JP5020870B2

JP5020870B2 - 撮像装置

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Publication number: JP5020870B2
Application number: JP2008070601A
Authority: JP
Inventors: 明福島
Original assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Current assignee: Hitachi Kokusai Electric Inc
Priority date: 2008-03-19
Filing date: 2008-03-19
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2028-03-19
Also published as: JP2009225390A

Description

本発明は、電子増倍機能を具備する固体撮像素子が用いられ、この固体撮像素子の温度制御機構を備えた撮像装置に関する。

近年、撮像装置にはＣＣＤ等の固体撮像素子が用いられているが、その中でも特に微弱な光を検出できる高感度の撮像装置には、電子増倍型ＣＣＤ（ＥＭ−ＣＣＤ：ＥｌｅｃｔｒｏｎＭｕｌｔｉｐｌｙｉｎｇＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）が用いられている。ＥＭ−ＣＣＤを用いた撮像装置は、特に高感度が要求される監視用カメラ等に適している。

ＥＭ−ＣＣＤにおいては、入射光によって発生した光電子がＣＣＤチップの内部で増倍されることによって高い感度が得られる。一方、高感度である反面、その感度は様々な要因によって変動しやすく、安定した信号強度を得ることが困難であるという問題がある。特に監視カメラ等の用途においては、自動的にこの感度を調整して、信号強度を常に最適な範囲に保つことのできる技術が用いられている。

例えば、ＥＭ−ＣＣＤの電子増倍率は、温度に敏感であることが知られている。従って、温度が一定に保たれれば電子増倍率を一定に保つことができる。このため、撮像装置の動作中のＥＭ−ＣＣＤの温度を一定に保つことによって、その感度を一定とすることができる。また、電子増倍率には温度依存性があり、低温の場合の方が高い電子増倍率が得られる。従って、例えばペルチェ素子等によってＥＭ−ＣＣＤを冷却し、この温度を検出し、この温度が一定になるべくペルチェ素子の駆動電流をフィードバック制御することが有効である。こうした技術は例えば特許文献１に記載されている。

ただし、ＥＭ−ＣＣＤの感度だけでなく、被写体の照度に応じても信号強度は大きく変動する。従って、例えば被写体が明るい場合には意図的に撮像装置の感度を下げ、暗い場合には撮像装置の感度を上げることによって最適な信号強度を得るということも必要になる。このため、この撮像装置の光学系となるレンズの絞りとＥＭ−ＣＣＤの電子増倍率を適宜制御することによって信号強度を最適な範囲に調整することもできる。ただし、撮像装置の感度を上げるためにレンズの絞りを開いた状態とすると、レンズの特性によってはそのピントがずれるために、画像がぼける場合がある。このために、特許文献２に記載の技術においては、レンズの絞りとＥＭ−ＣＣＤの電子増倍率とを関連づけて制御し、特にレンズの絞りを極力開かない状態で使用できるようにＥＭ−ＣＣＤの電子増倍率を制御する。これにより、自動的に信号強度は適切な範囲に調整され、かつ高い画質も維持することができる。

特開平６−２４５１２３号公報特開２００７−１０４５１０号公報

しかしながら、上記のいずれの技術においても、ＥＭ−ＣＣＤの温度を一定に保つためには常時ペルチェ素子を駆動して、その温度を低く一定に保つことが必要であった。このため、特に撮像装置周辺の温度が高い場合には、より高い冷却効率が必要となり、その消費電力が大きくなるため、その電源系の容量が大きいことが必要となった。

すなわち、ＥＭ−ＣＣＤを用いた従来の撮像装置においては、冷却のために消費電力が大きくなり、容量の大きな電源系が必要となった。このために、小型の撮像装置を得ることは困難であった。

本発明は、斯かる問題点に鑑みてなされたものであり、上記問題点を解決する発明を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
本発明の撮像装置は、光学系の絞りを調整する絞り調整手段と、前記光学系を介した光学信号を光電変換して所定の電子増倍率で電子増倍して画像信号を出力する電子増倍型固体撮像素子と、該電子増倍型固体撮像素子の温度を制御する温度制御手段と、前記電子増倍型固体撮像素子における電子増倍率を制御する電子増倍率制御手段と、を具備する撮像装置であって、前記電子増倍率が第１の増倍率に固定された状態から前記絞りが制御され、前記絞りの絞り値が所定の絞り値より小さい状態で、出力される前記画像信号の信号強度が所定の強度値以上になった場合に、前記電子増倍率を一定として前記絞りを可変として設定される絞り制御モードと、前記電子増倍率が前記第１の増倍率に固定された状態から前記絞りが制御され、前記絞り値が所定の絞り値以上となった後に前記絞りが前記所定の絞り値に固定されたときに、さらに前記電子増倍率が前記第１の増倍率よりも大きい第２の増倍率より小さい状態で、出力される前記画像信号の信号強度が前記所定の強度値以上となった場合に、前記絞りを一定として前記電子増倍率を可変として設定されるＡＧＣモードと、を備え、前記温度制御手段は、前記絞り制御モードが設定された場合には、前記ＡＧＣモードが設定された場合よりも前記電子増倍型固体撮像素子の温度を高く設定することを特徴とする。
本発明の電子増倍型固体撮像素子の温度制御方法は、電子増倍型固体撮像素子により、光学信号を光電変換して所望の電子増倍率で電子増倍して画像信号を出力し、前記電子増倍率が第１の増倍率に固定された状態から絞りが制御され、前記絞りの絞り値が所定の絞り値より小さい状態で、出力される前記画像信号の信号強度が所定の強度値以上になった場合に、前記電子増倍率を一定として前記絞りを可変として設定される絞り制御モードを設定すると共に、前記電子増倍型固体撮像素子の温度を所定の温度に制御し、前記電子増倍率が前記第１の増倍率に固定された状態から前記絞りが制御され、前記絞り値が所定の絞り値以上となった後に前記絞りが前記所定の絞り値に固定されたときに、さらに前記電子増倍率が前記第１の増倍率よりも大きい第２の増倍率より小さい状態で、出力される前記画像信号の信号強度が前記所定の強度値以上となった場合に、前記絞りを一定として前記電子増倍率を可変として設定されるＡＧＣモードを設定すると共に、前記絞り制御モードを設定する場合よりも前記電子増倍型固体撮像素子の温度を低く制御する、ことを特徴とする。

本発明は以上のように構成されているので、消費電力が小さく、小型の撮像装置を得ることができる。

以下、本発明について具体的な実施形態を示しながら説明する。ただし、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。

この撮像装置においては、撮像素子として、その内部で電子増倍が行われる電子増倍型固体撮像素子が用いられ、この電子増倍率は可変となっている。また、この電子増倍率は電子増倍型固体撮像素子の温度に依存する。ここで、電子増倍率を制御する電子増倍率制御手段と、電子増倍型固体擦増素子の温度を制御する温度制御手段が用いられる。

図１は本発明の実施の形態に係る撮像装置の構成を示す図である。この撮像装置においては、自動絞り機構付きレンズ１が光学系に用いられ、光信号は電子増倍型ＣＣＤ（ＥＭ−ＣＣＤ：ＥｌｅｃｔｒｏｎＭｕｌｔｉｐｌｙｉｎｇＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）２で電気信号に変換される。

自動絞り機構付きレンズ１においては、絞り制御手段によってこの絞り値が制御される。すなわち、この光学系の開口が制御される。

ＥＭ−ＣＣＤ２においては、自動絞り機構付きレンズ１を介して入射した光信号が光電変換されて発生した電子がＣＣＤチップ内で増倍されることによって高い感度が得られる。この増倍率（電子増倍率）は外部から印加する電圧（制御電圧）によって制御できる。すなわち、その感度を制御電圧によって制御できる。また、その特性、特に電子増倍率には温度依存性があるため、室温以下の温度に冷却されて使用される。また、通常のＣＣＤと同様に、ＥＭ−ＣＣＤ２からは撮像された２次元の映像信号が順次出力される。

出力された映像信号は以降の処理回路で処理される。まず、この映像信号はサンプルホールド回路（ＣＤＳ）３でサンプルホールドされてからアンプ（ＡＭＰ）４で所定の増幅率（一定値）で増幅される。その後、Ａ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）５でデジタル信号に変換され、デジタル信号処理回路（ＤＳＰ）６でデジタル処理をされる。その後、例えば映像信号出力回路等に入力された後でメモリに記憶されたり、ディスプレイに出力するための処理等が行われるが、これらの処理については一般の撮像装置と同様であるため、図１においては省略されている。また、これらの信号処理はマイクロコンピュータ（ＣＰＵ）７によって制御される。例えば、自動映像レベル制御は、ＤＳＰ６が映像信号データをＣＰＵ７に出力し、ＣＰＵ７がこの値を元にして、ＤＳＰ６を適宜制御することにより、適切な処理を行わせる。ここで行われる処理は、ガンマ補正、ホワイトバランス制御等の画質制御に関わる処理である。

ここで、この撮像装置においては、マイクロコンピュータ（ＣＰＵ）７が、ＤＳＰ６における処理だけでなく、自動絞り機構付きレンズ１の絞り制御、ＥＭ−ＣＣＤ２における電子増倍率の制御、及びＥＭ−ＣＣＤ２の温度制御も行う。

自動絞り機構付きレンズ１の絞り（開口）を制御するために、絞り制御回路８がＣＰＵ７に接続される。すなわち、この撮像装置における絞り制御手段はＣＰＵ７と絞り制御回路８で構成される。

ＥＭ−ＣＣＤ２における電子増倍率はこれに印加される制御電圧によって制御され、この制御電圧はＣＰＵ７に接続された電子増倍率（ＥＭ）制御回路９によって設定される。すなわち、この撮像装置における電子増倍率制御手段はＣＰＵ７とＥＭ制御回路９で構成される。

また、ＥＭ−ＣＣＤ２の冷却はペルチェ素子１０によって行われ、その温度はＥＭ−ＣＣＤ２に密着した温度検出部１１で検出される。ＣＰＵ７はこの温度を読み込み、その値に応じて、予め設定された温度（例えば−１５℃）となるべくペルチェ電流制御回路１２を制御し、ペルチェ素子１０の駆動電流をフィードバック制御する。すなわち、この撮像装置の温度制御手段はＣＰＵ７、ペルチェ素子１０、温度検出部１１、ペルチェ電流制御回路１２で構成される。

ここで、ＤＳＰ６から得られる信号強度は、被写体の照度、自動絞り機構付きレンズ１の絞り、ＥＭ−ＣＣＤ２の電子増倍率等に応じて変動する。この信号強度には、出力に応じた最適な範囲が存在し、この信号強度がこの範囲よりも低い場合には、充分なコントラストのある良好な画像出力が得られない。このため、この信号強度を適度に維持することが必要である。

被写体の照度は、例えば日中の屋外では高く、夜間の屋外では低くなり、その範囲は大きく異なる。従って、自動絞り機構付きレンズ１の絞りとＥＭ−ＣＣＤ２の電子増倍率が同一の場合には、ＤＳＰ６から出力される信号強度は、前者の場合には高くなり、後者の場合には低くなる。従って、どちらの場合にも最適な信号強度が得られる設定とすることは困難であり、照度に応じて設定を変更することが好ましい。例えばこの撮像装置が監視カメラとして使用される場合には、操作者が常時これを操作することはないため、自動絞り機構付きレンズ１の絞りとＥＭ−ＣＣＤ２の電子増倍率とを被写体の照度に応じて自動的に調整することが必要である。

自動絞り機構付きレンズ１の絞りとＥＭ−ＣＣＤ２の電子増倍率のいずれかあるいは両方を調整することによって信号強度は調整できる。従って、この撮像装置においては、自動絞り機構付きレンズ１の絞りを一定にしてＥＭ−ＣＣＤ２の電子増倍率を調整するＡＧＣ（ＡｕｔｏＧａｉｎＣｏｎｔｒｏｌ）モードと、ＥＭ−ＣＣＤ２の電子増倍率を一定にして自動絞り機構付きレンズ１の絞りを調整する絞り調整モードの２種類の動作モードが設定できる。ここで、この撮像装置の消費電力を小さくするという観点からは、ＥＭ−ＣＣＤ２の電子増倍率を小さくすることが好ましいため、絞り調整モードにおけるＥＭ−ＣＣＤ２の電子増倍率は最低レベルとし、ＡＧＣモードにおける自動絞り機構付きレンズ１の絞りは最大レベル（最大開口）とすることが好ましい。

なお、被写体の照度が極めて低く、自動絞り機構付きレンズ１の絞りとＥＭ−ＣＣＤ２の電子増倍率を共に最大としても適切な信号強度が得られない場合には、これらを共に最大値に固定する固定モードを設定することができる。

なお、特許文献２に記載の技術のように、自動絞り機構付きレンズ１における開口が大きな場合にピントがずれて画質の低下が発生する場合には、最大開口よりも小さく、画質の低下が発生しない範囲の値をＡＧＣモードにおける絞りとして設定することができる。この場合には、特に、常に良好な画質を得ることができる。この場合、ＡＧＣモードにおいて電子増倍率を最大にしてもまだ充分な信号強度が得られない場合には、例えば絞りをこの値よりも大きくするという制御を行うことができる。

ここで、この撮像装置においては、この動作モードを適切に設定し、かつこの動作モードに応じてＥＭ−ＣＣＤ２の温度も設定する。以下にこの動作について説明する。

前記の通り、ＥＭ−ＣＣＤ２の電子増倍率はその温度によって変動する。この特性について示したのが図２である。図２において、横軸が制御電圧であり、縦軸がこれによって制御された電子増倍率である。ここで、ＥＭ−ＣＣＤ２の温度は０℃、−１０℃、−２０℃と室温よりも低くしてある。どの温度においても電子増倍率はこの制御電圧に対して２次関数的に増大するが、同じ制御電圧においては、低温になるほど高い電子増倍率が得られる。この結果より、例えば電子増倍率を１０００とするためには、温度が０℃の場合には制御電圧として１０Ｖが必要であるのに対して、−２０℃の場合に必要な制御電圧は８Ｖである。また、制御電圧を１０Ｖに固定した際に、温度が−２０℃から０℃に上昇した場合には、電子増倍率は２０００から１０００へと低下する。すなわち、温度が２０℃上昇した場合の電子増倍率は５０％も低下する。従って、この撮像装置において電子増倍率を例えば２０００程度に設定した場合に、これを安定して動作させるためには、ＥＭ−ＣＣＤ２の温度制御を高い精度で行うことが必要となる。

一方、電子増倍率を２００程度と低くする場合には、温度が−２０℃の場合に必要な制御電圧は４Ｖ程度である。図２の結果から、制御電圧が４Ｖに固定した際に、温度が−２０℃から０℃に上昇した場合には、電子増倍率はやはり低下するものの、その低下率は前記の場合と比べて小さく、１０％程度である。更に、電子増倍率が５０以下の場合（制御電圧が２Ｖ以下の場合）には、同様の場合の電子増倍率の低下は無視できるほど小さい。

従って、電子増倍率が高い場合には、ＥＭ−ＣＣＤ２の温度を充分に下げて安定させることが必要になるが、電子増倍率が低い場合にはこの必要性は低くなる。一方、ＥＭ−ＣＣＤ２の冷却温度を高く設定すれば、ペルチェ素子１０の駆動電流を小さくすることができるため、この撮像装置の消費電力を低下させることができる。すなわち、電子増倍率が高い場合には、ＥＭ−ＣＣＤ２の温度を充分に低くしてかつ安定させないと、信号強度が不安定になり良好な画像が得られないが、電子増倍率が低い場合には、こうした問題は発生しない。

従って、前記のＡＧＣモードにおいては電子増倍率は大きくする可能性が高いため、ＥＭ−ＣＣＤ２の温度を低く安定に保つ必要がある。固定モードの場合も同様である。一方、前記の絞り制御モードにおいては、常に電子増倍率は最低レベルに保たれているため、ＥＭ−ＣＣＤ２の温度を低く保つ必要はない。従って、絞り調整モードにおいてはこの設定温度を高くすることにより、撮像特性を劣化させることなしに消費電力を低減することができる。

図３は、この動作モードを設定し、ＥＭ−ＣＣＤ２の温度を設定する動作のフローチャートの一例である。

この動作において、自動絞り機構付きレンズ１の絞りＡの調整範囲はＡ_１〜Ａ_２％（ただし、Ａ_１＝０％）であるとする。すなわち、Ａ_１は最小開口（開口が零）であり、Ａ_２は最大開口とする。

ＥＭ−ＣＣＤ２における電子増倍率ＢはＢ_１〜Ｂ_２（ただし、Ｂ_１＝１）の範囲であるとする。Ｂ_１は電子増倍作用が全く行われない場合に相当する。Ｂ_２は電子増倍率の上限値となり、ＥＭ−ＣＣＤ２の特性や電源電圧から決定される。

ＥＭ−ＣＣＤ２の設定温度は、前記の通り、ＡＧＣモードの場合にはＴ_１、絞り調整モードの場合にはＴ_２（Ｔ_１＜Ｔ_２）とする。電子増倍率が図２の特性をもつ場合、例えばＴ_１を−１５℃、Ｔ_２を０℃とすることができる。

また、この動作はＤＳＰ６から出力される信号強度Ｓの値に基づいて行われる。ここで、Ｓはある１画素の信号強度であってもよいし、１ライン毎、あるいは１フレーム毎の平均強度であってもよい。カラー画像の場合には、ＲＧＢのいずれか、あるいはこれらの各色毎の強度から算出された値等、適宜設定することができる。ここでは単純化して、映像出力にとって適切なＳの範囲はＳ_１以上の範囲であるとする。また、このサンプリングは常時行う必要はなく、監視カメラの場合には例えば１０分ごとに行うことができる。この場合、この間隔の間はこの動作モードは変更されず、ＥＭ−ＣＣＤ２の温度も一定に制御される。

図３において、まず、ＣＰＵ７は、初期設定として、絞り制御回路８によって絞りをＡ_１（＝０％）、ＥＭ制御回路９によって電子増倍率をＢ_１（＝１）、ペルチェ電流制御回路１２によってＥＭ−ＣＣＤ２の温度をＴ_２（＞Ｔ_１）に設定する（Ｓ１０１）。この状態では、開口が零であるため、信号強度Ｓも零となる。ここで、絞りを所定量（例えば１％）だけ開ける（Ｓ１０２）ことにより、Ｓ＞０となる。この際、絞りがＡ_２以下であれば（Ｓ１０３のＹｅｓ）、ＤＳＰ６から出力された信号強度ＳとＳ_１との大小関係を判定する（Ｓ４）。

ＳがＳ_１以上とならなければ（Ｓ１０４のＮｏ）、開口が不足していると判定されるため、再び絞りが所定量だけ開けられ（Ｓ１０２）、絞りがＡ_２以下であれば（Ｓ１０３のＹｅｓ）、再び信号強度ＳとＳ_１の大小関係が判定される（Ｓ１０４）。Ｓ２〜Ｓ４の動作は、絞りがＡ_２以下である範囲内（Ｓ１０３のＹｅｓ）でＳがＳ_１以上となるまで繰り返し行われる。ＳがＳ_１以上となった場合（Ｓ１０４のＹｅｓ）には、以降の動作モードとして、絞り制御モードが設定される（Ｓ１０５）。すなわち、以降は、電子増倍率は最低レベル（＝Ｂ_１＝１）に固定され、信号強度の調整は絞りＡがＡ_１＝０〜Ａ_２の範囲でＣＰＵ７及び絞り制御回路８（絞り制御手段）によって制御されることによって自動的に行われる。この制御の際の絞りの初期値はＳがＳ_１以上となった場合の絞りＡとなる。

絞り制御モードが設定された場合（Ｓ１０５）には、ＥＭ−ＣＣＤ２の設定温度はＴ_２のままで変更がない。すなわち、２種類の設定温度のうち、高い方の温度が維持されるため、この間はペルチェ素子１０の駆動電流を小さくすることができ、この撮像装置の消費電力を小さくすることができる。

絞りがＡ_２を越えた場合でもＳがＳ_１以上とならない場合（Ｓ１０３のＮｏ）には、絞りはその最大値であるＡ_２に固定され（Ｓ１０６）、この状態で今度はＥＭ−ＣＣＤ２の電子増倍率が調整される。まず、ＥＭ制御回路９によって電子増倍率が増加される（Ｓ１０７）。これは、例えばＥＭ制御回路９が発生する制御電圧を例えば所定電圧（例えば０．２Ｖ）だけ増大させることによって行われる。電子増倍率がＢ_２以下である場合（Ｓ１０８のＹｅｓ）、再びＤＳＰ６から出力された信号強度ＳとＳ_１との大小関係を判定する（Ｓ１０９）。

ここでＳがＳ_１以上とならなければ（Ｓ１０９のＮｏ）、電子増倍率が不足していると判定され、再び電子増倍率が増加される（Ｓ１０７）。その後、Ｓ１０８、Ｓ１０９の工程が、電子増倍率がＢ_２を越えるか（Ｓ１０８のＮｏ）、ＳがＳ_１以上となる（Ｓ１０９のＹｅｓ）まで繰り返される。電子増倍率がＢ_２以下の範囲で（Ｓ１０８のＹｅｓ）、ＳがＳ_１以上となった場合（Ｓ１０９のＹｅｓ）には、このときの絞りＡ（＝Ａ_２）と電子増倍率Ｂ（１＝Ｂ_１＜Ｂ≦Ｂ_２）が、現状の好ましい値として設定される。これにより、以降の動作モードとして、ＡＧＣモードが設定される（Ｓ１１０）。

すなわち、以降は、自動絞り機構付きレンズ１の絞り（開口）Ａは最大レベルＡ_２に固定され、信号強度の調整はＥＭ−ＣＣＤ２の電子増倍率ＢがＢ_１＝１〜Ｂ_２の範囲でＣＰＵ７とＥＭ制御回路９（電子増倍率制御手段）によって制御されることによって自動的に行われる。この制御の際の電子増倍率の初期値はＳがＳ_１以上となった場合の電子増倍率Ｂとなる。

この際、前記の通り、電子増倍率は高く設定されることがあるため、ＣＰＵ７は、ＥＭ−ＣＣＤ２の設定温度を低く、Ｔ_１（＜Ｔ_２）とする（Ｓ１１１）。以降は、ＥＭ−ＣＣＤ２の温度が温度検出部１１で検出され、ＣＰＵ７はこの温度がＴ_１となるべくペルチェ電流制御回路１２を制御し、ペルチェ素子１０の駆動電流をフィードバック制御する。この際の駆動電流は、絞り制御モードの場合（設定温度がＴ_２）よりも大きくなる。

以上の動作において、ＳがＳ_１以上とならず（Ｓ１０９のＮｏ）、かつ電子増倍率がＢ_２を越えた（Ｓ１０８のＮｏ）場合は、自動絞り機構付きレンズ１の絞り及びＥＭ−ＣＣＤ２の電子増倍率を最大にしてもこの被写体を撮像して最適な信号強度を得ることができない場合に対応する。従って、この場合には、電子増倍率をその最大値であるＢ_２に設定し（Ｓ１１２）、以降は、自動絞り機構付きレンズ１の絞りを最大値Ａ_２に、ＥＭ−ＣＣＤ２の電子増倍率を最大値Ｂ_２に固定する固定モードに設定する（Ｓ１１３）。なお、この場合においては電子増倍率は高く維持されるため、ＥＭ−ＣＣＤ２の設定温度はＴ_１に設定される（Ｓ１１１）。

従って、この撮像装置においては、被写体の照度に応じて、自動的に絞り制御モード、ＡＧＣモード、固定モードの３種類の動作モードが設定され、絞り調整モードの場合には、ＥＭ−ＣＣＤ２の設定温度が高く設定される。従って、絞り調整モードが設定された場合にはペルチェ素子１０の駆動電流を低減することができるため、消費電力を低減することができる。この際、ＥＭ−ＣＣＤ２の電子増倍率が変動することによって画像が劣化することはない。

従って、この撮像装置に用いる電源系を小型にすることができ、小型の撮像装置を得ることができる。

なお、以上の動作においては、ＥＭ−ＣＣＤ２の設定温度を動作モードに応じて２種類のうちの一方を固定して設定したが、これに限られるものではない。例えば、前記のモード設定時における電子増倍率Ｂの値に応じて、この設定温度を設定することもできる。すなわち、電子増倍率が高い場合に設定温度を低くし、電子増倍率が低い場合に設定温度を高くする。この場合、例えば図２におけるＢｔを閾値として用い、電子増倍率ＢがＢｔ以上の場合には設定温度をＴ_１、Ｂｔ未満の場合には設定温度をＴ_２とすることができる。この場合には、絞り制御モードにおいて設定温度を高くすることに加え、ＡＧＣモードであっても設定温度が高くなる場合があるため、この撮像装置の消費電力を更に低減させることができる。

また、絞り制御モードとＡＧＣモードの設定方法は任意である。例えば絞り制御モードにおけるＥＭ−ＣＣＤ２の電子増倍率を、１ではないが電子増倍率の温度依存性が無視できる範囲内の低い値（例えば図２中のＢｔ以下の値）に固定することができる。ＡＧＣモードにおける自動絞り機構付きレンズ１の絞りについても同様であり、Ａ_１〜Ａ_２の範囲内で最も良好な画像が得られる範囲の値とすることもできる。あるいは、絞り制御モードとＡＧＣモードが使用者によって選択できる設定においても同様である。すなわち、電子増倍率の温度依存性が無視できる範囲内でＥＭ−ＣＣＤ２の設定温度を上げるという動作の範囲内で、良好な画像を得るために他の構成要素を適宜設定することが可能である。

また、電子増倍率に応じて設定温度を連続的に変えることもできる。例えば、設定温度を電子増倍率の連続的な関数としてもよい。この場合、図２の特性においては、設定温度は電子増倍率に対する減少関数とすればよい。あるいは、電子増倍率の制御電圧依存性、温度依存性が図２とは異なる場合においても、設定された電子増倍率の温度依存性が小さな場合には、設定温度を上げることにより、ＥＭ−ＣＣＤ２の動作を損なわずに、撮像装置の消費電力を低減することができる。

また、上記の例では、信号強度を最低レベルＳ_１以上とする場合の制御につき記載したが、信号強度が高すぎても、信号の飽和等の問題が生じるために好ましくない。従って、信号強度をある一定の値よりも小さくするように絞りや電子増倍率を制御することが必要となる場合もある。こうした場合においても、上記と同様に、電子増倍率に応じてＥＭ−ＣＣＤ２の設定温度を変更する制御を行えば、同様の効果を奏することは明らかである。

また、図１の構成においては、固定の増幅率をもつＡＭＰ４が用いられていたが、増幅率が可変の増幅器を用いてもよい。この場合には、絞り、電子増倍率、及びこの増幅率を適宜設定し、上記と同様にして電子増倍率に応じて電子増倍型固体撮像素子の温度を設定すればよい。

なお、前記の例では電子増倍型固体撮像素子としてＥＭ−ＣＣＤを用いた場合につき記載したが、これに限られるものではなく、電子増倍率が外部から制御でき、この電子増倍率が温度依存性をもつものを使用した撮像装置であれば、同様に本発明が適用できることは明らかである。

以上の実施の形態の説明から明らかなように、本発明の撮像装置は、光学系の絞りを調整する絞り調整手段と、前記光学系を介した光学信号を受光する電子増倍型固体撮像素子と、該電子増倍型固体撮像素子の温度を制御する温度制御手段と、前記電子増倍型固体撮像素子における電子増倍率を制御する電子増倍率制御手段とを具備し、出力される信号強度の調整において、前記絞りを一定として前記電子増倍率を可変とするＡＧＣモードと、前記電子増倍率を一定として前記絞りを可変とする絞り制御モードが設定される撮像装置であって、前記温度制御手段は、前記絞り制御モードが設定された場合には、前記ＡＧＣモードが設定された場合よりも前記電子増倍型固体撮像素子の温度を高く設定することができる。
あるいは、光学信号を受光する電子増倍型固体撮像素子と、該電子増倍型固体撮像素子の温度を制御する温度制御手段と、前記電子増倍型固体撮像素子における電子増倍率を制御する電子増倍率制御手段とを具備する撮像装置であって、前記温度制御手段は、前記電子増倍率が低い場合に前記温度を高く設定し、前記電子増倍率が高い場合に前記温度を低く設定することができる。
また、前記電子増倍型固体撮像素子は電子増倍型ＣＣＤ（ＥＭ−ＣＣＤ）とすることができる。
また、前記温度の制御にはペルチェ素子を用いることができる。

本発明の実施の形態に係る撮像装置の構成図である。ＥＭ−ＣＣＤの電子増倍率の制御電圧依存性、温度依存性を示す図である。本発明の実施の形態に係る撮像装置における動作モード及び温度の設定方法を示すフローチャートである。

符号の説明

１自動絞り機構付きレンズ
２ＥＭ−ＣＣＤ
３サンプルホールド回路（ＣＤＳ）
４アンプ（ＡＭＰ）
５Ａ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）
６デジタル信号処理回路（ＤＳＰ）
７マイクロコンピュータ（ＣＰＵ）
８絞り制御回路
９電子増倍率（ＥＭ）制御回路
１０ペルチェ素子
１１温度検出部
１２ペルチェ電流制御回路

Claims

光学系の絞りを調整する絞り調整手段と、
前記光学系を介した光学信号を光電変換して所定の電子増倍率で電子増倍して画像信号を出力する電子増倍型固体撮像素子と、
該電子増倍型固体撮像素子の温度を制御する温度制御手段と、
前記電子増倍型固体撮像素子における電子増倍率を制御する電子増倍率制御手段と、
を具備する撮像装置であって、
前記電子増倍率が第１の増倍率に固定された状態から前記絞りが制御され、前記絞りの絞り値が所定の絞り値より小さい状態で、出力される前記画像信号の信号強度が所定の強度値以上になった場合に、前記電子増倍率を一定として前記絞りを可変として設定される絞り制御モードと、
前記電子増倍率が前記第１の増倍率に固定された状態から前記絞りが制御され、前記絞り値が所定の絞り値以上となった後に前記絞りが前記所定の絞り値に固定されたときに、さらに前記電子増倍率が前記第１の増倍率よりも大きい第２の増倍率より小さい状態で、出力される前記画像信号の信号強度が前記所定の強度値以上となった場合に、前記絞りを一定として前記電子増倍率を可変として設定されるＡＧＣモードと、を備え、
前記温度制御手段は、前記絞り制御モードが設定された場合には、前記ＡＧＣモードが設定された場合よりも前記電子増倍型固体撮像素子の温度を高く設定することを特徴とする撮像装置。
電子増倍型固体撮像素子により、光学信号を光電変換して所望の電子増倍率で電子増倍して画像信号を出力し、
前記電子増倍率が第１の増倍率に固定された状態から絞りが制御され、前記絞りの絞り値が所定の絞り値より小さい状態で、出力される前記画像信号の信号強度が所定の強度値以上になった場合に、前記電子増倍率を一定として前記絞りを可変として設定される絞り制御モードを設定すると共に、前記電子増倍型固体撮像素子の温度を所定の温度に制御し、
前記電子増倍率が前記第１の増倍率に固定された状態から前記絞りが制御され、前記絞り値が所定の絞り値以上となった後に前記絞りが前記所定の絞り値に固定されたときに、さらに前記電子増倍率が前記第１の増倍率よりも大きい第２の増倍率より小さい状態で、出力される前記画像信号の信号強度が前記所定の強度値以上となった場合に、前記絞りを一定として前記電子増倍率を可変として設定されるＡＧＣモードを設定すると共に、前記絞り制御モードを設定する場合よりも前記電子増倍型固体撮像素子の温度を低く制御する、ことを特徴とする電子増倍型固体撮像素子の温度制御方法。