JP4049142B2 - 撮像装置、撮像素子駆動装置および撮像方法 - Google Patents

撮像装置、撮像素子駆動装置および撮像方法 Download PDF

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Description

本発明は、被写体に係る画像信号を生成する撮像素子を利用した撮像技術に関する。
撮像素子としてＣＣＤを使用するデジタルカメラ(撮像装置)では、モニタモード時や静止画撮影時において、タイミングジェネレータから所定の駆動パルスを撮像素子に送り、光電変換部（光電変換セル）から転送可能な電子数（以下「転送可能電子数」ともいう）の設定を行っている（非特許文献１参照）。
一方、被写体が低輝度の場合には、撮像素子から出力される画像信号を増幅するアンプにおいてゲインを上げることで、露光量の不足を改善している。
ＳＯＮＹ(株)、"ＩＣＸ４０６ＢＱＦ 対角8.98mm(1/1.8型)正方画素型カラー用フレーム読み出し方式固体撮像素子"、［online］、［平成１６年９月１７日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.sony.co.jp/~semicon/japanese/img/sonyj01/e6802817.pdf＞
しかしながら、上記の技術のように、アンプのゲインを大きくする場合には撮像素子の出力信号に含まれる暗ノイズも増幅されてしまうため、Ｓ／Ｎ比が悪化し、撮影画像の画質が劣化するという問題がある。特に、撮像素子においては、転送可能電子数が大きくなると暗ノイズが増加する傾向であるが、この暗ノイズが増幅されることによる影響を受けることとなる。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、低輝度の被写体を撮影する場合でも撮影画像の画質の劣化を防止できる撮像技術を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するため、請求項１の発明は、撮像装置であって(a)被写体に係る画像信号を生成する撮像素子と、(b)被写体の輝度を検出する検出手段と、(c)前記検出手段で検出された被写体の輝度に応じて第１駆動信号と第２駆動信号とを選択的に切替え、前記撮像素子に出力する駆動手段と、(d)前記撮像素子で生成された画像信号を増幅する増幅手段とを備え、前記撮像素子は、(a-1)前記駆動手段から前記第１駆動信号が入力される場合には、第１の電荷転送容量に設定し、前記駆動手段から前記第２駆動信号が入力される場合には、前記第１の電荷転送容量より小さい第２の電荷転送容量に設定する設定手段を有するとともに、前記増幅手段は、前記画像信号を増幅する増幅率が可変となっており、前記検出手段は、(b-1)前記増幅率に基づき、前記被写体の輝度を検出する手段を有するとともに、前記駆動手段は、(c-1)前記増幅率が所定値より小さい場合には、前記第１駆動信号を出力し、前記増幅率が前記所定値より大きい場合には、前記第２駆動信号を出力する手段を有する。
また、請求項２の発明は、撮像装置であって(a)被写体に係る画像信号を生成する撮像素子と、(b)被写体の輝度を検出する検出手段と、(c)前記検出手段で検出された被写体の輝度に応じて第１駆動信号と第２駆動信号とを選択的に切替え、前記撮像素子に出力する駆動手段とを備え、前記撮像素子は、(a-1)前記駆動手段から前記第１駆動信号が入力される場合には、第１の電荷転送容量に設定し、前記駆動手段から前記第２駆動信号が入力される場合には、前記第１の電荷転送容量より小さい第２の電荷転送容量に設定する設定手段を有するとともに、前記検出手段は、(b-1)前記撮像素子で生成された画像信号の最大輝度値に基づき、前記被写体の輝度を検出する手段を有し、前記駆動手段は、(c-1)前記最大輝度値が特定値より大きい場合には、前記第１駆動信号を出力し、前記最大輝度値が前記特定値より小さい場合には、前記第２駆動信号を出力する手段を有する。
また、請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明に係る撮像装置において、前記設定手段は、前記撮像素子に係る蓄積ゲートの数を変更することで、前記第１の電荷転送容量と前記第２の電荷転送容量とを切替える手段を有する。
また、請求項４の発明は、被写体の輝度を検出する検出手段から前記被写体の輝度情報を取得可能な撮像素子駆動装置であって、(a)被写体に係る画像信号を生成する撮像素子と、(b)前記被写体の輝度情報に応じて第１駆動信号と第２駆動信号とを選択的に切替え、前記撮像素子に出力する駆動手段とを備え、前記撮像素子で生成された画像信号は増幅手段で増幅され、前記撮像素子は、(a-1)前記駆動手段から前記第１駆動信号が入力される場合には、第１の電荷転送容量に設定し、前記駆動手段から前記第２駆動信号が入力される場合には、前記第１の電荷転送容量より小さい第２の電荷転送容量に設定する設定手段を有するとともに、前記増幅手段は、前記画像信号を増幅する増幅率が可変となっており、前記検出手段は、前記増幅率に基づき、前記被写体の輝度を検出する手段を有するとともに、前記駆動手段は、(b-1)前記増幅率が所定値より小さい場合には、前記第１駆動信号を出力し、前記増幅率が前記所定値より大きい場合には、前記第２駆動信号を出力する手段を有する。
また、請求項５の発明は、被写体の輝度を検出する検出手段から前記被写体の輝度情報を取得可能な撮像素子駆動装置であって、(a)被写体に係る画像信号を生成する撮像素子と、(b)前記被写体の輝度情報に応じて第１駆動信号と第２駆動信号とを選択的に切替え、前記撮像素子に出力する駆動手段とを備え、前記撮像素子は、(a-1)前記駆動手段から前記第１駆動信号が入力される場合には、第１の電荷転送容量に設定し、前記駆動手段から前記第２駆動信号が入力される場合には、前記第１の電荷転送容量より小さい第２の電荷転送容量に設定する設定手段を有するとともに、前記検出手段は、前記撮像素子で生成された画像信号の最大輝度値に基づき、前記被写体の輝度を検出する手段を有し、前記駆動手段は、(b-1)前記最大輝度値が特定値より大きい場合には、前記第１駆動信号を出力し、前記最大輝度値が前記特定値より小さい場合には、前記第２駆動信号を出力する手段を有する。
また、請求項６の発明は、撮像方法であって、(a)被写体に係る画像信号を撮像素子によって生成する撮像工程と、(b)被写体の輝度を検出する検出工程と、(c)前記検出工程で検出された被写体の輝度に応じて第１駆動信号と第２駆動信号とを選択的に切替え、前記撮像素子に出力する駆動工程と、(d)前記撮像素子で生成された画像信号を増幅する増幅工程とを備え、前記撮像素子は、前記駆動工程において前記第１駆動信号が入力される場合には、第１の電荷転送容量に設定し、前記駆動工程において前記第２駆動信号が入力される場合には、前記第１の電荷転送容量より小さい第２の電荷転送容量に設定するとともに、前記増幅工程では、前記画像信号を増幅する増幅率が可変となっており、前記検出工程は、(b-1)前記増幅率に基づき、前記被写体の輝度を検出する工程を有するとともに、前記駆動工程は、(c-1)前記増幅率が所定値より小さい場合には、前記第１駆動信号を出力し、前記増幅率が前記所定値より大きい場合には、前記第２駆動信号を出力する工程を有する。
また、請求項７の発明は、撮像方法であって、(a)被写体に係る画像信号を撮像素子によって生成する撮像工程と、(b)被写体の輝度を検出する検出工程と、(c)前記検出工程で検出された被写体の輝度に応じて第１駆動信号と第２駆動信号とを選択的に切替え、前記撮像素子に出力する駆動工程とを備え、前記撮像素子は、前記駆動工程において前記第１駆動信号が入力される場合には、第１の電荷転送容量に設定し、前記駆動工程において前記第２駆動信号が入力される場合には、前記第１の電荷転送容量より小さい第２の電荷転送容量に設定するとともに、前記検出工程は、(b-1)前記撮像素子で生成された画像信号の最大輝度値に基づき、前記被写体の輝度を検出する工程を有し、前記駆動工程は、(c-1)前記最大輝度値が特定値より大きい場合には、前記第１駆動信号を出力し、前記最大輝度値が前記特定値より小さい場合には、前記第２駆動信号を出力する工程を有する。
請求項１ないし請求項７の発明によれば、被写体の輝度に応じて第１駆動信号と第２駆動信号とを選択的に切替え撮像素子に出力する駆動手段から、第１駆動信号が入力される場合には第１の電荷転送容量に設定し、第２駆動信号が入力される場合には第１の電荷転送容量より小さい第２の電荷転送容量に設定する。その結果、低輝度の被写体を撮影する場合でも撮影画像の画質の劣化を防止できる。
特に、請求項３の発明においては、撮像素子に係る蓄積ゲートの数を変更することで、第１の電荷転送容量と第２の電荷転送容量とを切替えるため、電荷転送容量を適切に変更して、画質の向上を図れる。
また、請求項１、請求項４および請求項６の発明においては、撮像素子で生成された画像信号を増幅する増幅率が所定値より小さい場合には、第１駆動信号を出力し、増幅率が所定値より大きい場合には、第２駆動信号を出力するため、第１駆動信号と第２駆動信号との選択を適切に行える。
また、請求項２、請求項５および請求項７の発明においては、撮像素子で生成された画像信号の最大輝度値が特定値より大きい場合には、第１駆動信号を出力し、最大輝度値が特定値より小さい場合には、第２駆動信号を出力するため、第１駆動信号と第２駆動信号との選択を適切に行える。
＜第１実施形態＞
＜撮像装置の構成＞
図１および図２は、本発明の第１実施形態に係る撮像装置１Ａの外観構成を示す図である。図１は正面側から見た概略斜視図であり、図２は背面側からみた概略斜視図である。
撮像装置１Ａは、例えばデジタルカメラとして構成されており、その正面側に撮影レンズ２と光学ファインダー３とフラッシュ４とを備えるとともに、その上面側にシャッタボタン９とを備えている。
また、撮像装置１Ａは、その背面側に液晶表示部（以下では、単に「表示部」という。）５とボタン群７とを備えている。ボタン群７は十字カーソルボタン７ａ〜７ｅで構成されている。
シャッタボタン９は、撮影者による半押し状態（以下、Ｓ１状態とも称する）と全押し状態（以下、Ｓ２状態とも称する）とを区別して検出可能な２段階押し込みスイッチとなっており、半押し(Ｓ１)状態のときに自動合焦制御を開始し、全押し(Ｓ２)状態のときに記録用画像を撮影するための静止画撮影（本撮影）動作を開始する。
表示部５は、モニタモード時のプレビュー表示（ライブビュー表示とも称する）及び記録画像の再生表示等を行う。
ライブビュー表示では、撮像装置１Ａの電源オン後や静止画撮影が完了すると、１／３０秒ごとに低解像度で被写体の撮像を繰り返し、撮像画像を表示部５に動画的態様で表示する。これにより、撮影者は、撮像画像における被写体の位置および大きさ等を知覚し、フレーミング動作を行える。
蓋６は、電池室およびメモリカード装着部を覆う部分に設けられている。言い換えれば、蓋６の内部側には、電源電池ＢＴを収容する電池室と着脱自在な記録媒体であるメモリカード９０を装着するメモリカード装着部とが設けられている。静止画撮影によって得られる画像データ等は、この挿入装着部にセットされるメモリカード９０に記録される。
図３は、撮像装置１Ａの機能構成を示すブロック図である。
撮像素子２０は、例えばＣＣＤとして構成されており、被写体像を撮影して電子的な画像信号を生成する。具体的には、撮像素子２０は、撮影レンズ２によって結像された被写体の光像を、画素毎にＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の色成分の画像信号（各画素で受光された画素信号の信号列からなる信号）に光電変換して出力する。
撮像素子２０で生成された画像信号はアナログ信号処理部２１に与えられ、アナログ信号処理部２１において画像信号（アナログ信号）に対して所定のアナログ信号処理が施される。具体的には、アナログ信号処理回路２１は、オートゲインコントロール回路（ＡＧＣ）を有しており、このオートゲインコントロール回路でゲインを調整することにより画像信号のレベル調整を行える。すなわち、オートゲインコントロール回路では、撮像素子２０で生成された画像信号を増幅するゲイン（増幅率）が可変となっており、被写体の輝度に応じたゲインが設定される。
Ａ／Ｄ変換器２２は、アナログ処理部２１で増幅された画像信号の各画素信号を、例えば１０ｂｉｔのデジタル信号に変換するものである。Ａ／Ｄ変換後のデジタル信号は、制御部８Ａ内のデジタル処理部８０に入力され、ＷＢ（ホワイトバランス）処理やγ補正処理、色補正処理等の画像処理が施される。
Ｄ／Ａ変換器２３は、制御部８Ａから送信されるデジタル信号をアナログ信号に変換し、撮像素子２０に出力する。このＤ／Ａ変換器２３によって、撮像素子２０に印加する電位を変化させることにより、撮像素子２０において飽和レベルの変更が可能となる（後述）。
タイミングジェネレータ２４は、撮像素子２０、アナログ処理部２１およびＡ／Ｄ変換器２２を駆動させるための各種のパルスを発生する部位で、複数種の駆動パルスを出力できる。これらの駆動パルスは、制御部８Ａからのタイミングパルスに基づき生成される。
このタイミングジェネレータ２４および撮像素子２０は、一体として撮像素子駆動回路(駆動制御装置)ＣＵ内に設けられている。
デジタル処理部８０で処理された画像データは、表示部５に表示したり、メモリカード９０に記録されることとなる。
制御部８Ａは、コンピュータとして働くＣＰＵおよびメモリを有しており、撮像装置１Ａの各部を統括的に制御する。
＜撮像素子２０の駆動について＞
撮像素子２０においては、Ｄ／Ａ変換器２３からの印加電圧およびタイミングジェネレータ２４からの駆動パルスによって、飽和レベルおよび、垂直転送路（垂直ＣＣＤ）に配列された蓄積ゲートの数が変更可能となっている。これらについて、以下で説明する。
図４は、撮像素子２０の入力電圧Ｖｓと飽和電子数との関係を示す図である。この図４においては、横軸がＤ／Ａ変換器２３から入力される電圧Ｖｓを示し、縦軸が撮像素子２０の光電変換セル（光電変換部）で飽和する電子数を示している。
例えば、Ｄ／Ａ変換器２３から出力される電圧Ｖｓが６Ｖである場合には、撮像素子２０の光電変換部における飽和電子数が２００００に設定され、電圧Ｖｓが１５Ｖである場合、撮像素子２０の光電変換部における飽和電子数が１００００に設定される。このように、撮像素子２０の光電変換部の飽和レベルは、撮像素子２０に入力される電圧Ｖｓを変化させることで変更できる。尚、飽和電子数２００００はほぼ撮像素子の出力電圧５００ｍｖに相当し、飽和電子数１００００はほぼ撮像素子の出力電圧２５０ｍｖに相当する。
電圧Ｖｓの変化は、図５に示す電位障壁ＷＡの高さ(電位)Ｐｓの変更に対応しており、この電位Ｐｓの変更により、蓄積電荷をオーバーフローさせる飽和レベルの変更が可能となる。なお、図５に示す電位障壁ＷＢの高さＰｔを低くすることで、撮像素子２０において光電変換部から、垂直転送路に蓄積電荷を移動させることができる。
以上のように撮像素子２０の入力電圧Ｖｓを変化させることで、飽和電子数を変更できるが、本実施形態では、飽和電子数が２００００に設定される場合(Ｖｓ＝６Ｖ)を通常飽和レベルと呼び、飽和電子数が１００００に設定される場合(Ｖｓ＝１５Ｖ)を低飽和レベルと呼ぶこととする。
図６は、蓄積ゲート数と転送可能電子数との関係を示す図である。この図６においては、横軸が撮像素子２０における蓄積ゲート数を示し、縦軸が、光電変換部から転送可能な電子数(転送可能電子数)を示している。
図６のように、蓄積ゲート数が３である場合には、転送可能電子数が１５０００に設定され、蓄積ゲート数が４である場合には、転送可能電子数が２５０００に設定される。このように転送可能電子数は蓄積ゲートの数で制限されることとなるが、図４に示す飽和レベルとの関係について、以下で説明する。
撮像素子２０の入力電圧Ｖｓが６Ｖの場合には、光電変換部の飽和電子数が２００００(図４参照)に設定されるため、蓄積ゲート数を３にすると転送可能電子数は１５０００に設定され飽和レベルに近い画素（高輝度の被写体が結像されている画素）の電荷を全て転送することができない。
一方、撮像素子２０の入力電圧Ｖｓが１５Ｖの場合には、光電変換部の飽和電子数が１００００(図４参照)に設定されるため、蓄積ゲート数を３にしても４にしても、各画素の電荷を全て転送することが可能である。このような場合、撮像装置１Ａでは、暗電流の抑制効果が大きい蓄積ゲート数３を選択し、高画質化を図ることとする。
この暗電流の抑制効果について、図７を参照して説明する。
図７は、暗ノイズと蓄積ゲート数との関係を示す概念図である。図７(ａ)は、蓄積ゲート数が４の場合を表し、図７(ｂ)は、蓄積ゲート数が３の場合を表している。なお、図７(ａ)および図７(ｂ)では、平行斜線で示す電荷が次々に転送される様子を表現している。
蓄積ゲート数が４の場合、転送可能電子数に相当する電荷転送容量Ｑａ（図７(ａ)）は、蓄積ゲート数が３の場合における電荷転送容量Ｑｂ（図７(ｂ)）より大きい。また、蓄積ゲート数が４の場合、転送される電荷に含まれる暗ノイズＮａ（図７(ａ)）の絶対量も、蓄積ゲート数が３の場合における暗ノイズＮｂ（図７(ｂ)）の量より大きくなる。
よって、蓄積ゲート数が４に設定される場合で、信号量（電子数）が大きい時には、暗ノイズＮａの量が多いもののＳ／Ｎ比の確保は可能である。これに対して、信号量が小さい時には、暗ノイズＮａの信号量に占める割合が増加するため、Ｓ／Ｎ比が悪化することとなる。
一方、蓄積ゲート数が３に設定される場合で、信号量が小さい時には、暗ノイズＮｂの量が少ないため、Ｓ／Ｎ比の確保は可能である。これに対して、信号量が大きい時には、電荷転送容量Ｑｂが小さいため、容量オーバーとなり、電荷を全て転送することが不可能である。
以上のように蓄積ゲート数が増加すると暗ノイズの量も大きくなるが、転送される電子数に応じて蓄積ゲート数を決定することで、暗ノイズの影響を適切に抑制できることとなる。
蓄積ゲート数は、タイミングジェネレータ２４からの駆動パルスの波形に応じて設定されるが、この動作について説明する。なお、以下では、蓄積ゲート数を４に設定する駆動パルスの波形パターンをＡパターンと呼び、蓄積ゲート数を３に設定する駆動パルスの波形パターンをＢパターンと呼ぶ。
図８は、タイミングジェネレータ２４から出力される駆動パルスの波形パターンを示す図である。図９は、図８に示す駆動パルスの波形パターンを拡大した図である。すなわち、図９(ａ)は、図８(ａ)の破線Ｚａ内を拡大した波形を示し、図９(ｂ)は、図８(ｂ)の破線Ｚｂ内を拡大した波形を示している。
蓄積ゲート数を４にする場合には、タイミングジェネレータ２４において図９(ａ)に示す駆動パルスの波形パターン(Ａパターン)が設定される。このＡパターンでは、各駆動パルスＶ１〜Ｖ４において蓄積ゲートをオンにする信号が重畳され、４つの蓄積ゲートを有するゲートＧａが形成されることとなる。
一方、蓄積ゲート数を３にする場合には、タイミングジェネレータ２４において図９(ｂ)に示す駆動パルスの波形パターン(Ｂパターン)が設定される。このＢパターンでは、各駆動パルスＶ２〜Ｖ４において蓄積ゲートをオンにする信号が重畳され、３つの蓄積ゲートを有するゲートＧｂが形成されることとなる。
以上のようにタイミングジェネレータ（駆動手段）２４からＡパターンの駆動波形（第１駆動信号）が撮像素子２０に入力される場合には、転送可能電子数が２５０００の第１の電荷転送容量に設定されるとともに、タイミングジェネレータ２４からＢパターンの駆動波形（第２駆動信号）が撮像素子２０に入力される場合には、第１の電荷転送容量より小さい、転送可能電子数が１５０００の第２の電荷転送容量に設定される。そして、第１の電荷転送容量と第２の電荷転送容量とは、撮像素子２０に係る蓄積ゲートの数を変更することにより切替えられる。
このように撮像素子２０に送る駆動パルスの波形パターンを変化させると、蓄積ゲート数が変更できるため、撮像素子２０の光電変換部で生じる電子数(電荷量)に応じて蓄積ゲート数を決定すれば、上述のようにＳ／Ｎ比の向上を図れることとなる。
＜アナログ処理部２１のゲイン設定について＞
アナログ処理部２１では、画像信号を増幅するアンプのゲイン調整が可能となっているが、このゲイン設定は、後段のＡ／Ｄ変換器２２の入力レンジを考慮して行われることとなる。これについて、具体的に説明する。
例えば、撮像素子２０の光電変換部で蓄積された電子数が２００００である場合には、撮像素子２０から５００ｍＶの出力が生じ、電子数が１００００である場合には、撮像素子２０から２５０ｍＶの出力が生じるものとし、電子数と出力電圧とが比例関係にあると考える。また、１０ｂｉｔのＡ／Ｄ変換器２２の入力レンジを０〜１Ｖと考える。これにより、入力電圧が０Ｖである場合にはデジタル値の０が出力され、入力電圧が１Ｖの場合にはデジタル値の１０２３が出力されることとなる。
ここで、アナログ処理部２１のゲインが＋６ｄＢ(２倍)に設定される場合、撮像素子２０の出力を５００ｍＶまでに抑えることができれば、アナログ処理部２１の出力が１Ｖ以下となり、Ａ／Ｄ変換器２２のダイナミックレンジ(入力レンジ)をフルに使用できる。
一方、アナログ処理部２１のゲインが＋６ｄＢ(２倍)に設定される場合において、撮像素子２０の出力が２５０ｍＶ(図４ではＶｓ＝１５Ｖのケース)で飽和するのであれば、アナログ処理部２１の出力が５００ｍＶ以上とはならず、Ａ／Ｄ変換器２２のダイナミックレンジをフルに使用できない。このようにＡ／Ｄ変換器２２のダイナミックレンジを十分に利用せずに画像処理された画像は、ダイナミックレンジを有効活用した画像に比べて、画質面において劣ることとなる。
ただし、撮像素子２０の出力が２５０ｍＶで飽和する場合でも、アナログ処理部２１のゲインを例えば＋１２ｄＢ(４倍)に設定すれば、アナログ処理部２１の出力が１Ｖ以下になるとともに、Ａ／Ｄ変換器２２のダイナミックレンジをフルに使用できる。すなわち、アナログ処理部２１のゲインが大きい場合には、撮像素子２０の飽和レベルを低く設定しても支障がないこととなる。
以上のことから、撮像素子２０で生じる電子数が例えば１００００(出力が２５０ｍＶ)までの場合には、図６に示すように蓄積ゲート数が３でも４でも転送可能であるが、アナログ処理部２１のゲインが＋１２ｄＢ(４倍)となっている時には、Ａ／Ｄ変換器２２のダイナミックレンジを有効活用する観点から、蓄積ゲート数を３とするのが、画質面において有利に働くこととなる。
＜撮像装置１Ａの動作＞
図１０は、撮像装置１Ａの基本的な動作を示すフローチャートである。本動作は、制御部８Ａおよびタイミングジェネレータ２４等によって実行される。
ステップＳＴ１では、アナログ処理部２１におけるアンプのゲイン設定を制御部８Ａが読み込む。この設定ゲイン(増幅率)を利用して、被写体の輝度が検出されることとなる。
ステップＳＴ２では、ステップＳＴ１で読み込んだゲインが１２ｄＢ未満かを判定する。ここで、１２ｄＢ未満の場合には、ステップＳＴ３に進み、１２ｄＢ以上の場合には、ステップＳＴ５に進む。すなわち、タイミングジェネレータ２４において、ステップＳＴ１で検出された被写体の輝度に応じて、ステップＳＴ３でのＡパターンの駆動波形（第１駆動信号）と、ステップＳＴ５でのＢパターンの駆動波形（第２駆動信号）とが選択的に切替えられ、撮像素子２０に出力されることとなる。
ステップＳＴ３では、タイミングジェネレータ２４から撮像素子２０に送る駆動パルスを、図９(ａ)に示すＡパターンに設定する。すなわち、アナログ処理部２１の増幅率が１２ｄＢ(所定値)より小さい場合には、Ａパターンの駆動波形（第１駆動信号）を撮像素子２０に出力する。これにより、撮像素子２０における蓄積ゲート数が４に設定され、転送可能電子数が比較的多い２５０００に設定される。
ステップＳＴ４では、撮像素子２０を通常飽和レベルに設定する。具体的には、撮像素子２０にＤ／Ａ変換器２３から６Ｖの電圧を印加し、飽和電子数を２００００に設定する。
ステップＳＴ５では、タイミングジェネレータ２４から撮像素子２０に送る駆動パルスを、図９(ｂ)に示すＢパターンに設定する。すなわち、アナログ処理部２１の増幅率が１２ｄＢ(所定値)より大きい場合には、Ｂパターンの駆動波形（第２駆動信号）を撮像素子２０に出力する。これにより、撮像素子２０における蓄積ゲート数が３に設定され、転送可能電子数が比較的少ない１５０００に設定される。
ステップＳＴ６では、撮像素子２０を低飽和レベルに設定する。具体的には、撮像素子２０にＤ／Ａ変換器２３から１５Ｖの電圧を印加し、飽和電子数を１００００に設定する。
以上の撮像装置１Ａの動作により、アナログ処理部のゲイン設定に応じて蓄積ゲート数、つまり転送可能電子数を変更するため、低輝度の被写体を撮影する場合でも暗ノイズを抑えて撮影画像の画質の劣化を防止できる。
＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態に係る撮像装置１Ｂについては、第１実施形態の撮像装置１Ａと類似の構成を有しているが、制御部の構成が異なっている。
すなわち、撮像装置１Ｂの制御部８Ｂは、次で説明する動作を撮像装置１Ｂに行わせる。
＜撮像装置１Ｂの動作＞
図１１は、撮像装置１Ｂの基本的な動作を示すフローチャートである。本動作は、制御部８Ｂおよびタイミングジェネレータ２４等によって実行される。
ステップＳＴ１１では、ライブビュー表示を行うモニタモードで取得した画像データの最大輝度値を制御部８Ｂが読み込む。この画像信号の最大輝度値に基づき、次で説明する電子数に対応する被写体の輝度が検出されることとなる。
ステップＳＴ１２では、ステップＳＴ１１で読み込まれた画像データの最大値と、撮影条件とに基づき撮像素子２０で蓄積される電子数を制御部８Ｂにより演算する。すなわち、モニタモード時に取得した画像データの最大値と、モニタモード時の条件設定と、静止画撮影時の条件設定とから、静止画撮影時に撮像素子２０で生じる最大電荷量に相当する値を算出する。この算出方法について、以下で説明する。
例えば、モニタモード時においてアナログ処理部２１のゲインが＋６ｄＢ、シャッタースピード(ＳＳ)が１／３０秒、絞り値Ｆｎｏが８に設定され、その条件で取得したモニタモード時の画像データの最大値を８００とする。そして、静止画撮影時においてアナログ処理部２１のゲインを＋１２ｄＢ、ＳＳを１／６０秒、絞り値Ｆｎｏを８に設定するケースを考える。
ここで、モニタモード時における画像データの最大値が８００であることから、Ａ／Ｄ変換器２２には約８００ｍＶが入力されている。そして、モニタモード時にゲインが＋６ｄＢ(２倍)に設定されていたため、撮像素子２０の出力は、８００ｍＶの半分の４００ｍＶとなる。
一方、静止画撮影時においては、モニタモード時に比べてシャッタースピード(ＳＳ)が半分で、Ｆｎｏが同一であるため、撮像素子２０からは２００ｍＶが出力される。
ここで、撮像素子２０の出力電圧と電子数とは比例関係にあることから、撮像素子の出力が２００ｍＶの場合に対応する、例えば電子数８０００が算出されることとなる。なお、電子数が８０００となる場合には、図６のグラフから蓄積ゲート数が３で足りることとなり、後述するステップＳＴ１６において例えば１５Ｖの電圧を撮像素子２０に印加し飽和電子数が８０００より若干多い１００００に設定される。
ステップＳＴ１３では、ステップＳＴ１２で演算された電子数が所定値（例えば１５０００）以上であるかを判定する。ここで、電子数が所定値以上である場合には、ステップＳＴ１４に進み、所定値未満の場合には、ステップＳＴ１５に進む。
ステップＳＴ１４では、タイミングジェネレータ２４から撮像素子２０に送る駆動パルスを、図９(ａ)に示すＡパターンに設定する。すなわち、画像データの最大輝度値が特定値より大きい場合には、Ａパターンの駆動波形（第１駆動信号）を撮像素子２０に出力する。これにより、撮像素子２０における蓄積ゲート数が４に設定され、転送可能電子数が比較的多い２５０００に設定される。
ステップＳＴ１５では、タイミングジェネレータ２４から撮像素子２０に送る駆動パルスを、図９(ｂ)に示すＢパターンに設定する。すなわち、画像データの最大輝度値が特定値より小さい場合には、Ｂパターンの駆動波形（第２駆動信号）を撮像素子２０に出力する。これにより、撮像素子２０における蓄積ゲート数が３に設定され、転送可能電子数が比較的少ない１５０００に設定される。
以上のステップＳＴ１３〜ＳＴ１５の動作により、太陽のような高輝度被写体を撮影する場合には、Ａパターンが設定され、書類のような均一な明るさの被写体を撮影する場合には、Ｂパターンが設定されるため、暗ノイズを適切に抑えることが可能となる。
ステップＳＴ１６では、撮像素子２０の飽和レベルを設定する。ここでは、ステップＳＴ１４、ＳＴ１５で設定された転送パターンにおける転送可能電子数を超えないように飽和レベルを設定する。具体的には、ステップＳＴ１４でＡパターンが設定される場合には、撮像素子２０にＤ／Ａ変換器２３から６Ｖの電圧を印加し、飽和電子数を２００００に設定するとともに、ステップＳＴ１５でＢパターンが設定される場合には、撮像素子２０に１５Ｖの電圧を印加し、飽和電子数を１００００に設定する。
以上の撮像装置１Ｂの動作により、モニタモード時に取得した画像データの最大輝度値と、その撮影条件と、静止画撮影時の撮影条件とに応じて、蓄積ゲート数、つまり転送可能電子数を変更するため、低輝度撮影時でも暗ノイズを抑えて撮影画像の画質の劣化を防止できる。
なお、撮像装置１Ｂにおいては、画像データの最大値に基づき駆動パルスを決定するのは必須でなく、画像データを分割した各ブロックにおける平均輝度値のうち最大となる輝度値に基づき駆動パルスを決定するようにしても良い。また、撮像装置１Ｂに設けたＡＥセンサの輝度情報および撮影条件に基づき駆動パルスを決定しても良い。
＜変形例＞
◎上記の各実施形態においては、アナログ処理部のゲイン設定などの被写体の輝度情報を撮像素子駆動回路ＣＵ（図３）が取得し、取得した輝度情報に基づき撮像素子駆動回路ＣＵが蓄積ゲート数、つまり転送可能電子数を変更する制御を行うようにしても良い。
本発明の第１実施形態に係る撮像装置１Ａの外観構成を示す図である。 撮像装置１Ａの外観構成を示す図である。 撮像装置１Ａの機能構成を示すブロック図である。 撮像素子２０の入力電圧Ｖｓと飽和電子数との関係を示す図である。 撮像素子２０の飽和レベルを説明するための図である。 蓄積ゲート数と転送可能電子数との関係を示す図である。 暗ノイズと蓄積ゲート数との関係を示す概念図である。 タイミングジェネレータ２４から出力される駆動パルスの波形パターンを示す図である。 図８に示す駆動パルスの波形パターンを拡大した図である。 撮像装置１Ａの基本的な動作を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る撮像装置１Ｂの基本的な動作を示すフローチャートである。
符号の説明
１Ａ、１Ｂ 撮像装置
５ 液晶表示部
８Ａ、８Ｂ 制御部
２０ 撮像素子
２１ アナログ処理部
２２ Ａ／Ｄ変換器
２３ Ｄ／Ａ変換器
２４ タイミングジェネレータ
８０ デジタル処理部
ＣＵ 撮像素子駆動回路
Ｎａ、Ｎｂ 暗ノイズ
Ｑａ、Ｑｂ 電荷転送容量

Claims (7)

  1. 撮像装置であって
    (a)被写体に係る画像信号を生成する撮像素子と、
    (b)被写体の輝度を検出する検出手段と、
    (c)前記検出手段で検出された被写体の輝度に応じて第１駆動信号と第２駆動信号とを選択的に切替え、前記撮像素子に出力する駆動手段と、
    (d)前記撮像素子で生成された画像信号を増幅する増幅手段と、
    を備え、
    前記撮像素子は、
    (a-1)前記駆動手段から前記第１駆動信号が入力される場合には、第１の電荷転送容量に設定し、前記駆動手段から前記第２駆動信号が入力される場合には、前記第１の電荷転送容量より小さい第２の電荷転送容量に設定する設定手段、
    を有するとともに、
    前記増幅手段は、前記画像信号を増幅する増幅率が可変となっており、
    前記検出手段は、
    (b-1)前記増幅率に基づき、前記被写体の輝度を検出する手段、
    を有するとともに、
    前記駆動手段は、
    (c-1)前記増幅率が所定値より小さい場合には、前記第１駆動信号を出力し、前記増幅率が前記所定値より大きい場合には、前記第２駆動信号を出力する手段、
    を有することを特徴とする撮像装置。
  2. 撮像装置であって
    (a)被写体に係る画像信号を生成する撮像素子と、
    (b)被写体の輝度を検出する検出手段と、
    (c)前記検出手段で検出された被写体の輝度に応じて第１駆動信号と第２駆動信号とを選択的に切替え、前記撮像素子に出力する駆動手段と、
    を備え、
    前記撮像素子は、
    (a-1)前記駆動手段から前記第１駆動信号が入力される場合には、第１の電荷転送容量に設定し、前記駆動手段から前記第２駆動信号が入力される場合には、前記第１の電荷転送容量より小さい第２の電荷転送容量に設定する設定手段、
    を有するとともに、
    前記検出手段は、
    (b-1)前記撮像素子で生成された画像信号の最大輝度値に基づき、前記被写体の輝度を検出する手段、
    を有し、
    前記駆動手段は、
    (c-1)前記最大輝度値が特定値より大きい場合には、前記第１駆動信号を出力し、前記最大輝度値が前記特定値より小さい場合には、前記第２駆動信号を出力する手段、
    を有することを特徴とする撮像装置。
  3. 請求項１または請求項２に記載の撮像装置において、
    前記設定手段は、
    前記撮像素子に係る蓄積ゲートの数を変更することで、前記第１の電荷転送容量と前記第２の電荷転送容量とを切替える手段、
    を有することを特徴とする撮像装置。
  4. 被写体の輝度を検出する検出手段から前記被写体の輝度情報を取得可能な撮像素子駆動装置であって、
    (a)被写体に係る画像信号を生成する撮像素子と、
    (b)前記被写体の輝度情報に応じて第１駆動信号と第２駆動信号とを選択的に切替え、前記撮像素子に出力する駆動手段と、
    を備え、
    前記撮像素子で生成された画像信号は増幅手段で増幅され、
    前記撮像素子は、
    (a-1)前記駆動手段から前記第１駆動信号が入力される場合には、第１の電荷転送容量に設定し、前記駆動手段から前記第２駆動信号が入力される場合には、前記第１の電荷転送容量より小さい第２の電荷転送容量に設定する設定手段、
    を有するとともに、
    前記増幅手段は、前記画像信号を増幅する増幅率が可変となっており、
    前記検出手段は、
    前記増幅率に基づき、前記被写体の輝度を検出する手段、
    を有するとともに、
    前記駆動手段は、
    (b-1)前記増幅率が所定値より小さい場合には、前記第１駆動信号を出力し、前記増幅率が前記所定値より大きい場合には、前記第２駆動信号を出力する手段、
    を有することを特徴とする撮像素子駆動装置。
  5. 被写体の輝度を検出する検出手段から前記被写体の輝度情報を取得可能な撮像素子駆動装置であって、
    (a)被写体に係る画像信号を生成する撮像素子と、
    (b)前記被写体の輝度情報に応じて第１駆動信号と第２駆動信号とを選択的に切替え、前記撮像素子に出力する駆動手段と、
    を備え、
    前記撮像素子は、
    (a-1)前記駆動手段から前記第１駆動信号が入力される場合には、第１の電荷転送容量に設定し、前記駆動手段から前記第２駆動信号が入力される場合には、前記第１の電荷転送容量より小さい第２の電荷転送容量に設定する設定手段、
    を有するとともに、
    前記検出手段は、
    前記撮像素子で生成された画像信号の最大輝度値に基づき、前記被写体の輝度を検出する手段、
    を有し、
    前記駆動手段は、
    (b-1)前記最大輝度値が特定値より大きい場合には、前記第１駆動信号を出力し、前記最大輝度値が前記特定値より小さい場合には、前記第２駆動信号を出力する手段、
    を有することを特徴とする撮像素子駆動装置。
  6. 撮像方法であって、
    (a)被写体に係る画像信号を撮像素子によって生成する撮像工程と、
    (b)被写体の輝度を検出する検出工程と、
    (c)前記検出工程で検出された被写体の輝度に応じて第１駆動信号と第２駆動信号とを選択的に切替え、前記撮像素子に出力する駆動工程と、
    (d)前記撮像素子で生成された画像信号を増幅する増幅工程と、
    を備え、
    前記撮像素子は、前記駆動工程において前記第１駆動信号が入力される場合には、第１の電荷転送容量に設定し、前記駆動工程において前記第２駆動信号が入力される場合には、前記第１の電荷転送容量より小さい第２の電荷転送容量に設定するとともに、
    前記増幅工程では、前記画像信号を増幅する増幅率が可変となっており、
    前記検出工程は、
    (b-1)前記増幅率に基づき、前記被写体の輝度を検出する工程、
    を有するとともに、
    前記駆動工程は、
    (c-1)前記増幅率が所定値より小さい場合には、前記第１駆動信号を出力し、前記増幅率が前記所定値より大きい場合には、前記第２駆動信号を出力する工程、
    を有することを特徴とする撮像方法。
  7. 撮像方法であって、
    (a)被写体に係る画像信号を撮像素子によって生成する撮像工程と、
    (b)被写体の輝度を検出する検出工程と、
    (c)前記検出工程で検出された被写体の輝度に応じて第１駆動信号と第２駆動信号とを選択的に切替え、前記撮像素子に出力する駆動工程と、
    を備え、
    前記撮像素子は、前記駆動工程において前記第１駆動信号が入力される場合には、第１の電荷転送容量に設定し、前記駆動工程において前記第２駆動信号が入力される場合には、前記第１の電荷転送容量より小さい第２の電荷転送容量に設定するとともに、
    前記検出工程は、
    (b-1)前記撮像素子で生成された画像信号の最大輝度値に基づき、前記被写体の輝度を検出する工程、
    を有し、
    前記駆動工程は、
    (c-1)前記最大輝度値が特定値より大きい場合には、前記第１駆動信号を出力し、前記最大輝度値が前記特定値より小さい場合には、前記第２駆動信号を出力する工程、
    を有することを特徴とする撮像方法。
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