JP4745851B2

JP4745851B2 - 撮像装置

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Publication number: JP4745851B2
Application number: JP2006032504A
Authority: JP
Inventors: 洋宮成
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2006-02-09
Filing date: 2006-02-09
Publication date: 2011-08-10
Anticipated expiration: 2026-02-09
Also published as: US8284303B2; JP2007214892A; US20070195192A1

Description

本発明は、被写体像を撮像する撮像装置に関する。

デジタルカメラ、ビデオカメラ等の撮像装置で静止画撮影を行う際には、以下のような動作が行われる。

まず、静止画撮影を行う被写体の確認のために、ＣＭＯＳイメージセンサ等の撮像素子から順次読み出される画像データが、画像表示部に連続画像として表示される。

その状態で、撮影者が、シャッタボタンを半押しすることにより、焦点調整等の動作が行われ、その後、シャッタボタンを全押しすることにより、静止画撮影が行われる。
特開２００５−２２３５８８号公報特開平９−１６３２１８号公報特開２０００−１１５６４２号公報

しかしながら、ＣＭＯＳイメージセンサ等の撮像素子には、複数の光電変換部からの信号を増幅して出力する出力アンプが設けられており、以下のような課題を有する。

静止画撮影が行われるまでは、撮像素子から順次読み出される画像データが、画像表示部に連続画像として表示されるため、その間、出力アンプに電源が供給され続けられており、撮像素子の温度が上昇していく。そして、撮像素子では、光電変換部のリセットを行ってから、撮像素子から信号を読み出すまでの時間が長くなるほど暗電流の影響が大きくなり、特に、撮像素子の温度が高い状態では、顕著に暗電流の影響を受ける。

つまり、静止画撮影動作が開始されるまでの間に、撮像素子の温度が上昇した状態となっていると、静止画撮影によって得られる静止画像は、暗電流の影響を受けた画像となる。

静止画撮影では、撮像素子から読み出す信号数が非常に多いため、光電変換部のリセットを行ってから、撮像素子から信号を読み出すまでの時間が長くなる。さらに、長秒時撮影（蓄積時間の長い撮影）を行った際には、光電変換部のリセットを行ってから、撮像素子から信号を読み出すまでの時間は非常に大きくなり、暗電流の影響は顕著である。

本発明は、静止画撮影時の暗電流の影響を抑制して、高画質な静止画像を得ることを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するためになされたもので、複数の光電変換部と、前記複数の光電変換部からの信号を増幅して出力する出力アンプと、前記複数の光電変換部からの信号を前記出力アンプを介して読み出す読み出し手段とを有する撮像素子と、前記撮像素子からの画像データを表示する表示手段と、前記撮像素子から順次読み出される画像データを前記表示手段に連続画像として表示する第１の動作と、前記第１の動作後に、前記撮像素子から読み出された画像データを静止画像として処理する第２の動作とを制御するとともに、前記第１の動作中の所定のタイミングで、前記出力アンプへの電源供給を抑制するように制御する制御手段と、を有し、前記制御手段は、焦点調整動作中の前記第１の動作中の前記出力アンプへの電源供給を抑制する期間の割合を、焦点調整動作を行っていない際の前記第１の動作中の前記出力アンプへの電源供給を抑制する期間の割合よりも多くすることを特徴とする。

本発明では、高画質な静止画像を得ることが出来る。

（実施例１）
図１は、本実施例における撮像装置のブロック図を示す。

１はレンズおよび絞りからなる光学系、２はメカニカルシャッタ（メカシャッタと図示する）、３は撮像素子（ＣＭＯＳイメージセンサ）である。４は撮像素子からの信号を可変増幅する可変ゲインアンプ等を有する前処理回路、５はアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器である。６は撮像素子３、前処理回路４およびＡ／Ｄ変換器５を動作させる信号を発生するタイミング信号発生回路、７は光学系１、メカニカルシャッタ２および撮像素子３の駆動回路である。８は撮影した画像データに必要な信号処理を行う信号処理回路、９は信号処理された画像データを記憶する画像メモリ、１０は撮像装置から取り外し可能な記録媒体である。１１は信号処理された画像データを記録媒体１０に記録する記録回路、１２は信号処理された画像データを表示する画像表示部である。１３は画像表示部１１に画像を表示する表示回路、１４は撮像装置全体を制御するシステム制御部である。１５は、撮影者によって操作される操作部材である。具体的には、静止画撮影を開始するためのシャッタスイッチ、動画撮影を開始するための動画撮影ボタン、静止画撮影モード・動画撮影モード、電源ＯＦＦを切り替えるモードダイアル、ＩＳＯ感度を設定するＩＳＯ感度設定部材、撮像素子で光電荷の蓄積を行う蓄積時間を設定する蓄積時間設定部材等を有する。

図２は、上記の撮像素子３の詳細を示すものである。

２０は、レンズ１を介して入射した光（被写体像）の光電変換を行い信号電荷を発生する２次元状に光電変換部が配列された開口画素部である。２１は、開口画素部２０を垂直方向に走査する垂直走査回路である。そして、２次元状に配列された光電変換部を一ライン毎に順次リセットする機能、２次元状に配列された光電変換部の信号を、一ライン毎に順次垂直出力線に読み出す機能を持っている。２２は、水平方向に走査することにより、開口画素部からの信号を水平出力線２３を介して、順次出力アンプ２４に読み出す水平走査回路である。２次元状に配列された光電変換部の信号は、出力アンプ２４を介して撮像素子３外部に出力されることになる。

図３は、本実施例の撮像装置のシステム制御部１４の制御フローを説明するフローチャートである。

図３において、ステップＳ１でシステム制御部１４は、モードダイアルの設定位置を判断し、モードダイアルが電源ＯＦＦに設定されていたならば、撮像装置の各部の不要な電源を遮断する等の所定の終了処理（ステップＳ２）を行った後、終了する。

また、ステップＳ１でモードダイアルが動画撮影モードに設定されていたならば、ステップＳ３に進む。動画撮影モードについては、後述する。

また、ステップＳ１でモードダイアル６０が静止画撮影モードに設定されていたならば、ステップＳ４に進む。

次にステップＳ４でシステム制御回路１４は、撮像素子から順次読み出される画像データを画像表示部１２に連続画像として表示するスルー表示状態に設定する。

スルー表示状態に於いては、撮像素子３、前処理回路４、Ａ／Ｄ変換器５、信号処理回路８、表示回路１３を介して、画像表示部１２に逐次表示することにより、電子ファインダ機能を実現している。

ステップＳ５において、シャッタースイッチＳＷ１（シャッタスイッチの半押し）の状態をチェックし、シャッタースイッチＳＷ１がＯＦＦならば、ステップＳ１に戻る。シャッタースイッチＳＷ１がＯＮならば、Ｓ６に進む。ステップＳ６では、システム制御部１４は、焦点調整処理を行ってレンズ１の焦点を被写体に合わせると共に、測光処理を行って絞り値及び撮像素子の蓄積時間を決定する。また、焦点調整処理、測光処理と並行して、撮像素子から順次読み出される画像データを画像表示部１２に連続画像として表示するスルー表示状態に設定する。

焦点調節・測光・スルー表示処理（Ｓ６）を終えると、ステップＳ７に進む。

次のステップＳ７でシャッタースイッチＳＷ２（シャッタスイッチの全押しの状態）が押されずに、さらにシャッタースイッチＳＷ１も解除されたならば、ステップＳ１に戻る。シャッタースイッチＳＷ２が押されずに、シャッタースイッチＳＷ１がＯＮのままである場合には、ステップＳ６に戻る。また、シャッタースイッチＳＷ２が押されたならば、ステップＳ８に進む。

ステップＳ８において、静止画撮影が行われる。

具体的には、まず、撮像素子の２次元状に配列された光電変換部の全画素をリセットすることにより、撮像素子で光電荷の蓄積が開始される。そして、上記の測光処理で得られた蓄積時間が経過すると、メカシャッタ２が閉じられ、撮像素子への光の入射が遮られる。その後、撮像素子の２次元状に配列された光電変換部の信号は、撮像素子から順次読み出される。ここで、蓄積時間設定部材によって、蓄積時間が設定されている場合は、その蓄積時間で撮像素子で光電荷の蓄積がなされる。メカシャッタ２は先幕と後幕を有し、一度先幕と後幕を閉じた遮光状態にしてから先幕を開けその後に後幕を閉じる動作にして、光電荷の蓄積は先幕と後幕の間隔で制御される構造でも構わない。

システム制御部１４は、撮像素子３、前処理回路４、Ａ／Ｄ変換器５、信号処理部８を介して、画像メモリ９に撮影した静止画像を書き込む。前処理回路４では、ＩＳＯ感度設定部材によって設定されたＩＳＯ感度に対応したゲインで信号を増幅する。

ステップＳ８の撮影処理終了後、ステップＳ９に進む。システム制御部５０は、画像メモリ９に書き込まれた静止画像を読み出して、記録回路で設定したモードに応じた画像圧縮処理を行った後、記録媒体１０へ静止画像の書き込みを行う記録処理を実行する（Ｓ９）。

ステップＳ９の記録処理が終了したならば、ステップＳ１に戻る。

本実施例の特徴部分である、ステップＳ４、Ｓ６の撮像素子から順次読み出される画像データを画像表示部に連続画像として表示する動作における、撮像素子の駆動と出力アンプへの電源供給について下記に具体的に記載する。

図４は撮像素子の駆動、信号処理、表示部への表示タイミング、及び出力アンプへの電源供給について開示したものである。

撮像素子は一ライン毎に順次リセットするとともに、一ライン毎に順次読み出すローリングシャッタ駆動を行う（Ａ参照）。そして、フレーム毎に信号処理され画像表示部に連続的に画像が表示される（Ｂ、Ｃ参照）。

ここで、撮像素子の光電変換部からの信号は、撮像素子内で加算若しくは間引きが行われ撮像素子から出力される。つまり、撮像素子からは、静止画撮影時よりも少ない信号数で読み出されるため、読み出し時間も短くなる。

撮像素子の全ラインの光電変換部の読み出し走査をした後は、数ライン分のダミー走査（光電変換部からの信号の読み出しはされない）が行われ、その後、次のフレームの読み出し走査が開始される。

つまり、ダミー走査が行われている期間は、撮像素子の光電変換部からの信号の読み出しが行われない期間であり、この期間に出力アンプへの電源供給をしないようにする（Ｄ参照）。そして、この動作により、出力アンプの消費電力の実効値を下げることができ、消費電力が下がれば撮像素子の温度上昇を緩和することが可能となる。

図５は撮像素子の温度上昇をイメージ的に表したものである。画像に影響を及ぼす撮像素子の暗電流は、撮像素子の温度と相関関係があり温度が高くなると暗電流が増えて画質が劣化する。暗電流の影響は撮像素子のゲインが高い（高ＩＳＯ感度設定）とき、また蓄積時間の長い（長時間の蓄積時間を設定）ときに画像に悪影響を及ぼす。

ステップＳ４、Ｓ６の撮像素子から順次読み出される画像データを画像表示部に連続画像として表示する動作中では、１フレームの蓄積時間は数ｍｓ〜数１０ｍｓなので暗電流の影響はほとんど無い。しかし、その後に静止画撮影をする場合には、例えば天体撮影等では長時間の蓄積時間となり、また、高ゲイン撮影になるので、暗電流の影響は大きく画像劣化が目立つことになる。

本実施例では、撮像素子から順次読み出される画像データを画像表示部に連続画像として表示する動作中の所定の期間に、アンプへの電源供給をしないようにしているため、撮像素子の温度上昇が緩和され、上記のような影響をなくすことが可能となる。

次に、Ｓ３の動画撮影モードについて、図６を用いて、下記に具体的に説明する。

動画撮影モードが設定されると、ステップＳ１０でシステム制御回路５０は、撮像素子から順次読み出される画像データを画像表示部２８に連続画像として表示するスルー表示状態に設定する。この動作は、上記で説明したステップＳ４と同じである。

ステップＳ１１において、動画撮影ボタンが押される（動画記録ＯＮの状態になる）と、撮像素子から順次読み出される画像データを画像表示部２８に連続画像として表示する（スルー表示）する。それに並行して、その連続画像を圧縮処理等を行った後に、記録媒体に記録する処理を行う。

ステップＳ１１において、動画撮影ボタンが押される（動画記録ＯＦＦになる）と、ステップＳ１に戻る。動作撮影ボタンが押されない（動画記録ＯＮの状態）期間中は、撮像素子から順次読み出される画像データを画像表示部２８に連続画像として表示するともに、その連続画像を圧縮処理等を行った後に、記録媒体に記録する処理を繰り返す。

次に、ステップＳ１０、Ｓ１２の撮像素子から順次読み出される画像データを画像表示部に連続画像として表示する動作における、撮像素子の駆動とアンプへの電源供給について下記に具体的に記載する。

図７は撮像素子の駆動、信号処理、表示部への表示タイミング、及びアンプへの電源供給について開示したものである。

撮像素子は一ライン毎に順次リセットするとともに、一ライン毎に順次読み出すローリングシャッタ駆動を行う（Ａを参照）。そして、フレーム毎に信号処理され画像表示部に連続的に画像が表示される（Ｂ、Ｃ参照）。

ここで、ステップＳ１１における撮像素子の駆動について、撮像素子の光電変換部からの信号は、撮像素子内で加算若しくは間引きが行われ撮像素子から出力される。つまり、撮像素子からは、静止画撮影時よりも少ない信号数で読み出されるため、読み出し時間も短くなる。

つまり、ステップＳ１１における撮像素子の駆動に関しては、撮像素子からの信号の読み出し時間が長くならない。また、蓄積時間を極端に長くしたり、前処理回路で高ゲインで増幅することもないため、暗電流の影響をそれほど受けない。

そのため、ステップＳ９、Ｓ１１の動作時に、アンプへの電源供給を止めないように制御して（Ｄ参照）、フレームレ−トを優先している。

（実施例２）
図８は、本実施例の撮像装置のシステム制御部１４の制御フローを説明するフローチャートである。

実施例１と同じ動作については、同じステップ番号を付している。

実施例１では、静止画撮影モードにおいて、スルー表示処理（ステップＳ４）の際に、常に図４のような動作を行っていた。本実施例では、所定の条件（所定の条件の具体例については、下記で説明）を満たしているか否かによって、スルー表示処理を変更する。

本実施例では、ステップＳ１３において、所定の条件を満たすか否かを判別する。もし、満たしていなければ、ステップＳ４に進む。ステップＳ４は、実施例１の動作と同じである。

もし、満たしている場合は、ステップＳ１５に進む。ステップＳ１５では、次のような処理を行う。

撮像素子の前フレームを一ライン毎に順次読み出した後、次のフレームの一ラインの読み出しを開始するまでの時間を長くすることにより、出力アンプに電源を供給しない時間を長くする。もしくは、数フレーム毎に撮像素子から信号の読み出しを行わないようにし、信号の読み出しを行っていない期間には出力アンプに電源を供給しないようにする。そして、その撮像素子からの信号の読み出しを行わなかったフレームの代わりに、その前フレームの画像を画像表示部に表示するようにする。つまり、撮像素子から順次読み出される画像データを画像表示部に連続画像として表示する期間中における、出力アンプへの電源供給を抑制する期間の割合を多くする。

以上のような処理にすることにより、ステップＳ４よりもステップ１５は、出力アンプに電源を供給しない時間を長くすることが可能となる。

次に、所定の条件の具体例について説明する。

信号処理回路８によって、撮像している被写体の動きを検知し、被写体の動きが所定のレベルよりも小さいか否かを判定する。そして、被写体の動きが所定のレベルよりも小さい場合（Ｙ）は、ステップＳ１５に進む。被写体の動きが小さい場合には、フレームレ−トが遅くなったり、あるフレームの代わりに前のフレームを表示しても大きな影響がないためである。

また、信号処理回路８によって、焦点調整動作を行っているか否かを判定する。そして、焦点調整動作を行っている場合（Ｙ）は、ステップＳ１５に進む。焦点調整動作を行っている場合は、被写体の動きが小さい場合が多く、フレームレ−トが遅くなったり、あるフレームの代わりに前のフレームを表示しても大きな影響がないためである。

また、信号処理回路８によって、低輝度であるか否かを判定する。そして、被写体の輝度レベルが所定のレベルよりも小さい場合（Ｙ）は、ステップＳ１５に進む。低輝度の場合は、夜景や天体撮影等の可能性が高く、被写体の動きが小さい場合が多く、フレームレ−トが遅くなったり、あるフレームの代わりに前のフレームを表示しても大きな影響がないためである。

また、信号処理回路８によって、撮像素子から順次読み出される画像データを画像表示部に連続画像として表示する動作の時間が、所定時間を超えたか否かを判定する。そして、所定時間を超えている場合（Ｙ）は、撮像素子の温度が上昇しているため、フレームレートを遅くしたり、あるフレームの代わりに前のフレームを表示するようにする。それによって、出力アンプへ電源供給しない時間を長くすることが出来、温度上昇を軽減することが出来る。

また、撮像素子の温度を計測するセンサを設けるとともに、信号処理回路８によって、撮像素子の温度を計測し、温度が所定レベルを超えたか否かを判定する。そして、そして、所定温度を超えている場合（Ｙ）は、フレームレートを遅くしたり、あるフレームの代わりに前のフレームを表示するようにする。それによって、出力アンプへ電源供給しない時間を長くすることが出来、温度上昇を軽減することが出来る。

温度計測は、撮像素子に限らず、撮像装置内の他の部材の温度を計測しても良いし、撮像装置周辺の温度を計測するようにしても良い。

以上の判定は、全て行うようにして、いずれかが（Ｙ）になるとステップＳ１５になるようにしてもよいし、いずれかの判定のみを行うようにしても良い。

ステップＳ１６について説明する。スルー表示処理に関しては、シャッタスイッチＳＷ１（ＯＮ）を判定すると、シャッタスイッチＳＷ１（ＯＮ）になる前のスルー表示処理をそのまま続けるように制御する。それ以外の動作については、実施例１のステップＳ６と同じである。

上記の実施の形態１及び実施の形態２では、出力アンプへ電源を供給しないようにしているが、出力アンプへの電源の供給レベルを少なくする構成で合っても良い。つまり、出力アンプへの電源の供給抑制のために、電源を供給しないようにするか、若しくは供給レベルを少なくすれば良い。

実施例１、２の撮像装置をあらわす図である。撮像素子をあらわす図である。システム制御部の制御フローをあらわす図である。撮像素子の駆動、信号処理、表示、出力アンプへの電源供給の関係をあらわす図である。センサの時間と温度の関係をあらわす図である。システム制御部の制御フローをあらわす図である。撮像素子の駆動、信号処理、表示、出力アンプへの電源供給の関係をあらわす図である。システム制御部の制御フローをあらわす図である。

Claims

複数の光電変換部と、前記複数の光電変換部からの信号を増幅して出力する出力アンプと、前記複数の光電変換部からの信号を前記出力アンプを介して読み出す読み出し手段とを有する撮像素子と、
前記撮像素子からの画像データを表示する表示手段と、
前記撮像素子から順次読み出される画像データを前記表示手段に連続画像として表示する第１の動作と、前記第１の動作後に、前記撮像素子から読み出された画像データを静止画像として処理する第２の動作とを制御するとともに、前記第１の動作中の所定のタイミングで、前記出力アンプへの電源供給を抑制するように制御する制御手段と、
を有し、
前記制御手段は、焦点調整動作中の前記第１の動作中の前記出力アンプへの電源供給を抑制する期間の割合を、焦点調整動作を行っていない際の前記第１の動作中の前記出力アンプへの電源供給を抑制する期間の割合よりも多くすることを特徴とする撮像装置。
請求項１に記載の撮像装置において、前記制御手段は、前記操作者が、前記操作部材を所定量押すことに応じて、焦点調整を行い、前記操作者が前記操作部材をさらに押すことに応じて、前記第２の動作を行うように制御することを特徴とする撮像装置。
請求項１に記載の撮像装置において、前記制御手段は、前記第１の動作中であって、所定の画像データが前記撮像素子から読み出された後から次の画像データの読み出しが開始するまでの期間内に、前記出力アンプへの電源供給を抑制するように制御することを特徴とする撮像装置。
請求項３に記載の撮像装置において、前記読み出し手段は、走査回路を有し、前記所定の画像データが前記撮像素子から読み出された後から次の画像データの読み出しが開始するまでの期間は、前記走査回路が、前記複数の光電変換部からの信号の読み出しがないダミー走査をしている期間であることを特徴とする撮像装置。
請求項１に記載の撮像装置において、前記制御手段は、前記第１の動作中であって、所定の画像データを読み出すべき期間中に前記出力アンプへの電源供給を抑制するように制御するとともに、前記所定の画像データの代わりに、前に読み出された画像データを前記表示手段に表示するように制御することを特徴とする撮像装置。
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の撮像装置において、前記制御手段は、被写体輝度が所定レベルよりも低い際の前記第１の動作中の前記出力アンプへの電源供給を抑制する期間の割合を、被写体輝度が前記所定レベルよりも高い際の前記第１の動作中の前記出力アンプへの電源供給を抑制する期間の割合よりも多くすることを特徴とする撮像装置。
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の撮像装置において、前記制御手段は、被写体の動きが所定のレベルよりも小さい際の前記第１の動作中の前記出力アンプへの電源供給を抑制する期間の割合を、被写体の動きが前記所定のレベルよりも大きい際の前記第１の動作中の前記出力アンプへの電源供給を抑制する期間の割合よりも多くすることを特徴とする撮像装置。
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の撮像装置において、前記制御手段は、前記撮像装置内の温度が所定の温度よりも高い際の前記第１の動作中の前記出力アンプへの電源供給を抑制する期間の割合を、前記撮像装置内の温度が前記所定の温度よりも低い際の前記第１の動作中の前記出力アンプへの電源供給を抑制する期間の割合よりも多くすることを特徴とする撮像装置。
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の撮像装置において、前記制御手段は、前記撮像装置周辺の温度が所定の温度よりも高い際の前記第１の動作中の前記出力アンプへの電源供給を抑制する期間の割合を、前記撮像装置周辺の温度が前記所定の温度よりも低い際の前記第１の動作中の前記出力アンプへの電源供給を抑制する期間の割合よりも多くすることを特徴とする撮像装置。
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の撮像装置において、前記制御手段は、前記第１の動作時間が所定の時間よりも長くなった際の前記第１の動作中の前記出力アンプへの電源供給を抑制する期間の割合を、前記第１の動作時間が前記所定の時間に達する前の前記第１の動作中の前記出力アンプへの電源供給を抑制する期間の割合よりも多くすることを特徴とする撮像装置。
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の撮像装置において、前記制御手段は、前記撮像素子から順次読み出される画像データを動画像として記録媒体に記録する第３の動作を制御するとともに、前記第３の動作中は、所定のタイミングで、前記出力アンプへの電源供給を抑制する動作を行わないように制御することを特徴とする撮像装置。
請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の撮像装置において、前記出力アンプへの電源供給を抑制するために、前記出力アンプへの電源供給をしないようにすることを特徴とする撮像装置。