. Even during this period, there is a potential barrier formed in the first transfer transistor 501A (TX1A). On the other hand, the fifth transfer transistor 503 (TX3) has no potential barrier. Therefore, the charge generated in the photodiode 500 is discharged to the OFD through the fifth transfer transistor 503 (TX3) without moving to the first signal holding unit 507.

次に、時刻t3において、転送パルスφTX3(n)〜φTX3(n+2)がLレベルに遷移すると、画素のポテンシャル状態は図4(d)に示す状態となる。この期間においては、第1の信号保持部507に蓄積される電荷に対するポテンシャル障壁は、第1の転送トランジスタ501A(TX1A)よりも第5の転送トランジスタ503(TX3)の方が高い。そして、転送パルスφTX2A(n)〜φTX2A(n+2)がLレベルであるので、PD500で生じた電荷のうち第1の転送トランジスタ501Aのポテンシャル障壁を超えた電荷がPD500又は第1の信号保持部507に留まる。従って、時刻t3において転送パルスφTX3(n)〜φTX3(n+2)がLレベルに遷移したタイミングから各画素の蓄積時間が開始する。   Next, when the transfer pulses φTX3 (n) to φTX3 (n + 2) transition to the L level at time t3, the potential state of the pixel becomes the state shown in FIG. In this period, the fifth transfer transistor 503 (TX3) has a higher potential barrier against the charge accumulated in the first signal holding unit 507 than the first transfer transistor 501A (TX1A). Since the transfer pulses φTX2A (n) to φTX2A (n + 2) are at the L level, the charges generated in the PD 500 that exceed the potential barrier of the first transfer transistor 501A are the PD 500 or the first signal holding unit 507. Stay on. Accordingly, the accumulation time of each pixel starts from the timing at which the transfer pulses φTX3 (n) to φTX3 (n + 2) transition to the L level at time t3.

時刻t3から時刻t4までの期間において、転送パルスφTX1A(n)〜φTX1A(n+2)がHレベルになる。これによって、第1の転送トランジスタ501Aに形成されたポテンシャル障壁がなくなって、PD500で生じた電荷が第1の信号保持部507に転送される(図4(e)参照)。   In the period from time t3 to time t4, the transfer pulses φTX1A (n) to φTX1A (n + 2) are at the H level. As a result, the potential barrier formed in the first transfer transistor 501A disappears, and the charge generated in the PD 500 is transferred to the first signal holding unit 507 (see FIG. 4E).

以降、時刻t5までに転送パルスφTX1A(n)〜φTX1A(n+2)がLレベルになる期間とHレベルになる期間とが複数回繰り返される。また、時刻t3から時刻t5の間、転送パルスφTX3A(n)〜φTX3A(n+2)は、転送パルスφTX1A(n)〜φTX1A(n+2)とHおよびLレベルが逆転する。これによって、転送パルスφTX1A(n)〜φTX1A(n+2)がHレベルの期間以外の期間においてPD500で生じた電荷が、第5の転送トランジスタ503(TX3)を介してOFDに排出される。なお、転送の回数は特に限定されない。   Thereafter, the period in which the transfer pulses φTX1A (n) to φTX1A (n + 2) are at the L level and the period at which the transfer pulses are at the H level are repeated a plurality of times by time t5. Further, between time t3 and time t5, the transfer pulses φTX3A (n) to φTX3A (n + 2) are inverted in H and L levels from the transfer pulses φTX1A (n) to φTX1A (n + 2). As a result, charges generated in the PD 500 during a period other than the period when the transfer pulses φTX1A (n) to φTX1A (n + 2) are at the H level are discharged to the OFD through the fifth transfer transistor 503 (TX3). The number of transfers is not particularly limited.

上述の駆動手法によって、PD500に蓄積した電荷を定期的に第1の信号保持部507に転送することができる。また、通常の撮像素子の場合には、所定時間の蓄積が連続的に行われるが、撮像素子3においては所定時間に複数の蓄積時間と非蓄積時間とが存在する。当該蓄積および非蓄積の時間関係を用いて、撮像素子3においては時刻t3からt5までの露光時間で得られる光量のうち、所望の割合を時間方向にチョップして取得することができる。つまり、このような動作が撮像素子3で行われるイメージャND機能を用いた露光量調整動作である。   The charge accumulated in the PD 500 can be periodically transferred to the first signal holding unit 507 by the above-described driving method. In addition, in the case of a normal image sensor, accumulation for a predetermined time is continuously performed, but in the image sensor 3, there are a plurality of accumulation times and non-accumulation times in the predetermined time. Using the time relationship between accumulation and non-accumulation, the image sensor 3 can obtain a desired ratio by chopping in the time direction the light amount obtained in the exposure time from time t3 to time t5. That is, such an operation is an exposure adjustment operation using the imager ND function performed by the image sensor 3.

時刻t5において、転送パルスφTX1A(n)〜φTX1A(n+2)がLレベルに遷移すると同時に、転送パルスφTX3(n)〜φTX3(n+2)がHレベルになる。これによって、画素のポテンシャル状態は図4(f)に示す状態となる。時刻t5以降においてPD500で生じた電荷は第5の転送トランジスタ503を介してOFDに排出されるので、全画素に係る蓄積時間は時刻t5で終了する。   At time t5, the transfer pulses φTX1A (n) to φTX1A (n + 2) transition to the L level, and at the same time, the transfer pulses φTX3 (n) to φTX3 (n + 2) become the H level. As a result, the potential state of the pixel becomes the state shown in FIG. Since the charge generated in the PD 500 after time t5 is discharged to the OFD through the fifth transfer transistor 503, the accumulation time for all the pixels ends at time t5.

このように、全画素同時に電荷をPD500から第1の信号保持部507に転送することによって、全画素に係る蓄積開始および終了時刻を合わせることができる。この結果、面内同期型電子シャッタ動作を行うことができる。   In this way, by simultaneously transferring charges from the PD 500 to the first signal holding unit 507 for all the pixels, the accumulation start and end times for all the pixels can be matched. As a result, an in-plane synchronized electronic shutter operation can be performed.

次に、時刻t6から時刻t8において、リセットパルスφRES1(n)がLレベルである期間に、転送パルスφTX2A(n)が時刻t6にハイレベルになる。これによって、n行目の各画素の第1の信号保持部507に保持された電荷が第2の転送トランジスタ502A(TX2A)を介してFD508に転送される。少なくともこのタイミングでは、選択トランジスタ506がオン状態になっている。よって、増幅トランジスタ505と定電流源とによって形成されるソースフォロワ回路によって、FD領域508に転送された電荷量に応じたレベルの電圧が信号出力線523に現れる。信号出力線523に現れた電圧レベルに応じた信号は出力回路(図示せず)から外部に出力される。   Next, from time t6 to time t8, the transfer pulse φTX2A (n) goes high at time t6 during the period when the reset pulse φRES1 (n) is at L level. As a result, the charge held in the first signal holding unit 507 of each pixel in the n-th row is transferred to the FD 508 via the second transfer transistor 502A (TX2A). At least at this timing, the selection transistor 506 is on. Therefore, a voltage of a level corresponding to the amount of charge transferred to the FD region 508 appears on the signal output line 523 by the source follower circuit formed by the amplification transistor 505 and the constant current source. A signal corresponding to the voltage level appearing on the signal output line 523 is output to the outside from an output circuit (not shown).

n+1行目およびn+2行目の画素についても同様の動作が行われて、各行の画素に応じた信号が出力回路から出力される。以上で1フレーム分(つまり、1フレーム時間)の動作が完了する。   The same operation is performed for the pixels in the (n + 1) th row and the (n + 2) th row, and a signal corresponding to the pixel in each row is output from the output circuit. Thus, the operation for one frame (that is, one frame time) is completed.

ここでは、電荷排出領域としてOFDを用いているが、これに限定されない。例えば、第5の転送トランジスタ503がFD508に接続され、第2の転送トランジスタ502Aが第1の信号保持部507から電荷をFD領域508に転送する前に電源線に排出するようにしてもよい。このような構成であっても、PD500で光電変換された電荷が第1の信号保持部507に排出され、FD領域508介して排出されるので、露光量調整動作を行うことができる。   Here, OFD is used as the charge discharge region, but it is not limited to this. For example, the fifth transfer transistor 503 may be connected to the FD 508, and the second transfer transistor 502A may discharge the charge from the first signal holding unit 507 to the power supply line before transferring the charge to the FD region 508. Even in such a configuration, the charge photoelectrically converted by the PD 500 is discharged to the first signal holding unit 507 and discharged through the FD region 508, so that the exposure amount adjustment operation can be performed.

図5は、図3に示すパルスφTX1A(n)およびφTX1A(n+1)について時刻t3からt5までの状態を詳細に示すタイミングチャートである。   FIG. 5 is a timing chart showing in detail the state from time t3 to time t5 for the pulses φTX1A (n) and φTX1A (n + 1) shown in FIG.

前述のように、時刻t3からt5までの期間においては、転送パルスφTX1AはLレベルとHレベルとを複数回繰り返す。これによって、撮像素子3はイメージャND機能を発揮する。ここでは、このイメージャND機能がさらに行に応じて変化する。つまり、n行目およびn+1行目の画素に備えられた第1の転送トランジスタ501Aを駆動する転送パルスφTX1AのHレベルにおけるパルス幅を互いに異なる設定とする。このような制御は、撮像素子駆動制御部4による垂直走査回路のパルス制御プログラムを変更することによって行われる。   As described above, in the period from time t3 to t5, the transfer pulse φTX1A repeats the L level and the H level a plurality of times. As a result, the image pickup device 3 exhibits an imager ND function. Here, this imager ND function further changes according to the line. That is, the pulse widths at the H level of the transfer pulse φTX1A for driving the first transfer transistor 501A provided in the pixels in the nth row and the (n + 1) th row are set to be different from each other. Such control is performed by changing the pulse control program of the vertical scanning circuit by the image sensor drive control unit 4.

図5においては、n行目の画素の合計蓄積時間がn+1行目の画素の合計蓄積時間よりも少なくなるように転送パルスが制御される。図示の撮像素子3は、所謂ベイヤ配列のカラーフィルタを有しており、n行目がRG(赤緑)のカラーフィルタを有するRG行であるとする。この場合、n+1行目はGB(緑青)のカラーフィルタを有するGB行となる。   In FIG. 5, the transfer pulse is controlled so that the total accumulation time of the pixels in the n-th row is shorter than the total accumulation time of the pixels in the (n + 1) -th row. The illustrated image pickup device 3 has a color filter with a so-called Bayer array, and the n-th row is an RG row having an RG (red-green) color filter. In this case, the (n + 1) th row is a GB row having a GB (greenish blue) color filter.

図5に示すパルス幅の相違が撮像素子3の全体に亘って適用された場合、B(青)に対してR(赤)の分光透過率が低下した画像が得られる。また、1フレームに均等に電荷蓄積時間を割り当てることによって、単純に1フレームにおいて短い電荷蓄積時間をフレーム先頭に配置するよりも、1フレームにおける蓄積ブレなどが自然に得られることになる。   When the difference in the pulse width shown in FIG. 5 is applied to the entire imaging device 3, an image in which the spectral transmittance of R (red) is reduced with respect to B (blue) is obtained. Also, by assigning the charge accumulation time evenly to one frame, accumulation blur in one frame can be naturally obtained rather than simply placing a short charge accumulation time in one frame at the head of the frame.

図6は、図1に示すECND部の構成についてその一例を示す断面図である。   FIG. 6 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of the ECND portion shown in FIG.

ECND部2は、EC素子2020を有しており、EC素子2020の主面(表面および裏面)には、それぞれ電極2000および2010が配置されている。さらに、EC素子2020は、シール材2030によって外部と隔離されて保持されている。一対の電極2000および2010は透明電極であり、カメラ1000が撮影の対象とする光の波長を透過する。例えば、電極2000および2010として既知のITO電極などを用いることが望ましい。   The ECND unit 2 includes an EC element 2020, and electrodes 2000 and 2010 are disposed on the main surface (front surface and back surface) of the EC element 2020, respectively. Further, the EC element 2020 is held isolated from the outside by a sealing material 2030. The pair of electrodes 2000 and 2010 are transparent electrodes and transmit the wavelength of light that the camera 1000 is to shoot. For example, it is desirable to use known ITO electrodes as the electrodes 2000 and 2010.

図示のように、一対の電極2000および2010は電極面を対向させて配置されており、シール材2030によって互いに接合されている。一対の電極2000および2010の間には、EC分子によってEC素子2020が形成されている。EC分子として、例えば、特許文献1および2に記載のEC分子又は公知のEC分子が用いられる。   As shown in the figure, the pair of electrodes 2000 and 2010 are arranged with their electrode surfaces facing each other, and are joined to each other by a sealing material 2030. An EC element 2020 is formed between the pair of electrodes 2000 and 2010 by EC molecules. As the EC molecule, for example, the EC molecules described in Patent Documents 1 and 2 or known EC molecules are used.

ここでは、一対の電極2000および2010に電圧を印加すると、酸化還元反応が生じて、EC分子が有する光の吸収率がEC分子の特性に応じて変化する。カメラ1000においては、電圧印加による光吸収率の変化を可変NDフィルタと同様に用いて、露出調整を行う。なお、ECND部2は、電極2000および2010が撮影光軸と略垂直になるように撮像素子3の被写体側に配置される。   Here, when a voltage is applied to the pair of electrodes 2000 and 2010, an oxidation-reduction reaction occurs, and the light absorptivity of the EC molecules changes according to the characteristics of the EC molecules. In the camera 1000, exposure adjustment is performed by using the change in the light absorption rate due to voltage application in the same manner as the variable ND filter. The ECND unit 2 is disposed on the subject side of the image sensor 3 so that the electrodes 2000 and 2010 are substantially perpendicular to the imaging optical axis.

図7は、図6に示すECND部2における光波長と光透過率との関係を示す図である。   FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the light wavelength and the light transmittance in the ECND unit 2 shown in FIG.

図7において、実線はECND部2(EC)を用いた際の光波長毎の透過率を示す。また、破線はNDフィルタ(ND filter)を用いた際の光波長毎の透過率を示す。ここでは、ND効果段数を異ならせている関係上、実線および破線ともに複数の曲線が存在する。   In FIG. 7, the solid line indicates the transmittance for each light wavelength when the ECND unit 2 (EC) is used. Moreover, a broken line shows the transmittance | permeability for every optical wavelength at the time of using an ND filter (ND filter). Here, there are a plurality of curves for both the solid and broken lines because of the difference in the number of ND effect stages.

図7から容易に理解できるように、ECND部2を用いた際には、NDフィルタに比べて光波長毎の透過率において平坦性が低いことが分かる。つまり、ECND部2による減光の効果は光波長に応じて変化するので、可視光の全帯域で一律な減光を行うことは困難である。   As can be easily understood from FIG. 7, when the ECND unit 2 is used, it can be seen that the flatness is low in the transmittance for each light wavelength as compared with the ND filter. That is, since the effect of dimming by the ECND unit 2 changes according to the light wavelength, it is difficult to perform uniform dimming over the entire visible light band.

さらに、ECND部2においては、ND効果段数に応じた光波長毎の透過率の変化が相似形になっていないので、ND効果段数によって透過する光に含まれる光波長の比率が一定でないことが分かる。つまり、例えば、2段のND段数効果において撮影した画像と3段のND段数効果において撮影した画像とでは色温度の差が生じることが懸念される。   Further, in the ECND unit 2, the change in transmittance for each light wavelength according to the number of ND effect stages is not similar, and therefore the ratio of the light wavelength contained in the light transmitted by the number of ND effect stages may not be constant. I understand. That is, for example, there is a concern that a difference in color temperature may occur between an image shot with the two-stage ND stage number effect and an image shot with the three-stage ND stage number effect.

前述のように、ECND部2はEC素子を有しており、EC素子に電圧を印加することによってアノード材とカソード材の各々は酸化還元反応によって光の吸収率が変化する。つまり、着色・消色が発生する。アノード材およびカソード材によるEC素子の着色状態は、アノード材およびカソード材が備える吸収特性によるものである。このため、多様な材料の提案がなされているもののNDフィルタのように光波長毎のフラットな透過率特性を得ることが難しい。このことが前述のECND部2における透過率平坦性の低さの要因となっている。   As described above, the ECND unit 2 has an EC element, and when a voltage is applied to the EC element, the light absorption rate of each of the anode material and the cathode material is changed by an oxidation-reduction reaction. That is, coloring / decoloring occurs. The coloring state of the EC element by the anode material and the cathode material is due to the absorption characteristics of the anode material and the cathode material. For this reason, although various materials have been proposed, it is difficult to obtain flat transmittance characteristics for each light wavelength as in the case of the ND filter. This is a cause of low transmittance flatness in the ECND portion 2 described above.

一方、アノード材およびカソード材は、印加する電圧によって吸収波長の分布が変化することがある。このことが前述のECND部2におけるND段数効果に応じた透過波長比率の変化(色ズレ)の要因となっている。また、ECND部2が動作する環境温度によって電極反応が活発になるか又は低下する。これによって、同様に吸収波長の分布が変化し、さらには電極からの距離の相違などによってEC素子の光軸垂直面内において着色ムラが発生することがある。   On the other hand, the distribution of the absorption wavelength of the anode material and the cathode material may change depending on the applied voltage. This is a cause of a change (color shift) in the transmission wavelength ratio according to the ND stage number effect in the ECND section 2 described above. Further, the electrode reaction becomes active or decreases depending on the environmental temperature at which the ECND unit 2 operates. As a result, the distribution of the absorption wavelength similarly changes, and coloring unevenness may occur in the plane perpendicular to the optical axis of the EC element due to a difference in distance from the electrode.

図8は、図1に示すカメラにおけるECND制御および撮像素子駆動制御を説明するためのフローチャートである。   FIG. 8 is a flowchart for explaining ECND control and image sensor drive control in the camera shown in FIG.

カメラ1000の電源投入が投入されると、撮像素子駆動制御部4は、記憶部6に格納されたECND部2の特性値を呼び出す(ステップS801)。このECND部2の特性値は、ECND部2が備える設計上のEC着色特性による光波長毎の透過率分布とEC電極の配置などによるEC素子平面内における着色ムラの情報である。なお、ECND部2の特性値は、設計上のみでなく製造誤差などに起因するECND部2毎の透過率分布および着色ムラ情報を含むようにしてもよい。   When the camera 1000 is turned on, the image sensor drive control unit 4 calls the characteristic value of the ECND unit 2 stored in the storage unit 6 (step S801). The characteristic value of the ECND unit 2 is information on the unevenness of coloration in the EC element plane due to the transmittance distribution for each light wavelength and the arrangement of the EC electrodes according to the designed EC coloring characteristic of the ECND unit 2. Note that the characteristic value of the ECND unit 2 may include not only the design but also the transmittance distribution and coloring unevenness information for each ECND unit 2 due to manufacturing errors and the like.

これらの透過率分布および着色ムラ情報は、ECND部2のND効果段数毎に記憶部6に記憶されている。また、EC素子個体毎の着色特性は、例えば、製造工程における個体調整値として記憶部6に記憶するようにしてもよく、ユーザ又はカスタマーサービスによって経年変化分も含めたキャリブレーションによって得られる経年個体調整値で更新するようにしてもよい。   These transmittance distribution and coloring unevenness information are stored in the storage unit 6 for each ND effect stage number of the ECND unit 2. Further, the coloring characteristics for each EC element may be stored in the storage unit 6 as individual adjustment values in the manufacturing process, for example, and the aged individual obtained by calibration including the secular change by the user or customer service. You may make it update with an adjustment value.

なお、キャリブレーションの手法として、例えば、均一輝度面をECND部2の動作状態に応じて撮影して、その結果得られた画像のムラ情報などに基づいてムラを補正する手法が用いられる。そして、カメラ1000にキャリブレーション機能を内蔵するようにしてもよく、記憶部6に記憶された個体調整値を逐次自動更新するようにしもよい。   As a calibration method, for example, a method of photographing a uniform luminance surface according to the operation state of the ECND unit 2 and correcting unevenness based on unevenness information of an image obtained as a result is used. Then, the camera 1000 may have a built-in calibration function, or the individual adjustment values stored in the storage unit 6 may be automatically updated sequentially.

撮像素子駆動制御部4は、上記の特性値に基づいて前述の垂直走査回路のパルス制御プログラムを変更する。よって、記憶部6に記憶されたECND部2の特性値は、ECND部2の着色状態自体であってもよいが、パルス制御プログラムのパラメータであってもよい。   The image sensor drive control unit 4 changes the above-described pulse control program of the vertical scanning circuit based on the above characteristic value. Therefore, the characteristic value of the ECND unit 2 stored in the storage unit 6 may be the coloring state itself of the ECND unit 2 or may be a parameter of the pulse control program.

続いて、撮像素子駆動制御部4は、着色情報と撮像素子3のカラーフィルタ特性(分光透過特性)との関係に基づいて、カラーフィルタ毎の合計蓄積時間を、撮像画像がよりフラットなND単数効果に応じて得られるように設定する。具体的には、ECND部2が撮像素子3のR画素の波長域においてB画素の波長域よりも透過率が低い場合、R画素の合計蓄積時間がB画素の合計蓄積時間よりも長くなるようにパルス制御プログラムを変更する。   Subsequently, the image sensor drive control unit 4 determines the total accumulation time for each color filter based on the relationship between the coloring information and the color filter characteristics (spectral transmission characteristics) of the image sensor 3, and the ND single that the captured image is flatter. Set to obtain according to the effect. Specifically, when the ECND unit 2 has a lower transmittance in the wavelength range of the R pixel of the image sensor 3 than the wavelength range of the B pixel, the total accumulation time of the R pixel is longer than the total accumulation time of the B pixel. Change the pulse control program to

次に、撮像素子駆動制御部4は、後述の露出変更指示の有無を判定する(ステップS802)。なお、露出変更指示は、例えば、カメラ1000に備えられた操作ボタン(図示せず)又はGUIの操作によって行われるマニュアル露出操作であってもよく、露出制御部(図示せず)による被写体輝度の検出による露出変更動作であってもよい。   Next, the image sensor drive control unit 4 determines the presence or absence of an exposure change instruction described below (step S802). The exposure change instruction may be, for example, an operation button (not shown) provided on the camera 1000 or a manual exposure operation performed by operating a GUI. The exposure control unit (not shown) controls the subject brightness. It may be an exposure change operation by detection.

露出変更指示がない場合には(ステップS802において、NO)、撮像素子駆動制御部4は待機する。露出変更の指示があると(ステップS802において、YES)、撮像素子駆動制御部4はプログラム線図によって決定される露出条件においてND機能を用いる必要があるか否かを判定する(ステップS803)。   If there is no exposure change instruction (NO in step S802), the image sensor drive control unit 4 stands by. When there is an instruction to change exposure (YES in step S802), the image sensor drive control unit 4 determines whether or not the ND function needs to be used under the exposure conditions determined by the program diagram (step S803).

なお、プログラム線図は被写体輝度などに基づいて露出条件を決定する際に用いられる。そして、露出条件は絞り装置の開口で決定されるAv値、シャッタ装置の速度により決定されるTv値、および撮像素子3の感度により決定されるSv値に基づいて決定される。   The program diagram is used when determining exposure conditions based on subject brightness and the like. The exposure condition is determined based on the Av value determined by the aperture of the aperture device, the Tv value determined by the speed of the shutter device, and the Sv value determined by the sensitivity of the image sensor 3.

カメラ1000はECND部2および撮像素子3によるイメージャND機能(以下ND機能と総称する)を備えているので、例えば、極めて明るい露出条件下では、自動露出制御部はND機能が必要である旨のフラグをプログラム線図に基づいて発行する。撮像素子駆動制御部4は当該フラグが発行されると、ND機能を用いる必要があると判定する。   Since the camera 1000 has an imager ND function (hereinafter collectively referred to as an ND function) by the ECND unit 2 and the image pickup device 3, for example, under an extremely bright exposure condition, the automatic exposure control unit needs the ND function. A flag is issued based on the program diagram. When the flag is issued, the image sensor drive control unit 4 determines that the ND function needs to be used.

ND機能を用いる必要がないと判定すると(ステップS803において、NO)、撮像素子駆動制御部4はステップS801の処理に戻る。一方、ND機能を用いる必要があると判定すると(ステップS803において、YES)、撮像素子駆動制御部4はその旨をECND制御部に通知する。これによって、ECND制御部はECND部2をオンして駆動する(ステップS804)。   If it is determined that it is not necessary to use the ND function (NO in step S803), the image sensor drive control unit 4 returns to the process in step S801. On the other hand, if it is determined that the ND function needs to be used (YES in step S803), the image sensor drive control unit 4 notifies the ECND control unit accordingly. Thus, the ECND control unit turns on and drives the ECND unit 2 (step S804).

一方、撮像素子駆動制御部4は、EC着色検出部5によって検出されたECND部2の着色状態の検出結果を得る(ステップS805)。なお、EC着色検出部5は、投光受光系を有する光検出部であり、ECND部2によるRGB毎の透過率を検出する。   On the other hand, the image sensor drive control unit 4 obtains the detection result of the coloring state of the ECND unit 2 detected by the EC coloring detection unit 5 (step S805). The EC coloring detection unit 5 is a light detection unit having a light projecting / receiving system, and detects the transmittance of each RGB by the ECND unit 2.

次に、撮像素子駆動制御部4は、EC着色検出部5によるEC素子の着色状態検出結果に基づいてパルス制御プログラムを更新する(ステップS806)。そして、撮像素子駆動制御部4は、更新されたパルス制御プログラムに基づいて撮像素子3のイメージャND機能をONする(ステップS807)。なお、既にイメージャND機能がONされている場合には、撮像素子駆動制御部4は最新のパルス制御プログラムに応じてイメージャND機能を継続して動作させる。   Next, the image sensor drive control unit 4 updates the pulse control program based on the EC element color state detection result by the EC color detection unit 5 (step S806). Then, the image sensor drive control unit 4 turns on the imager ND function of the image sensor 3 based on the updated pulse control program (step S807). When the imager ND function is already turned on, the image sensor drive control unit 4 continuously operates the imager ND function according to the latest pulse control program.

イメージャND機能のONによって、これまでに得られた着色情報に基づいて更新されたパルス制御プログラムに応じて、撮像素子駆動制御部4は前述の転送パルスφTX1Aを制御して、行毎の合計蓄積時間を変更する。これによって、ECND部2が有する光波長毎の透過率のばらつきが緩和されて、ECND部2を単独で用いた際の減光よりも光波長毎の透過率の平坦性を向上させることができる。   When the imager ND function is turned ON, the image sensor drive control unit 4 controls the transfer pulse φTX1A described above according to the pulse control program updated based on the coloring information obtained so far, and total accumulation for each row is performed. Change the time. Thereby, the dispersion of the transmittance for each light wavelength of the ECND unit 2 is alleviated, and the flatness of the transmittance for each light wavelength can be improved as compared with the dimming when the ECND unit 2 is used alone. .

続いて、撮像素子駆動制御部4は、EC着色検出部5による着色状態検出結果に基づいてパルス制御プログラムを変更する必要があるか否かを判定する。つまり、撮像素子駆動制御部4は、EC着色検出部5による着色状態検出結果がパルス制御プログラムの変更を要するだけ変化したか否かを判定する(ステップS808)。   Subsequently, the image sensor drive control unit 4 determines whether or not the pulse control program needs to be changed based on the coloring state detection result by the EC coloring detection unit 5. That is, the image sensor drive control unit 4 determines whether or not the coloring state detection result by the EC coloring detection unit 5 has changed as much as necessary to change the pulse control program (step S808).

変更を要すると判定すると(ステップS808において、YES)、撮像素子駆動制御部4は、ステップS806の処理に戻ってパルス制御プログラム(つまり、EC着色特性)を変更する。一方、変更を要しないと判定すると(ステップS808において、NO)、撮像素子駆動制御部4はパルス制御プログラムを変更することなく、イメージャND機能を維持する。そして、撮像素子駆動制御部4は露出再変更指示の有無を判定する(ステップS809)。   If it is determined that a change is required (YES in step S808), the image sensor drive control unit 4 returns to the process in step S806 and changes the pulse control program (that is, EC coloring characteristics). On the other hand, if it is determined that no change is required (NO in step S808), the image sensor drive control unit 4 maintains the imager ND function without changing the pulse control program. Then, the image sensor drive control unit 4 determines whether or not there is an exposure re-change instruction (step S809).

このように、イメージャND機能をONした後、リアルタイムに検出されるEC着色状態検出結果を逐次参照してイメージャND機能をフィードバック制御する。これによって、光波長毎の透過率のばらつきおよび着色ムラをなくしてND機能を用いることができる。一方、前述のキャリブレーションも、EC着色検出部5に相当するものであって、キャリブレーションによって得られた着色ムラの情報に基づいて同様のフィードバック制御を行うようにしてもよい。   As described above, after the imager ND function is turned ON, the imager ND function is feedback-controlled by sequentially referring to the EC color state detection results detected in real time. As a result, it is possible to use the ND function without variations in transmittance and color unevenness for each light wavelength. On the other hand, the above-described calibration also corresponds to the EC color detection unit 5, and similar feedback control may be performed based on the information on the color unevenness obtained by the calibration.

露出再変更指示があると(ステップS809において、YES)、撮像素子駆動制御部4はステップS803の処理に戻る。一方、露出再変更指示がないと(ステップS809において、NO)、撮像素子駆動制御部4はND機能の停止指示の有無を判定する(ステップS810)。なお、ND機能の停止指示は、例えば、ユーザが動画又は静止画撮影を終了する撮影終了指示である。さらには、ライブビュー表示などで所定の操作がない状態で所定の時間が経過した際にカメラ1000で行われる自動露出終了の指示又はスリープ開始指示であってもよい。また、ND機能の停止指示は、ユーザによってND機能を用いないモードを選択することであってもよい。   When there is an exposure re-change instruction (YES in step S809), the image sensor drive control unit 4 returns to the process of step S803. On the other hand, if there is no exposure rechange instruction (NO in step S809), the image sensor drive control unit 4 determines whether or not there is an instruction to stop the ND function (step S810). Note that the stop instruction for the ND function is, for example, a shooting end instruction for the user to stop shooting a moving image or a still image. Further, it may be an automatic exposure end instruction or a sleep start instruction that is performed by the camera 1000 when a predetermined time has passed without a predetermined operation in live view display or the like. Further, the instruction to stop the ND function may be that the user selects a mode that does not use the ND function.

ND機能の停止指示があると(ステップS810において、YES)、撮像素子駆動制御部4はND機能を停止して、ECND制御および撮像素子駆動制御を終了する。一方、ND機能の停止指示がないと(ステップS810において、NO)、撮像素子駆動制御部4はステップS809の処理に戻る。   If there is an instruction to stop the ND function (YES in step S810), the image sensor drive control unit 4 stops the ND function and ends the ECND control and the image sensor drive control. On the other hand, if there is no instruction to stop the ND function (NO in step S810), the image sensor drive control unit 4 returns to the process in step S809.

このように、上述の実施の形態では、ECND部2単独で行うECND機能よりも光波長毎の透過率の平坦性が向上する結果、良好な撮像画像が得られる。つまり、ECND部2の光波長毎の透過率の平坦性の低さおよびND効果段数による透過光の光線波長比率のばらつきを解消することができる。これによって、カメラ1000は、より波長の平坦性が向上したND機能を有することになる。さらには、ECND部2およびイメージャND機能を同時に用いることによって、ND効果段数の広いND機能が得られる。   As described above, in the above-described embodiment, the flatness of the transmittance for each light wavelength is improved as compared with the ECND function performed by the ECND unit 2 alone. As a result, a good captured image is obtained. That is, it is possible to eliminate the variation in the light beam wavelength ratio of the transmitted light due to the low flatness of the transmittance for each light wavelength of the ECND section 2 and the number of ND effect stages. Accordingly, the camera 1000 has an ND function with improved wavelength flatness. Furthermore, by using the ECND unit 2 and the imager ND function at the same time, an ND function having a wide number of ND effect stages can be obtained.

上述の実施の形態では、転送パルスφTX1Aを行毎に異ならせて、撮像素子3の合計蓄積時間を行毎に異ならせ撮影画像におけるRGB出力特性を変更するようにした。一方、画素毎に合計蓄積時間を異ならせるようにしてもよい。   In the above-described embodiment, the transfer pulse φTX1A is varied for each row, and the total accumulation time of the image sensor 3 is varied for each row, thereby changing the RGB output characteristics in the captured image. On the other hand, the total accumulation time may be different for each pixel.

続いて、図2に示す撮像素子3で行われる電荷蓄積および読み出しの変形例について説明する。   Next, a modification example of charge accumulation and readout performed by the image sensor 3 shown in FIG. 2 will be described.

図9は、図2に示す撮像素子3において行われる電荷蓄積および読み出しの変形例を説明するためのタイミングチャートである。   FIG. 9 is a timing chart for explaining a modification example of charge accumulation and readout performed in the image sensor 3 shown in FIG.

ここでは、撮像素子3は、前述のように、複数の信号保持部507Aおよび507B備えている。PD500における電荷蓄積と信号保持部507Aに対する電荷転送(転送A)は転送パルスφTX1Aによって行われる。図9においては、「蓄積」におけるクロスハッチ部分と「転送A」における長方形の部分で示されている。   Here, the imaging device 3 includes a plurality of signal holding units 507A and 507B as described above. Charge accumulation in the PD 500 and charge transfer (transfer A) to the signal holding unit 507A are performed by a transfer pulse φTX1A. In FIG. 9, a cross hatch portion in “accumulation” and a rectangular portion in “transfer A” are shown.

その後、PD500における蓄積と信号保持部507Bに対する電荷転送(転送B)が転送パルスφTX1Bによって行われる。図9においては、「蓄積」における左下がりハッチング部分と「転送B」における長方形の部分で示されている。   Thereafter, accumulation in the PD 500 and charge transfer (transfer B) to the signal holding unit 507B are performed by the transfer pulse φTX1B. In FIG. 9, a left-down hatched portion in “Accumulation” and a rectangular portion in “Transfer B” are shown.

上述の動作が1フレーム(ここでは、Nフレーム目)において16回繰り返されて、信号保持部507Aおよび507Bに電荷が保持される。いずれの蓄積および転送とも16回目の後、転送パルスφTX2AおよびφTX2Bによって電荷がFD508に転送される。   The above-described operation is repeated 16 times in one frame (here, the Nth frame), and charges are held in the signal holding units 507A and 507B. After any 16th accumulation and transfer, charges are transferred to the FD 508 by transfer pulses φTX2A and φTX2B.

通常、信号保持部507Aおよび507Bの双方で得られた電圧信号が信号出力線523に現れて、垂直走査回路によって読みだされる。図9においては、読み出しAおよびBにおける黒塗りの部分で示されている。   Normally, voltage signals obtained by both the signal holding units 507A and 507B appear on the signal output line 523 and are read by the vertical scanning circuit. In FIG. 9, the black portions in the readouts A and B are shown.

一方、図示の撮像素子3においては、パルス制御プログラムによってFD508の電荷を読み出すか否かが列毎に選択される。つまり、図9に示す読み出しAおよび読み出しBは列に応じていずれか一方が行われる。この結果、列毎の蓄積時間について2つの蓄積パターンを選択することができる。   On the other hand, in the illustrated image sensor 3, whether or not to read out the charge of the FD 508 is selected for each column by the pulse control program. That is, one of reading A and reading B shown in FIG. 9 is performed depending on the column. As a result, two accumulation patterns can be selected for the accumulation time for each column.

図9に示す例では、信号保持部507Aの合計蓄積時間が信号保持部507Bのそれよりも短く設定されており、その結果、信号保持部507Bの読み出しが行われた画素の分光感度が低下することとなる。パルス制御プログラムにおいて、例えば、R画素を含む列については信号保持部507Aの電荷を、G画素を含む列については信号保持部507Bの電荷を転送する。これによって、相対的に短い蓄積時間のR画素信号と相対的に長い蓄積時間のG画素信号が得られることとなる。   In the example shown in FIG. 9, the total accumulation time of the signal holding unit 507A is set to be shorter than that of the signal holding unit 507B, and as a result, the spectral sensitivity of the pixel from which the signal holding unit 507B has been read is lowered. It will be. In the pulse control program, for example, the charge of the signal holding unit 507A is transferred for the column including the R pixel, and the charge of the signal holding unit 507B is transferred for the column including the G pixel. As a result, an R pixel signal having a relatively short accumulation time and a G pixel signal having a relatively long accumulation time are obtained.

さらに、読み出しAおよび読み出しBを双方を行って、後段で加算および減算を行えば、列方向に異なる合計蓄積時間のパターンを増やすことができる。この例の撮像素子3においては、より柔軟に撮像画像全体におけるRGB出力特性を制御することができる。   Furthermore, if both reading A and reading B are performed, and addition and subtraction are performed in the subsequent stage, it is possible to increase the patterns of total accumulation times that differ in the column direction. In the image sensor 3 of this example, the RGB output characteristics in the entire captured image can be controlled more flexibly.

また、この例における撮像素子3を用いれば、行毎のみでなく列毎に撮影画像のRGB出力特性を変更することができる結果、EC素子の光軸垂直平面内における着色ムラについても2次元的に低減することが可能となる。   Further, if the image pickup device 3 in this example is used, the RGB output characteristics of the photographed image can be changed not only for each row but also for each column. As a result, the uneven coloring in the optical axis vertical plane of the EC device is also two-dimensional. It becomes possible to reduce it.

このように、変形例においては、信号保持部507Aおよび507Bとパルス制御プログラムとを用いて、画素毎の合計蓄積時間を異ならせる。一方、電荷蓄積および読み出しはこの例に限定されず、画素毎の合計蓄積時間を制御可能な撮像素子および当該撮像素子を制御する撮像素子駆動制御部を備えていればよい。   As described above, in the modification, the total accumulation time for each pixel is varied using the signal holding units 507A and 507B and the pulse control program. On the other hand, charge accumulation and readout are not limited to this example, and an image sensor that can control the total accumulation time for each pixel and an image sensor drive control unit that controls the image sensor may be provided.

なお、上述の実施の形態および変形例においては、信号保持部が2つ備えられているが、これに限定されず、複数の信号保持部を備えて各画素の蓄積パターンの階調を高めることができる。さらに、1フレームをサブフレームに分割して読み出しを行っても、蓄積パターンの階調を高めることが可能である。   In the above-described embodiment and modification, two signal holding units are provided. However, the present invention is not limited to this, and a plurality of signal holding units are provided to increase the gradation of the accumulation pattern of each pixel. Can do. Furthermore, even if one frame is divided into sub-frames and read out, it is possible to increase the gradation of the accumulated pattern.

さらに、上述の例では、撮像素子3においてカラーフィルタとして原色フィルタを用いてベイヤ配列するようにしたが、これに限定されず、補色フィルタを用いるようにしてもよい。また、ベイヤ配列とは異なる配列を用いるようにしもよい。   Furthermore, in the above-described example, the Bayer arrangement is performed using the primary color filter as the color filter in the image sensor 3, but the present invention is not limited to this, and a complementary color filter may be used. An array different from the Bayer array may be used.

このように、本発明の実施の形態では、EC素子を用いて光量制御を行う際に、色バランスの変化およびムラを低減して良好なND効果を得ることができる。   As described above, according to the embodiment of the present invention, when the light amount control is performed using the EC element, it is possible to obtain a favorable ND effect by reducing the change in color balance and unevenness.

以上、本発明について実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。   As mentioned above, although this invention was demonstrated based on embodiment, this invention is not limited to these embodiment, Various forms of the range which does not deviate from the summary of this invention are also included in this invention. .

例えば、上記の実施の形態の機能を制御方法として、この制御方法を撮像装置に実行させるようにすればよい。また、上述の実施の形態の機能を有するプログラムを制御プログラムとして、当該制御プログラムを撮像装置が備えるコンピュータに実行させるようにしてもよい。なお、制御プログラムは、例えば、コンピュータに読み取り可能な記録媒体に記録される。   For example, the function of the above embodiment may be used as a control method, and this control method may be executed by the imaging apparatus. Further, a program having the functions of the above-described embodiments may be used as a control program, and the control program may be executed by a computer included in the imaging apparatus. The control program is recorded on a computer-readable recording medium, for example.

[その他の実施形態]
本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。
[Other Embodiments]
The present invention supplies a program that realizes one or more functions of the above-described embodiments to a system or apparatus via a network or a storage medium, and one or more processors in the computer of the system or apparatus read and execute the program This process can be realized. It can also be realized by a circuit (for example, ASIC) that realizes one or more functions.

1 撮像光学系
2 ECND部
3 撮像素子
4 撮像素子駆動制御部
5 EC着色検出部
6 記憶部
7 画像処理部
8 メモリ
1000 撮像装置(カメラ)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Imaging optical system 2 ECND part 3 Imaging element 4 Imaging element drive control part 5 EC coloring detection part 6 Memory | storage part 7 Image processing part 8 Memory 1000 Imaging device (camera)

Claims (10)

光学像に応じた画像信号を出力する撮像素子を備える撮像装置であって、
前記撮像素子は2次元マトリックス状に配列された複数の画素を備えており、
前記画素の各々は前記光学像を電荷に変換する光電変換部と、前記光電変換部の電荷を蓄積する蓄積部と、前記光電変換部から前記蓄積部に前記電荷を転送する第1の転送部と、前記光電変換部の電荷を電荷排出部に転送する第2の転送部とを有し、
前記第1の転送部および前記第2の転送部による転送を選択的に行って、前記撮像素子の露光量を調整する第1の制御手段と、
エレクトロクロミック素子の着色に応じて前記撮像素子の露光量を調整する第2の制御手段と、を有し、
前記第1の制御手段は、前記エレクトロクロミック素子の着色の状態と前記画像信号とに基づいて前記露光量の調整を行うことを特徴とする撮像装置。
An imaging apparatus including an imaging element that outputs an image signal corresponding to an optical image,
The imaging device includes a plurality of pixels arranged in a two-dimensional matrix,
Each of the pixels includes a photoelectric conversion unit that converts the optical image into a charge, a storage unit that stores the charge of the photoelectric conversion unit, and a first transfer unit that transfers the charge from the photoelectric conversion unit to the storage unit. And a second transfer unit that transfers the charge of the photoelectric conversion unit to the charge discharge unit,
First control means for selectively performing transfer by the first transfer unit and the second transfer unit to adjust an exposure amount of the image sensor;
A second control means for adjusting the exposure amount of the imaging element in accordance with the coloring of the electrochromic element,
The imaging apparatus according to claim 1, wherein the first control unit adjusts the exposure amount based on a coloring state of the electrochromic element and the image signal.
前記第1の制御手段は前記撮像素子の行毎に前記画素を駆動制御することを特徴とする請求項1に記載の撮像装置。   The imaging apparatus according to claim 1, wherein the first control unit drives and controls the pixels for each row of the imaging element. 前記画素は、複数の前記蓄積部、前記第1の転送部、および前記第2の転送部を備えており、
前記第1の制御手段は、前記複数の蓄積部の出力を加算又は減算する際、列毎に前記画素の駆動制御を変更することを特徴とする請求項1又は2に記載の撮像装置。
The pixel includes a plurality of the storage units, the first transfer unit, and the second transfer unit,
The imaging apparatus according to claim 1, wherein the first control unit changes drive control of the pixels for each column when adding or subtracting outputs of the plurality of accumulation units.
前記エレクトロクロミック素子の着色に関する着色情報が記録された記憶手段を備え、
前記第1の制御手段は、前記エレクトロクロミック素子の着色の状態を前記着色情報を用いて判定することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の撮像装置。
Comprising storage means in which coloring information relating to the coloring of the electrochromic element is recorded;
The imaging apparatus according to claim 1, wherein the first control unit determines a coloring state of the electrochromic element using the coloring information.
前記エレクトロクロミック素子の着色状態を検出する着色状態検出手段を備えていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の撮像装置。   The imaging apparatus according to claim 1, further comprising a coloring state detection unit that detects a coloring state of the electrochromic element. 前記光電変換部は赤、緑、又は青のカラーフィルタを介して前記光学像を受光しており、
前記第1の制御手段は、前記画像信号の赤、緑、および青の出力特性に応じて前記露光量の調整を行うことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の撮像装置。
The photoelectric conversion unit receives the optical image through a red, green, or blue color filter,
6. The imaging according to claim 1, wherein the first control unit adjusts the exposure amount according to output characteristics of red, green, and blue of the image signal. apparatus.
前記画素は、前記蓄積部に蓄積された電荷を浮遊拡散領域へ転送するための第3の転送部と、前記浮遊拡散領域の電荷を増幅するための増幅部とを有していることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の撮像装置。   The pixel includes a third transfer unit for transferring the charge accumulated in the accumulation unit to the floating diffusion region, and an amplification unit for amplifying the charge in the floating diffusion region. The imaging device according to any one of claims 1 to 6. 前記第1の制御手段は、1フレーム時間において前記露光量を調整することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の撮像装置。   The imaging apparatus according to claim 1, wherein the first control unit adjusts the exposure amount in one frame time. 2次元マトリックス状に配列された複数の画素を備え、前記画素の各々は光学像を電荷に変換する光電変換部と、前記光電変換部の電荷を蓄積する蓄積部と、前記光電変換部から前記蓄積部に前記電荷を転送する第1の転送部と、前記光電変換部の電荷を電荷排出部に転送する第2の転送部とを有し、前記光学像に応じた画像信号を出力する撮像素子を備える撮像装置の制御方法であって、
前記第1の転送部および前記第2の転送部による転送を選択的に行って、前記撮像素子の露光量を調整する第1の制御ステップと、
エレクトロクロミック素子の着色に応じて前記撮像素子の露光量を調整する第2の制御ステップと、を有し、
前記第1の制御ステップでは、前記エレクトロクロミック素子の着色の状態と前記画像信号とに基づいて前記露光量の調整を行うことを特徴とする制御方法。
A plurality of pixels arranged in a two-dimensional matrix, each of the pixels is a photoelectric conversion unit that converts an optical image into electric charge, an accumulation unit that accumulates electric charge of the photoelectric conversion unit, and the photoelectric conversion unit An imaging device that has a first transfer unit that transfers the charge to the storage unit and a second transfer unit that transfers the charge of the photoelectric conversion unit to the charge discharge unit, and outputs an image signal corresponding to the optical image A method for controlling an imaging apparatus including an element,
A first control step of selectively performing transfer by the first transfer unit and the second transfer unit to adjust an exposure amount of the image sensor;
A second control step of adjusting the exposure amount of the imaging device according to the coloring of the electrochromic device,
In the first control step, the exposure amount is adjusted based on a coloring state of the electrochromic element and the image signal.
2次元マトリックス状に配列された複数の画素を備え、前記画素の各々は光学像を電荷に変換する光電変換部と、前記光電変換部の電荷を蓄積する蓄積部と、前記光電変換部から前記蓄積部に前記電荷を転送する第1の転送部と、前記光電変換部の電荷を電荷排出部に転送する第2の転送部とを有し、前記光学像に応じた画像信号を出力する撮像素子を備える撮像装置で用いられる制御プログラムであって、
前記撮像装置が備えるコンピュータに、
前記第1の転送部および前記第2の転送部による転送を選択的に行って、前記撮像素子の露光量を調整する第1の制御ステップと、
エレクトロクロミック素子の着色に応じて前記撮像素子の露光量を調整する第2の制御ステップと、を実行させ、
前記第1の制御ステップでは、前記エレクトロクロミック素子の着色の状態と前記画像信号とに基づいて前記露光量の調整を行うことを特徴とする制御プログラム。
A plurality of pixels arranged in a two-dimensional matrix, each of the pixels is a photoelectric conversion unit that converts an optical image into electric charge, an accumulation unit that accumulates electric charge of the photoelectric conversion unit, and the photoelectric conversion unit An imaging device that has a first transfer unit that transfers the charge to the storage unit and a second transfer unit that transfers the charge of the photoelectric conversion unit to the charge discharge unit, and outputs an image signal corresponding to the optical image A control program used in an imaging device including an element,
In the computer provided in the imaging device,
A first control step of selectively performing transfer by the first transfer unit and the second transfer unit to adjust an exposure amount of the image sensor;
Performing a second control step of adjusting an exposure amount of the imaging element in accordance with coloring of the electrochromic element,
In the first control step, the exposure amount is adjusted based on a coloring state of the electrochromic element and the image signal.
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