JP2020155886A

JP2020155886A - 撮像デバイス、撮像手段の制御方法、プログラム及び記憶媒体

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Publication number: JP2020155886A
Application number: JP2019051507A
Authority: JP
Inventors: 佐藤　裕子; Hiroko Sato; 裕子佐藤
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Abstract

【課題】フォトカウンティングタイプの撮像素子の露光時間を精度良く制御する。【解決手段】複数の画素がそれぞれ、光子の入射に応じてパルス信号を出力するセンサ手段と、パルス信号の数をカウントするカウント手段と、を有する撮像手段と、カウント手段からカウント情報を読み出す読み出し手段と、画素の露光中に、予め決められたタイミングで、複数の画素の少なくとも一部の画素のカウント手段から、カウント情報を読み出すように読み出し手段を制御する制御手段と、読み出されたカウント情報が、予め決められた条件を満たしているかどうかを判定する判定手段と、を有し、予め決められた条件を満たしている場合に、カウント手段のカウントを停止する。【選択図】図３

Description

本発明は、アバランシェフォトダイオードを用いた撮像デバイス、撮像手段の制御方法、プログラム及び記憶媒体に関し、特に画像撮影処理における露光時間の制御に関するものである。

近年、デジタルカメラ等に用いられる撮像素子として、画像信号を非破壊で読み出すことが可能なフォトンカウンティング型の撮像素子の検討がなされている。これは、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）をガイガーモードで動作させた際に発生するアバランシェ現象を利用して、入射したフォトンの数そのものを計測してデジタル信号として出力する撮像素子である。このような撮像素子は、ＳＰＡＤ（ＳｉｎｇｌｅＰｈｏｔｏｎＡｖａｌａｎｃｈｅＤｉｏｄｅ）と呼ばれている。

ＡＰＤをガイガーモードで動作させる時、例えばＡＰＤに１つのフォトンが入射するとアバランシェ現象によって観測可能なレベルの電流が発生する。この電流をパルス信号に変換し、そのパルス信号の数をカウントすることで、入射するフォトンの個数を直接計測することが可能となる。そのため、ＲＴＳノイズが発生せず、Ｓ／Ｎ比の向上が期待されている。ＳＰＡＤを用いたセンシングデバイスの一例として、特許文献１では複数画素のＳＰＡＤから成る測距用センサが開示されている。

ここでＡＰＤを用いた従来のフォトンカウンティング型の撮像素子の動作概要について図９を用いて説明する。図９（ａ）は、ＡＰＤをガイガーモードで動作させる撮像素子の単位画素（以下、「画素」と呼ぶ。）の等価回路を示している。画素は、ＡＰＤ９１、クエンチ抵抗９２、コンパレータ９３、抵抗Ｒ₁，Ｒ₂より構成される。

ＡＰＤ９１のアノード端はＧＮＤに接続されており、カソード端はクエンチ抵抗９２に接続されている。そして、クエンチ抵抗９２を介して、電圧ＶＤＤから逆バイアス電圧が印加される。このとき電圧ＶＤＤとＧＮＤの電圧差はＡＰＤ９１をガイガーモードにする為に降伏電圧以上となるように設定する。

図９（ｂ）はフォトン入射待機状態からアバランシェ現象が発生し、また元のフォトン入射待機状態に戻るまでのＡＰＤ９１のカソード端の電圧Ｖ_APDの推移を示している。時刻ｔ９０からｔ９１の期間はフォトン入射待機状態であり、時刻ｔ９１でＡＰＤ９１にフォトンが入射するとアバランシェ現象が発生する。アバランシェ現象が発生すると電流が流れて電圧Ｖ_APDが低下してアバランシェ現象が止まり（時刻ｔ９３）、また元のフォトン入射待機状態に戻る（時刻ｔ９５）。

図９（ａ）に示すようにコンパレータ９３の一方の入力端子にはＡＰＤ９１のカソード端の電圧Ｖ_APDが、もう一方の入力端子には基準電圧Ｖ_refを抵抗Ｒ₁と抵抗Ｒ_２とで分圧した参照電圧Ｖ_thが入力されている。参照電圧Ｖ_thは、上記で説明したフォトンが入射した際の電圧Ｖ_APDの変化が検出できるように、Ｖ₀とＶ_minの間の電位に設定する。

コンパレータ９３は、電圧Ｖ_APDがＶ_thより小さくなり、再び電圧Ｖ_APDがＶ_thより大きくなるまでの期間（電圧Ｖ_APDがＶ_thレベルを往復した期間）にパルス信号を１つ出力する。

図９（ｃ）は、図９（ｂ）に示すようにＡＰＤ９１のカソード端の電圧Ｖ_APDが推移した場合のコンパレータ９３の出力Ｖ_outを示している。時刻ｔ９２に電圧Ｖ_APDがＶ_thより小さくなり、時刻ｔ９４に再びＶ_APDがＶ_thより大きくなるため、ｔ９２〜ｔ９４の期間にパルス信号が一つ出力される。

このコンパレータ９３にカウンタ９４を接続しておけば、入射したフォトンの数をカウントすることができる。従って、フォトン入射待機状態からアバランシェ現象の発生、アバランシェ現象の停止、また元のフォトン入射待機状態へ戻るサイクルを繰り返すことで、ＡＰＤ９１に入射したフォトンの数を計測することが可能となる。

特開２０１１−８２６３４号公報

特許文献１に開示されたＡＰＤを用いた撮像素子では、露光中に一部分の画素の信号を読み出し、露光終了後に１フレーム分の画素の信号と加算したとしてもＳ／Ｎ比は悪化しないため、画質は低下しない。しかしながら、画素の読み出し情報が多いため、画素の読み出し間隔が空いてしまい、露光時間制御の精度が低くなってしまう。

本発明は上記問題点を鑑みてなされたものであり、フォトカウンティングタイプの撮像素子の露光時間を精度良く制御することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の撮像デバイスは、複数の画素を有し、前記複数の画素がそれぞれ、光子の入射に応じてパルス信号を出力するセンサ手段と、前記パルス信号の数をカウントするカウント手段と、を有する撮像手段と、前記カウント手段からカウント情報を読み出す読み出し手段と、前記画素の露光中に、予め決められたタイミングで、前記複数の画素の少なくとも一部の画素のカウント手段から、カウント情報を読み出すように前記読み出し手段を制御する制御手段と、前記読み出されたカウント情報が、予め決められた条件を満たしているかどうかを判定する判定手段と、を有し、前記予め決められた条件を満たしている場合に、前記カウント手段のカウントを停止する。

本発明によれば、フォトカウンティングタイプの撮像素子の露光時間を精度良く制御することができる。

本発明の実施形態における撮像装置の概略構成を示すブロック図。実施形態における撮像素子の構成を示す図。第１の実施形態における画素と画素演算部の一部の構成を示す図。第１の実施形態における画素部の動作を説明する図である。第１の実施形態における撮像装置の動作を示すフローチャート。第２の実施形態における撮像装置の動作を示すフローチャート。第３の実施形態における撮像装置の動作を示すフローチャート。第４の実施形態における撮像装置の動作を示すフローチャート。従来技術におけるフォトンカウンティング型撮像素子に関する説明図。

以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。尚、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものでするものでなく、また実施形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明に必須のものとは限らない。実施形態で説明されている複数の特徴うち二つ以上の特徴が任意に組み合わされてもよい。また、同一若しくは同様の構成には同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。

＜第１の実施形態＞
以下、図１を参照して、本発明の第１の実施形態における撮像デバイスの一例として、撮像装置の構成について説明する。図１は、第１の実施形態に係る撮像装置の構成を示すブロック図である。

図１において、撮影光学系は、第１レンズ群１１６、絞り１１７、第２レンズ群１１８を含む。第１レンズ群１１６は撮影光学系の先端に配置され、光軸方向に進退し、変倍作用（ズーム機能）を実現する。絞り１１７は、その開口径が、絞り駆動回路１１３により絞りアクチュエータ１１５を介して制御されて、撮影時の光量が調節される。第２レンズ群１１８はフォーカスレンズを含み、フォーカス駆動回路１１２がフォーカスアクチュエータ１１４を介して第２レンズ群１１８を光軸方向に進退駆動することにより、撮影光学系の焦点調節を行う。

シャッタ１１１は、静止画撮影時に露光秒時を調節するフォーカルプレーンシャッタである。なお、本実施形態では、シャッタ１１１により撮像素子１００の露光秒時を調節する構成とするが、本発明はこれに限られるものではなく、撮像素子１００が電子シャッタ機能を有し、制御パルスで露光秒時を調節する構成であってもよい。

撮像素子１００は、各画素がＡＰＤ（ＡｖａｌａｎｃｈｅＰｈｏｔｏｄｉｏｄｅ）を有する撮像素子であり、撮影光学系を介して入射するフォトン（光子）数をカウントして、カウント数（画素値）を出力する。なお、撮像素子１００の詳細構成に関しては、図２及び図３を参照して後述する。

撮像信号処理回路１０１では、撮像素子１００から入力される画素値に対して、ノイズを軽減するローパスフィルタ処理やシェーディング補正処理、ＷＢ補正処理などの各種の画像信号処理、さらにキズ補正やダークシェーディング補正、黒引き処理等の各種の補正、圧縮等を行って画像データを生成する。

全体制御演算部１０２は、撮像装置全体の制御と各種演算を行う。露光終了判定部１０３は、撮像素子１００から出力された画素値に基づいて、露光終了タイミングの判定を行う。読み出し制御回路１０４は、全体制御演算部１０２からの制御信号および露光終了判定部１０３の判定結果に基づき、撮像素子１００を駆動するための駆動パルスを発生させる。

メモリ部１０５は、撮像信号処理回路１０１により生成された画像データを一時的に記憶する。記録媒体制御インターフェース（Ｉ／Ｆ）部１０６は、記録媒体１０８に画像データの記録または読み出しを行う。表示部１０７は、画像データの表示を行う。記録媒体１０８は、半導体メモリ等の着脱可能な記憶媒体であり、画像データの記録または読み出しを行う。外部インターフェース（Ｉ／Ｆ）部１０９は、外部コンピュータ等と通信を行う為のインターフェースである。

操作部１１０にて、ユーザが設定した撮像装置の駆動条件に関する情報は、全体制御演算部１０２に送られ、これらの情報に基づいて撮像装置全体の制御が行われる。また、操作部１１０は、不図示の電源ボタンや静止画記録ボタンを含む。電源ボタンをＯＮ／ＯＦＦすることにより、撮像装置をＯＮ／ＯＦＦすることができる。また、撮像装置がＯＮの状態で静止画記録ボタンをＯＮすることで、静止画の記録開始を指示することができる。

なお、上述する構成を有する撮像装置では、静止画及び／または動画を撮影することができる。

図２は、撮像素子１００の概略構造を示しており、本実施形態では、一例として、センサ基板３０１と回路基板３０２とが電気的に接続されるように互いに積層された、積層構造を有する。

図２（ａ）において、センサ基板３０１には、複数の画素３０３が２次元状に配置された画素アレイが形成される。なお、画素３０３の詳細な構成については後述する。回路基板３０２には、画素演算部３０４及び信号処理回路３０５が形成される。

画素演算部３０４は、センサ基板３０１上の画素毎にバンプ等で電気的に接続され、各画素３０３を駆動するための制御信号を出力すると共に、画素３０３からのコンパレータ出力を受け、各種処理を行う。

また、画素演算部３０４は、後述するように、対応する画素毎に入射したフォトンに応じて出力されるコンパレータからのパルス信号の数を計測するカウンタを有する。画素演算部３０４で計測されたカウント値は、信号処理回路３０５によって撮像素子１００の外部へと出力される。

図２（ｂ）は、撮像素子１００で使用されるカラーフィルタアレイの一例を示しており、図２（ａ）の画素アレイに含まれる。このカラーフィルタの配列は、ベイヤー配列と呼ばれ、第１の色フィルタを赤（Ｒ）、第２の色フィルタを緑（Ｇｒ）、第３の色フィルタを緑（Ｇｂ）、第４の色フィルタを青（Ｂ）として繰り返し配列されている。原色の色フィルタ配列の中でも、高い解像度と優れた色再現性を備えた色フィルタ配列である。

次に、図３を参照して、画素３０３と画素演算部３０４の一部の構成について説明する。図３は、センサ基板３０１上の画素３０３及び画素３０３に対応する回路基板３０２上の画素演算部３０４の一部の等価回路を示している。

画素３０３は、クエンチ抵抗４０１、受光素子であるＡＰＤ４０２、コンパレータ４０３、参照電圧Ｖ_thを生成するための抵抗Ｒ₁、Ｒ₂を含み、センサ基板３０１上に配置される。なお、画素アレイに含まれる他の画素も同様の構成を有する。画素演算部３０４は、各画素３０３に対応したカウンタ４０４及び、各カウンタ４０４に接続された機能情報処理部４０５を含み、回路基板３０２上に配置される。

ＡＰＤ４０２のアノード端は接地（ＧＮＤ）されており、カソード端はクエンチ抵抗４０１に接続されている。そしてＡＰＤ４０２には、クエンチ抵抗４０１を介して、電圧ＨＶＤＤによる逆バイアス電圧が印加される。このとき電圧ＨＶＤＤとＧＮＤの電圧差は、ＡＰＤ４０２をガイガーモードにする為にブレーク電圧以上となるように設定される。

ＡＰＤ４０２のカソード端の電圧Ｖ_APD（出力電圧）はコンパレータ４０３の一方の入力端に入力される。また、コンパレータ４０３のもう一方の入力端には、基準電圧Ｖ_refを、抵抗Ｒ₁とＲ₂により分圧した参照電圧Ｖ_thが入力される。

コンパレータ４０３は、電圧Ｖ_APDが参照電圧Ｖ_thレベルを往復した場合にパルス信号を出力する。コンパレータ４０３から出力されたパルス信号は、各画素に対応するカウンタ４０４に入力され、その数が計測される。カウンタ４０４にはバイナリカウンタ等の回路が用いられ、ビット数に応じてカウンタ４０４によりカウントすることのできる最大値が決まる。

各カウンタ４０４からの出力（カウント値）は、信号処理回路３０５及び機能情報処理部４０５の少なくともいずれか一方に送られる。信号処理回路３０５に直接送られたカウント値は、そのまま撮像信号処理回路１０１へ送られる。

一方、機能情報処理部４０５へ送られた場合、機能情報処理部４０５は入力したカウント値に基づいてカウント情報を生成し、信号処理回路３０５を介して、露光終了判定部１０３へと出力される。なお、後述する露光終了判定条件によって、カウント情報は様々な形態を取ることが可能であり、その詳細については、後述する。

露光終了判定部１０３は、機能情報処理部４０５から得られた情報を元に、露光を終了するか否かの判定を行い、読み出し制御回路１０４へと情報を出力する。露光終了判定部１０３が露光を終了しない（露光を継続する）と判定した場合、読み出し制御回路１０４は再びカウント情報を取得する処理に戻り、同様の処理を繰り返す。露光終了判定部１０３が露光を終了すると判定した場合、読み出し制御回路１０４は、カウンタ４０４の動作を終了し、全画素情報を読み出すように、撮像素子１００を制御する。

次に、本実施形態における撮像装置の動作について、図４のタイミングチャートを参照しながら、図５のフローチャートに沿って説明する。

時刻ｔ０において、ユーザにより、操作部１１０に含まれる電源ボタンがＯＮされ、更に操作部１１０に含まれる静止画記録ボタンがＯＮされると処理が開始され、Ｓ５０２において、全体制御演算部１０２は、各種初期設定を行う。この初期設定は、撮像素子１００に対するＩＳＯ感度（撮影感度）の設定や、フォーカス駆動回路１１２に対する第２レンズ群１１８の位置の設定、絞り駆動回路１１３に対する絞り値の設定等を含む。また、露光終了判定の基準を定める。

次に、Ｓ５０４において、全体制御演算部１０２は、機能情報処理部４０５を制御すべく、読み出し制御回路１０４に露光終了判定に用いるカウント情報を得るための条件設定を行う。

まず、カウンタ４０４から機能情報処理部４０５に入力する情報としては、読み出す画素と、カウンタ４０４から読み出すビットが挙げられる。全画素の情報を監視したい場合には、全画素のカウンタ４０４からカウント値を読み出すように設定する。また、主被写体枠や中央測光エリア等、一部の画素情報を監視したい場合には、対象となる画素のカウンタ４０４からカウント値を読み出すように設定する。

さらに、各画素のカウンタ４０４の全ビット情報を用いて露光終了判定を行う場合には全ビット情報を読み出すように設定し、各画素のカウンタ４０４の一部のビット情報を用いて露光終了判定を行う場合には一部のビット情報のみを読み出すように設定する。

一部のビット情報のみを露光終了判定に用いるときの処理の一例として、Ｓ５０２の初期設定時に定めた露光終了判定の基準値から、読み出すビットを決定する方法がある。例えば、カウンタ４０４の上位２ビットを監視することで、カウンタ４０４が最大値に達する前に、露光を終了させるように、全体制御演算部１０２が読み出し制御回路１０４を制御することができる。

また、全ビット情報を露光終了判定に用いることで、例えば、カウンタ４０４の最大値の４分の３で露光を終了させるなど、任意のカウント値に達したことに応じて、露光を終了させることができる。

Ｓ５０５において、撮像素子１００のカウンタ４０４をリセットした後（時刻ｔ１）、Ｓ５０６において、全体制御演算部１０２によって決められた露出条件（露光時間／絞り／感度）に従って、読み出し制御回路１０４は撮像素子１００の露光を開始する（時刻ｔ２）。これにより、ＡＰＤ４０２は動作を開始し、カウンタ４０４はコンパレータ４０３から出力されたパルス信号のカウントを開始する。

予め決められた時間が経過すると、Ｓ５０７において、Ｓ５０４で設定された条件に基づいて、機能情報処理部４０５はカウンタ４０４からカウント値を読み出して処理し（時刻ｔ３）、露光終了判定部１０３が必要とするカウント情報を出力する。例えば、全画素の情報を用いて露光終了判定を行う場合、機能情報処理部４０５は、全画素のカウンタ４０４からカウント値を読み出す。また、一部の画素の情報を用いて露光終了判定を行う場合には、機能情報処理部４０５は、設定された一部の画素のカウンタ４０４からカウント値を読み出す。

また、カウンタ４０４の全ビット情報を用いて露光終了判定を行う場合には、機能情報処理部４０５は、カウンタ４０４の全ビット情報を読み出し、一部のビット情報を用いて露光終了判定を行う場合には、必要なビット情報のみを読み出す。

機能情報処理部４０５は、このようにして読み出した必要な情報をそのままカウント情報として出力しても良い。また、いずれかのカウンタ４０４のビット情報が予め決められた条件を満たした場合に、その旨を示す情報（例えば、「１」）をカウント情報として出力するようにしても良い。

また、露光終了判定部１０３が指定の領域の画素値の積分結果に基づいて判定を行う場合には、Ｓ５０４で設定された条件に基づいて得られた情報を加算した情報をカウント情報として出力しても良い。また、露光終了判定部１０３が最も大きいカウント値の情報を用いて判定を行う場合には、入力したカウント値の内、最大のカウント値をカウント情報として出力しても良い。他にも、条件に応じて様々なカウント情報を出力することが考えられる。

Ｓ５０８では、露光終了判定部１０３が、機能情報処理部４０５から出力されたカウント情報に基づいて、露光終了判定処理を行う（時刻ｔ４）。ここでの判定は、機能情報処理部４０５から出力されたカウント情報が、Ｓ５０２で初期設定時に定めた露光終了判定の条件を満たしているか否かで判定する。

例えば、上位２ビットの値に基づく指定領域の積分結果で判定する場合、Ｓ５０７において機能情報処理部４０５が各画素のカウンタ４０４の上位２ビットの値を読み出し、指定領域内の画素のカウント値を積分し、積分値をカウント情報として出力するような構成が考えられる。この際、露光終了判定部１０３では得られる積分値を所定の閾値と比較し、積分値が閾値に達するか否かで露光終了判定を行うことができる。上述の通り、機能情報処理部４０５の処理内容と、露光終了判定部１０３の判定方法には、他にも様々なものが考えられる。

そして、露光を終了する場合はＳ５０９へ進んで露光を終了し、カウンタ４０４のカウントを停止する（時刻ｔ９）。露光を終了しない場合はＳ５０７に戻り、露光を継続して、露光終了判定処理を繰り返す（時刻ｔ５、ｔ６、ｔ７、ｔ８）。

Ｓ５０９で露光を終了すると、Ｓ５１０において、全画素３００のカウンタ４０４から、全ビット情報の読み出しを行い、静止画情報を取得する。なお、ここで読み出された情報（カウント値）は、カウンタ４０４から直接信号処理回路３０５を介して撮像信号処理回路１０１へと送られ、処理されて画像データに変換される。

続くＳ５１１では、画像データに対し、全体制御演算部１０２は静止画の現像処理として、ノイズを軽減するローパスフィルタ処理やシェーディング補正処理、ＷＢ補正処理など各種の画像データ処理や補正処理を行う。

Ｓ５１２では、Ｓ５１１で処理された画像データを、静止画データとして記録媒体１０８へ記録、または、表示部１０７へのライブビュー表示などを行い、処理を終了する。

上記の通り第１の実施形態によれば、露光終了判定に必要な情報のみをカウンタから読み出すことで、撮像素子１００とのデータ通信量を減らすことが可能となる。これにより、露光終了判定処理を行う間隔を短くすることが可能となり、露光終了判定の基準から大きく離れることなく、露光を終了することができる。

なお、本実施形態では撮像素子１００を積層センサであること前提とし、機能情報処理部４０５を撮像素子１００内に持つ構成としたが、本発明はこれに限られるものではない。

また、本実施形態では露光終了判定部１０３及び読み出し制御回路１０４を独立して持つ構成としたが、本発明はこれに限られるものではなく、撮像素子１００内に含まれる構成としてもよい。その場合、撮像素子１００単体で撮像デバイスを構成する。

＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。なお、本実施形態における撮像装置の構成は、図１乃至図３を参照して説明したものと同様であるため、ここでは説明を省略する。

第２の実施形態は、露光終了判定処理が第１の実施形態と異なる。第１の実施形態では、初期設定時（Ｓ５０２）に露光終了判定の基準を定めておき、機能情報処理部４０５から出力されたカウント情報が基準を超えているか否かを判断して露光終了タイミングの制御を行う。

それに対し、第２の実施形態では、機能情報処理部４０５から出力されたカウント情報を表示部１０７に表示し、ユーザの操作により露光終了タイミングの制御を行う。以下、第２の実施形態における撮像装置の動作について、図６のフローチャートを用いて説明する。なお、図５に示す第１の実施形態で説明した処理と同様の処理には同じ参照番号を付し、適宜説明を省略する。

ユーザにより、操作部１１０に含まれる電源ボタンがＯＮされ、更に操作部１１０に含まれる静止画記録ボタンがＯＮされると処理が開始され、全体制御演算部１０２は、各種初期設定を行う（Ｓ６０２）。ここでの初期設定は、撮像素子１００に対するＩＳＯ感度（撮影感度）の設定や、フォーカス駆動回路１１２に対する第２レンズ群１１８の位置の設定、絞り駆動回路１１３に対する絞り値の設定等を含む。なお、上述した第１の実施形態では、この初期設定を行うタイミングで露光終了判定の基準を定める処理を行うが、本実施形態では行わない。

次に、Ｓ６０３において、撮像信号処理回路１０１に入力する条件を設定し、機能情報処理部４０５の制御を行う。撮像信号処理回路１０１に入力するカウント情報は、第１の実施形態と同様に、読み出す画素と、カウンタ４０４から読み出すビットが挙げられる。このとき、本実施形態では、ユーザが表示部１０７にてカウンタ４０４のカウント値を確認し、操作部１１０より露光終了操作を行うため、機能情報処理部４０５は、積分等の処理は行わずに、Ｓ６０３で設定された条件に基づいたカウント情報をそのまま出力する。ただし、表示部１０７の画素数が少ない場合等、全画素の情報が必要ない場合には、画素の加算処理や間引き処理を行うよう、読み出す画素の条件を設定する。

続いて、Ｓ５０５で撮像素子１００のカウンタ４０４をリセットした後、Ｓ５０６で撮像素子１００の露光を開始する。

Ｓ６０４において、Ｓ６０３で設定された条件に基づいて、機能情報処理部４０５はカウンタ４０４からカウント値を読み出して、撮像信号処理回路１０１にカウント情報を出力する。Ｓ６０５では、全体制御演算部１０２は表示用画像の現像処理として、ノイズを軽減するローパスフィルタ処理やシェーディング補正処理、ＷＢ補正処理など各種の画像データ処理や補正処理を行い、Ｓ６０６で表示部１０７へのライブビュー表示を行う。

Ｓ６０７で、ユーザにより操作部１１０に含まれる静止画記録ボタンがＯＦＦされた否かを判定する。静止画記録ボタンがＯＦＦされた場合はＳ５０９へ進んで露光を終了し、カウンタ４０４のカウントを停止する。静止画記録ボタンがＯＦＦされていない場合はＳ６０４に戻って露光を継続し、露光終了判定処理を繰り返す。

そして、第１の実施形態と同様に、Ｓ５０９〜Ｓ５１２の処理を行って、処理を終了する。

上記の通り第２の実施形態によれば、露光終了判定として必要な情報のみを読み出すことで、撮像素子１００とのデータ通信量を減らすことが可能となることに加え、ユーザの所望のタイミングで露光を終了することが行うことができる。

＜第３の実施形態＞
以下、本発明の第３の実施形態について説明する。なお、本実施形態における撮像装置の構成は、図１乃至図３を参照して説明したものと同様であるため、ここでは説明を省略する。

第３の実施形態は、露光終了判定処理の開始タイミング、即ち、最初の露光終了判定を行うタイミングが第１の実施形態と異なる。第１の実施形態では、撮像素子１００の露光開始後（Ｓ５０６）、すぐに露光終了判定用の情報（カウント値）を読み出し（Ｓ５０７）、露光終了判定（Ｓ５０８）を行う。これに対し、第３の実施形態では、静止画の記録動作開始に先立って得られたＡＥ（ＡｕｔｏｍａｔｉｃＥｘｐｏｓｕｒｅ）演算用画像情報に基づいて、露光終了判定用の情報の読み出しを開始するタイミングを変更する。以下に、第３の実施形態における撮像装置の動作について、図７のフローチャートを用いて説明する。なお、図５に示す第１の実施形態で説明した処理と同様の処理には同じ参照番号を付し、適宜説明を省略する。

ユーザにより、操作部１１０に含まれる電源ボタンがＯＮされ、更に操作部１１０に含まれる静止画記録ボタンがＯＮされると処理が開始され、全体制御演算部１０２は、各種ＡＥ演算用画像の初期設定を行う（Ｓ７０２）。ここでの初期設定とは、撮像素子１００に対するＩＳＯ感度（撮影感度）の設定や、フォーカス駆動回路１１２に対する第２レンズ群１１８の位置の設定、絞り駆動回路１１３に対する絞り値の設定等を含む。このとき、ＡＥ演算用画像の取得領域は、全体制御演算部１０２により撮像装置の測光条件に応じて決定される。そして、ＡＥ演算用画像の撮影を行う（Ｓ７０３）。ここで取得された画像を、静止画撮影前の待機画像として表示部１０７へライブビュー表示を行っても良い。

続くＳ７０４では、Ｓ７０３で取得したＡＥ演算用画像から露光終了判定処理の開始タイミングを設定する。まず、全体制御演算部１０２は、Ｓ７０２で設定したＡＥ演算用画像の初期設定と、Ｓ７０３で取得したＡＥ演算用画像の画素積分値より、各画素３０３に対応するカウント値の増加速度を求める。このカウント値の増加速度と、静止画撮影時の撮影条件（ＩＳＯ感度、ＴＶ（シャッタ速度）、露出等）において、露光終了の判定が為されるであろう露光時間から、露光終了判定処理の開始タイミングを決定する。ここでは、撮像素子１００の露光を開始してからの時間を決定する。

その後、第１の実施形態と同様にＳ５０２、Ｓ５０４、Ｓ５０５、Ｓ５０６の処理を行って、Ｓ７０５に進む。

Ｓ７０５では、Ｓ５０６で撮像素子１００の露光が開始されてから、Ｓ７０４で決定した露光終了判定処理の開始時間が経過しているか否かを判定する。経過している場合には、第１の実施形態と同様に、Ｓ５０７〜Ｓ５１２の処理を行って、図７に示す処理を終了する。経過していない場合には、Ｓ７０５を繰り返し、露光終了開始時間が経過するまで待機する。

上記の通り第３の実施形態によれば、撮像動作開始前にＡＥ演算用画像を取得し、露光終了判定開始タイミングを設定する。これにより、第１の実施形態と同様の効果に加えて、露光終了判定処理を行う回数を減らすことが可能となり、撮像装置の省電力化につなげることができる。

なお、第３の実施形態では露光終了判定処理のタイミングに関し、開始タイミングのみを設定し、その後は定期的に露光終了判定処理を行うとしたが、この限りではない。露光終了判定処理開始後、Ｓ５０７で読み出した露光終了判定用情報より、再度、各画素３０３に対応するカウント値の増加速度を求め、このカウント値の増加速度から、露光終了判定タイミングの頻度を変更するようにしても良い。

＜第４の実施形態＞
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。なお、本実施形態における撮像装置の構成は、図１乃至図３を参照して説明したものと同様であるため、ここでは説明を省略する。

露光終了判定部１０３において露光を終了すると判定してから、実際に読み出し制御回路１０４がカウンタ４０４でのカウントを止め、撮像素子１００の露光を終了するよう制御するまでには、多少の時間を要する。以下、ここでかかる時間を「露光終了時タイムラグ」と呼ぶ。

つまり、露光終了判定部１０３が露光を終了すると判定してからも、撮像素子１００は露光終了時タイムラグの分、露光が続いてしまう。そのため露光終了判定部１０３は、実際に狙う明るさに達する前に露光終了と判定する必要がある。ただし、露光終了時タイムラグの期間の露光量（カウンタ４０４の進み具合）は、被写体の輝度により異なる。

そこで、第４の実施形態では、本画像露光中に取得するカウント値を用い、露光終了判定部の基準値を変更する処理を行う。

第４の実施形態は、露光終了判定処理での基準値の設定の手法が第１の実施形態と異なる。第１の実施形態では、初期設定時（Ｓ５０２）に露光終了判定処理の基準値を決定する。それに対し、第４の実施形態では、静止画記録動作中に得られる露光終了判定用の情報より求められるカウント値の増加速度から、Ｓ５０２で設定した露光終了判定処理の基準値を変更していく。

以下に本実施形態における撮像装置の動作について、図８のフローチャートを用いて説明する。なお、図５に示す第１の実施形態で説明した処理と同様の処理には同じ参照番号を付し、適宜説明を省略する。

まず、ユーザにより、操作部１１０に含まれる電源ボタン（不図示）がＯＮされた後に行われるＳ５０２〜Ｓ５０７の処理は、第１の実施形態における処理と同様である。

Ｓ５０７で露光終了判定用にカウンタ４０４からカウント値を読み出すと、次のＳ８０２において、Ｓ５０７で読み出したカウント値より、カウント値の増加速度を算出する。続いてＳ８０３では、Ｓ８０２で求めたカウント値の増加速度より、露光終了判定時に用いる基準値の更新を行う。

ここでは、露光終了時タイムラグにカウント値の増加速度をかけた分、基準値から前倒しすることで、露光終了処理時（カウント停止時）に合わせたいカウント値となるように基準値を変更する。この処理により、露光終了時タイムラグによるカウント値の誤差を防ぐことが可能となる。

続いて、Ｓ５０８〜Ｓ５１２の処理を行って、図８の処理を終了する。

上記の通り第４の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果に加え、露光終了用に取得した情報をカウント値の増加速度の算出にも用いることで、露光終了時タイムラグによる誤差を吸収し、所望の露光量により近い画像を取得することが可能となる。

＜他の実施形態＞
なお、本発明は、複数の機器（例えばホストコンピュータ、インターフェイス機器、スキャナ、ビデオカメラなど）から構成されるシステムに適用しても、一つの機器からなる装置（例えば、複写機、ファクシミリ装置など）に適用してもよい。

また、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ー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。

発明は上記実施形態に制限されるものではなく、発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、発明の範囲を公にするために請求項を添付する。

１００：撮像素子、１０１：撮像信号処理回路、１０２：全体制御演算部、１０３：露光終了判定部、１０４：読み出し制御回路、１０５：メモリ部、１０７：表示部、１１０：操作部、３０１：センサ基板、３０２：回路基板、３０３：画素、３０４：画素演算部、３０５：信号処理回路、４０２：ＡＰＤ、４０３：コンパレータ、４０４：カウンタ、４０５：機能情報処理部

Claims

複数の画素を有し、前記複数の画素がそれぞれ、光子の入射に応じてパルス信号を出力するセンサ手段と、前記パルス信号の数をカウントするカウント手段と、を有する撮像手段と、
前記カウント手段からカウント情報を読み出す読み出し手段と、
前記画素の露光中に、予め決められたタイミングで、前記複数の画素の少なくとも一部の画素のカウント手段から、カウント情報を読み出すように前記読み出し手段を制御する制御手段と、
前記読み出されたカウント情報が、予め決められた条件を満たしているかどうかを判定する判定手段と、を有し、
前記予め決められた条件を満たしている場合に、前記カウント手段のカウントを停止することを特徴とする撮像デバイス。
前記制御手段は、前記画素の露光に先立って、前記カウント手段からカウント情報を読み出すように前記読み出し手段を制御し、前記カウント情報から求めたカウント値の増加速度に応じて、前記予め決められたタイミングを制御することを特徴とする請求項１に記載の撮像デバイス。
前記制御手段は、前記カウント値の増加速度に応じて、前記画素の露光を開始してから、最初に前記カウント情報を読み出すタイミングを制御することを特徴とする請求項２に記載の撮像デバイス。
前記制御手段は、前記予め決められたタイミングで得られたカウント情報から、カウント値の増加速度を求めることを特徴とする請求項１に記載の撮像デバイス。
前記制御手段は、前記カウント値の増加速度に応じて、前記カウント情報を読み出す前記予め決められたタイミングの頻度を制御することを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の撮像デバイス。
前記予め決められた条件は、前記カウント手段のカウント値が予め決められた値に達することであって、
前記カウント値の増加速度と、前記判定手段により前記予め決められた条件を満たしていると判定されてから前記カウント手段のカウントを停止するまでにかかる時間とに基づいて、前記予め決められた値を変更することを特徴とする請求項４に記載の撮像デバイス。
複数の画素を有し、前記複数の画素がそれぞれ、光子の入射に応じてパルス信号を出力するセンサ手段と、前記パルス信号の数をカウントするカウント手段と、を有する撮像手段と、
前記カウント手段からカウント情報を読み出す読み出し手段と、
前記画素の露光中に、予め決められたタイミングで、前記複数の画素の少なくとも一部の画素のカウント手段から、繰り返しカウント情報を読み出すように前記読み出し手段を制御する制御手段と、
前記制御手段による制御に基づいて前記読み出し手段により読み出されたカウント情報を表示する表示手段と、
前記カウント手段のカウントを停止する指示を入力する操作手段と、を有し、
前記操作手段により前記指示が入力された場合に、前記カウント手段のカウントを停止することを特徴とする撮像デバイス。
前記カウント手段は、複数のビット数のバイナリカウンタであって、前記制御手段は、前記バイナリカウンタの予め決められたビット情報を、前記カウント情報として読み出すことを特徴とする請求項１または７に記載の撮像デバイス。
前記制御手段は、前記複数の画素のうち、予め決められた領域に含まれる画素から前記カウント情報を読み出すように前記読み出し手段を制御することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の撮像デバイス。
前記センサ手段は、アバランシェフォトダイオードを含むことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の撮像デバイス。
前記撮像デバイスは、撮像素子であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の撮像デバイス。
前記撮像デバイスは、少なくとも前記撮像手段を有する撮像素子を含む撮像装置であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の撮像デバイス。
複数の画素を有し、前記複数の画素がそれぞれ、光子の入射に応じてパルス信号を出力するセンサ手段と、前記パルス信号の数をカウントするカウント手段と、を有する撮像手段の制御方法であって、
読み出し手段が、前記画素の露光中に、予め決められたタイミングで、前記複数の画素の少なくとも一部の画素のカウント手段から、カウント情報を読み出す読み出し工程と、
判定手段が、前記読み出されたカウント情報が、予め決められた条件を満たしているかどうかを判定する判定工程と、
制御手段が、前記予め決められた条件を満たしている場合に、前記カウント手段のカウントを停止する停止工程と
を有することを特徴とする制御方法。
複数の画素を有し、前記複数の画素がそれぞれ、光子の入射に応じてパルス信号を出力するセンサ手段と、前記パルス信号の数をカウントするカウント手段と、を有する撮像手段の制御方法であって、
読み出し手段が、前記画素の露光中に、予め決められたタイミングで、前記複数の画素の少なくとも一部の画素のカウント手段から、繰り返しカウント情報を読み出す読み出し工程と、
表示手段に、前記読み出し工程で読み出されたカウント情報を表示する表示工程と、
操作手段から、前記カウント手段のカウントを停止する指示を入力する入力工程と、
制御手段が、前記操作手段から前記指示が入力された場合に、前記カウント手段のカウントを停止する停止工程と
を有することを特徴とする制御方法。
コンピュータに、請求項１３または１４に記載の制御方法の各工程を実行させるためのプログラム。
請求項１５に記載のプログラムを記憶したコンピュータが読み取り可能な記憶媒体。