JP5182021B2 - デジタルカメラ - Google Patents

Description

本発明は、被写体を撮像して画像データを生成するデジタルカメラに関するものである。

デジタルカメラは１回の充電で撮影できる枚数が多いことが望まれている。そこでバッテリー持続時間を長くして撮影枚数を多くするため、シリコン基板上に構成した太陽電池（例えば特許文献１）を撮像素子に備え、太陽電池で発電した電力でバッテリーを充電するシステムが提案されている。
特開２００８−６６４０２号公報

しかし、ａ−Ｓｉ（amorphous Silicon）太陽電池などの太陽電池では、デジタルカメラのデザインを損なったり、部品の追加を必要としたりするなど、装置が大がかりになるという課題がある。また、かかる太陽電池を備えた撮像素子による発電を行うと、撮像素子の画素面積を小さくしてしまい、感度低下の原因となりかねない。

本発明は、このような課題に鑑み、デジタルカメラのデザインを損なうことなく、バッテリー持続時間を長くすることができるデジタルカメラを提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明にかかるデジタルカメラの代表的な構成は、撮像レンズと、被写体を撮像して画像データを生成する撮像素子と、可視光線を透過させて撮像素子に受光させる光学フィルタとして機能するとともに、紫外光線を電力に変換する光電変換部と、光電変換部で変換された電力をバッテリーに充電する充電回路と、を備え、光電変換部は、撮像レンズと撮像素子との間に位置することを特徴とする。

上記のデジタルカメラは、さらに、バッテリーに充電される電力量を検出する電力量検出部と、検出された電力量に応じて、被写体の照明光源を推定する光源推定部と、推定された照明光源に応じて、画像データのホワイトバランス補正値を算出する算出部と、を備えてよい。

上記のデジタルカメラは、さらに、光電変換部で変換される電力量を検出する電力量検出部と、検出された電力量に応じて、被写体の照明光源を推定する光源推定部と、推定された照明光源に応じて、画像データのホワイトバランス補正値を算出する算出部と、を備えてよい。

上記の光源推定部は、電力量が第１の閾値以上である場合には、照明光源が太陽であると推定し、第１の閾値より小さい場合には、照明光源が照明機器であると推定してよい。

上記のデジタルカメラは、さらに、光源推定部の推定結果に基づいて、照明光源が太陽であると推定された場合の第１のモードと、照明光源が照明機器であると推定された場合の第２のモードとを切り換えるモード切換部を備え、算出部は、モード切換部によって切り換えられたモードに応じてホワイトバランス補正値を算出するとよい。

上記の第１のモードは、晴天モードおよび曇天モードを含み、モード切換部は、検出された電力量の閾値が第２の閾値より大きい場合には、晴天モードに切り換え、第２の閾値より小さい場合には曇天モードに切り換えるとよい。

上記の充電回路は、バッテリーの充電残量に応じて、バッテリーへの充電をＯＮ／ＯＦＦ切換するとよい。

本発明によれば、デジタルカメラのデザインを損なうことなく、バッテリー持続時間を長くすることができるデジタルカメラを提供することができる。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。さらに、信号や電流はそれらが通る線路の符号によって表記するものとする。

（透明太陽電池）
図１は、本発明の実施形態を示すデジタルカメラのブロック図である。デジタルカメラ１００は、被写体を撮像して画像データを生成する撮像素子１０２と、可視光線を透過させて撮像素子１０２に受光させる光学フィルタとして機能するとともに、紫外光線を電力に変換する光電変換部としての透明太陽電池１０４と、透明太陽電池１０４で変換された電力をバッテリー１０６に充電する充電回路１０８と、を備えている。

ＣＣＤ（Charge Coupled Device）などの撮像素子は、紫外光線および赤外光線に対しても受光感度を有している。それに対し、人間の目は約４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長帯域に感度を有している。太陽光などの自然光には紫外光線・赤外光線成分が含まれていて、撮像素子ではその光を受光すると、色再現性に影響を与える。そのため、デジタルカメラでは、紫外光線・赤外光線成分をカットするための光学フィルタが、通常、撮像素子の前に設けられている。

本実施形態では、かかる光学フィルタが通常設けられる位置に、光学フィルタに代えて、光学フィルタとしても機能する透明太陽電池１０４を設けている。透明太陽電池１０４としては、例えば、特許文献２に記載の、紫外線を電力に変換する光電池を使用してよい。同文献に記載のように、ガラス基板上に酸化亜鉛半導体（ｎ型）、銅アルミ酸化物半導体（ｐ型）などの膜を構成することで、透明な太陽電池を製造できる。

図２は、透明太陽電池の分光透過率特性例を示す模式図であり、図３は、かかる分光透過率特性例を示すグラフである。図２および図３から分かるように、透明太陽電池１０４は、可視光線１１５を透過し、紫外光線１１６を吸収して光電変換し、赤外光線１１７は反射する。これは、ガラス基板上に屈折率の異なる薄膜を重ね、特定の波長を透過させる光学フィルタと同様の分光透過率特性である。

したがって透明太陽電池１０４は、光学フィルタとして機能することができる。透明太陽電池１０４が光電変換する（発電する）光線は、専ら、太陽光（自然光）に含まれる紫外光線１１６である。

上記の構成によれば、透明太陽電池１０４が発電した電力をバッテリー１０６に充電するため、バッテリー持続時間を長くすることが可能である。しかも、透明太陽電池１０４は、通常であれば光学フィルタが設置される、撮像レンズ２１０と撮像素子１０２との間に位置するため、撮像素子１０２自体による発電を行う技術と異なり、画素面積を小さくしてしまうこともない。

（残量検出部）
デジタルカメラ１００は、さらに、図１に示すように、バッテリー１０６に充電される電力量を検出する電力量検出部（残量検出部１１０）と、検出された電力量に応じて、被写体の照明光源を推定する光源推定部１１２と、推定された照明光源に応じて、画像データのホワイトバランス補正値を算出する算出部１１４と、を備える。

透明太陽電池１０４は、既に述べたように、専ら紫外光線１１６を光電変換して発電し、バッテリー１０６を充電する。したがって、バッテリー１０６に充電される電力量（充電量）を検出すれば、照明光源が紫外光線１１６を多く含むものであるか否かを、高い精度で推定可能である。

本実施形態では、上記のように残量検出部１１０によって、バッテリー１０６に充電される電力量（充電量）を検出している。しかし、残量検出部１１０に代えて、破線で仮想的に示す発電量検出部１１１を設け、透明太陽電池１０４で変換される電力量、すなわちバッテリー１０６に充電される前の発電量を検出する位置で電力量を検出してもよい。

上記の構成においても、専ら紫外光線１１６を光電変換して発電する透明太陽電池１０４の性質を利用して、照明光源が紫外光線を多く含むものであるか否かを、高い精度で推定可能である。

（光源推定部）
上記の光源推定部１１２は、電力量が第１の閾値以上である場合には、照明光源が太陽であると推定し、第１の閾値より小さい場合には、照明光源が照明機器であると推定する。第１の閾値にちょうど等しい場合には、本実施形態では、太陽であると推定するが、照明機器であると推定してもよい。

太陽光と照明機器とを比較すると、圧倒的に紫外光線が多いのは太陽光である。そして、ここでは、紫外光線が多い光源を太陽光であると推定し、そうでない紫外光線が少ない光源を照明機器であると推定している。

（モード切換部）
図４はデジタルカメラのＲＯＭ３５０に記録されている、ホワイトバランス調整のための各種モードを示す図である。デジタルカメラ１００は、さらに、光源推定部１１２の推定結果に基づいて、照明光源が太陽であると推定された場合の第１のモードと、照明光源が照明機器であると推定された場合の第２のモードとを切り換えるモード切換部１２２を備え、算出部１１４は、モード切換部１２２によって切り換えられたモードに応じてホワイトバランス補正値を算出する。

本実施形態によれば、光源推定部１１２の推定結果に基づいて、光源が太陽であることを想定した第１のモード、または照明機器であることを想定した第２のモードに切り換えることができる。これにより、より適切なホワイトバランス補正値が算出可能である。

（晴天モードおよび曇天モード）
上記の第１のモードは、晴天モードおよび曇天モードを含み、モード切換部１２２は、検出された電力量の閾値が第２の閾値より大きい場合には、晴天モードに切り換え、第２の閾値より小さい場合には曇天モードに切り換える。なお、第２の閾値にちょうど等しい場合には、晴天モード、曇天モードのいずれに切り換えてもよい。

上記の構成によれば、光源が太陽と判定した場合の第１のモードを、より細分化したモードにすることによって、より適切なホワイトバランス補正値が算出可能である。ホワイトバランス補正値は、撮像素子１０２の出力を例えば１６ピクセル×１６ピクセルのエリアに分割し、各エリアのＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の出力から感度比Ｒ／ＧおよびＢ／Ｇを算出し、その感度比の統計に基づいて決定する。

（充電のＯＮ／ＯＦＦ）
上記の充電回路１０８は、バッテリー１０６の充電残量に応じて、バッテリー１０６への充電をＯＮ／ＯＦＦ切換する。このＯＮ／ＯＦＦ切換は、ＣＰＵ２５０がスイッチ１２４を切り換えることによって行われる。

バッテリー１０６が飽和したり、あるいはある程度以上の電力がバッテリー１０６に充電されている場合、バッテリー１０６への充電そのものはそれ以上行う必要がない。しかしホワイトバランス補正値の算出の精度向上のため、光電変換は継続するのが望ましいため、スイッチ１２４を開放して充電だけをＯＦＦにし、光電変換した電力は、バッテリー１０６へ充電せず、廃棄すればよい。

（デジタルカメラ構成）
図５はデジタルカメラの外観の一例を示す図であり、図５（ａ）は正面から見た図、図５（ｂ）は背面から見た図である。図５および図１を用いて、デジタルカメラのその他の構成について、以下、説明する。撮像素子１０２はＣＣＤ（Charge Coupled Device; 電荷結合素子）としてよく、被写界を撮像して電子的な画像信号を生成する撮像手段であり、例えば１６００×１２００個の画素を有する。撮像素子１０２は、撮像レンズ２１０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１０２から得られる画像信号（アナログ信号）は、アナログ信号処理回路２３０に与えられる。アナログ信号処理回路２３０は、画像信号に対して所定のアナログ信号処理を行う回路である。アナログ信号処理回路２３０は、少なくとも相関二重サンプリング回路（Correlated Double Sampling：ＣＤＳ。図示省略）およびオートゲインコントロール（Auto Gain Controlled：ＡＧＣ。図示省略）回路を含む。相関二重サンプリング回路によって画像信号のノイズ低減処理が行われ、オートゲインコントロール回路でゲイン調整することによって、画像信号のレベル調整が行われる。

Ａ／Ｄ変換器２４０は、画像信号の各画素信号を、例えば１２ビットのデジタル信号に変換する。変換後のデジタル信号は、中央処理装置（ＣＰＵ: Central Processing Unit）２５０に与えられ、画像データとして一時的にＲＡＭ（Random Access Memory）２６０に格納される。ＲＡＭ２６０に保存された画像データは、画像処理部２８０によって色補正処理等を施された後、圧縮伸張部２９０による圧縮処理等が施される。

また、指向性マイク３００から得られる環境音などの音声信号は、音声処理部３１０に入力される。音声処理部３１０に入力された音声信号は、音声処理部３１０内に設けられたＡ／Ｄ変換器（図示省略）により、デジタル信号に変換され、一時的にＲＡＭ２６０に格納される。デジタル化された音声信号は、再び音声処理部３１０に送り、スピーカ３２０から再生可能である。

操作部３３０は、電源ボタン３３０Ａ、各種の操作ボタン３３０Ｂ、シャッタレリーズボタン３３０Ｃ等を含み、ユーザがデジタルカメラ１００の設定を変更操作する際や撮像操作を行う際等に用いられる。

ＣＰＵ２５０は、ＲＡＭ２６０およびＲＯＭ（Read Only Memory）３５０に記録された所定のプログラムを実行することにより、上記各部を統括的に制御する。なお、ＲＡＭ２６０は、高速アクセス可能な半導体メモリであり、ＲＯＭ３５０は電気的に書き換えが不可能な不揮発の半導体メモリ（例えばフラッシュＲＯＭ）として構成される。また、ＲＡＭ２６０内における一部の領域は、一時記憶用のバッファエリアとして機能し、画像データおよび音声データを一時的に記憶する。

ＣＰＵ２５０の各処理部２８０、２９０、３１０は、マイクロコンピュータが所定のプログラムを実行することにより実現される、機能部位である。

画像処理部２８０は、ＷＢ（ホワイトバランス）処理、γ補正処理等の各種のデジタル画像処理を施す処理部である。ＷＢ処理は、算出部１１４によって算出されたホワイトバランス補正値に基づき、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色成分のレベル変換を行い、カラーバランスを調整する処理であり、γ補正処理は、画素データの階調を補正する処理である。圧縮伸張部２９０は、画像処理部２８０によって色補正処理等が行われた画像データを、さらに圧縮する。圧縮方式としては、例えばＪＰＥＧ（Joint Photographic Experts Group）方式などが採用される。音声処理部３１０は、音声データに対する各種のデジタル処理を施す処理部である。

このような構成を有するＣＰＵ２５０によって、撮像モード、再生モードの処理が行われる。例えば、撮像モードにおいては、まず撮像素子１０２をビューファインダ（ＬＣＤ３８０）画像出力用の動作モードに設定した上で所定周期（例えば３０コマ／秒）の撮像を行い、撮像に応じた画像データを逐次出力する（予備撮像）。撮像素子１０２から出力された画像データは、アナログ信号処理回路２３０、Ａ／Ｄ変換器２４０、画像処理部２８０を介してＬＣＤ３８０にビューファインダ画像として表示される。この状態で、シャッタレリーズボタン３３０Ｃがユーザによって半押し（Ｓ１状態）されると、ＣＰＵ２５０は、撮像素子１０２から入力される予備撮像の画像データに基づき、ＡＥ（Auto Exposure）評価値およびＡＦ（Auto Focus）評価値を求める。ＣＰＵ２５０はＡＦ評価値に基づいて合焦位置を、公知の例えば山登り方式によって求め、ＡＥ／ＡＦ部３６０を用いて、合焦位置に撮像レンズ２１０を移動させる。また、ＣＰＵ２５０はＡＥ評価値に基づいて、本撮像時のシャッタスピード（撮像素子１０２における電荷蓄積時間）、撮像レンズ２１０の絞り値およびアナログ信号処理回路２３０におけるオートゲインコントロールのゲイン値を決定する。

ＣＰＵ２５０は、撮像モードにおいてシャッタレリーズボタン３３０Ｃが全押し（本撮像。Ｓ２状態）されると、撮像素子１０２の動作モードを本撮像用の動作モードに設定した上で被写体を撮像し、撮像素子１０２で取得された撮像画像データに基づき、圧縮伸張部２９０で圧縮画像を生成する。そして、圧縮された高解像度の画像データは、記録媒体３７０に記録される。記録媒体３７０は例えばＳＤカード（登録商標）を用いることができる。

さらに、ＣＰＵ２５０は、記録媒体３７０から、デジタルカメラ１００で動作するプログラムを取り込むことも可能である。例えば、記録媒体３７０に記録されている制御プログラムを、ＲＡＭ２６０またはＲＯＭ３５０内に取り込むことができる。これにより、制御プログラムを更新することも可能である。

ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）３８０は、被写界を表示するほか、ユーザに対する各種メニューを表示し、操作のための情報を提供する表示装置である。フラッシュ３９０は、発光が許可されている状態で撮影補助光を発して被写体を照射する発光装置である。

本実施形態によれば、光電変換部が発電した電力をバッテリーに充電するため、バッテリー持続時間を長くすることができる。しかも、光電変換部は、光学フィルタとして機能し、撮像レンズと撮像素子との間に位置するため、撮像素子自体による発電を行う場合と異なり、画素面積を小さくしてしまうこともない。

本実施形態によれば、光電変換部は、専ら紫外光線を光電変換して発電し、バッテリーを充電する。したがって、バッテリーに充電される電力量（充電量）を検出すれば、照明光源が紫外光線を多く含むものであるか否かを、高い精度で推定可能である。

本実施形態によれば、専ら紫外光線を光電変換して発電する光電変換部の性質を利用して、照明光源が紫外光線を多く含むものであるか否かを、高い精度で推定可能である。

本実施形態によれば、光源推定部の推定結果に基づいて、光源が太陽光であることを想定した第１のモード、または照明機器であることを想定した第２のモードに切り換えることができる。これにより、より適切なホワイトバランス補正値が算出可能である。

本実施形態によれば、光源が太陽光と判定した場合の第１のモードを、より細分化したモードにすることによって、より適切なホワイトバランス補正値が算出可能である。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されるものではない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、被写体を撮像して画像データを生成するデジタルカメラに利用することができる。

本発明の実施形態を示すデジタルカメラのブロック図である。 透明太陽電池の分光透過率特性を示す模式図である。 透明太陽電池の分光透過率特性を示すグラフである。 デジタルカメラのＲＯＭに記録されている、ホワイトバランス調整のための各種モードを示す図である。 デジタルカメラの外観の一例を示す図である。

符号の説明

１００ …デジタルカメラ、１０２ …撮像素子、１０４ …透明太陽電池、１０６ …バッテリー、１０８ …充電回路、１１０ …電力量検出部、１１２ …光源推定部、１１４ …算出部、１１６ …紫外光線、１２２ …モード切換部、１２４ …スイッチ、２１０ …撮像レンズ、２３０ …アナログ信号処理回路、２４０ …Ａ／Ｄ変換器、２５０ …ＣＰＵ、２６０ …ＲＡＭ、２８０ …画像処理部、２９０ …圧縮伸張部、３００ …指向性マイク、３１０ …音声処理部、３２０ …スピーカ、３３０ …操作部、３３０Ａ …電源ボタン、３３０Ｂ …操作ボタン、３３０Ｃ …シャッタレリーズボタン、３５０ …ＲＯＭ、３６０ …ＡＥ／ＡＦ部、３７０ …記録媒体、３８０ …ＬＣＤ、３９０ …フラッシュ

Claims (7)

1. 撮像レンズと、
   被写体を撮像して画像データを生成する撮像素子と、
   可視光線を透過させて前記撮像素子に受光させる光学フィルタとして機能するとともに、紫外光線を電力に変換する光電変換部と、
   前記光電変換部で変換された電力をバッテリーに充電する充電回路と、
   を備え、
   前記光電変換部は、前記撮像レンズと前記撮像素子との間に位置することを特徴とするデジタルカメラ。
2. 請求項１に記載のデジタルカメラにおいて、さらに、
   前記バッテリーに充電される電力量を検出する電力量検出部と、
   前記検出された電力量に応じて、前記被写体の照明光源を推定する光源推定部と、
   前記推定された照明光源に応じて、前記画像データのホワイトバランス補正値を算出する算出部と、
   を備えることを特徴とするデジタルカメラ。
3. 請求項１に記載のデジタルカメラにおいて、さらに、
   前記光電変換部で変換される電力量を検出する電力量検出部と、
   前記検出された電力量に応じて、前記被写体の照明光源を推定する光源推定部と、
   前記推定された照明光源に応じて、前記画像データのホワイトバランス補正値を算出する算出部と、
   を備えることを特徴とするデジタルカメラ。
4. 請求項２または３に記載のデジタルカメラにおいて、
   前記光源推定部は、前記電力量が第１の閾値以上である場合には、前記照明光源が太陽であると推定し、該第１の閾値より小さい場合には、前記照明光源が照明機器であると推定することを特徴とするデジタルカメラ。
5. 請求項４に記載のデジタルカメラにおいて、さらに、
   前記光源推定部の推定結果に基づいて、前記照明光源が太陽であると推定された場合の第１のモードと、前記照明光源が照明機器であると推定された場合の第２のモードとを切り換えるモード切換部を備え、
   前記算出部は、前記モード切換部によって切り換えられたモードに応じて前記ホワイトバランス補正値を算出することを特徴とするデジタルカメラ。
6. 請求項５に記載のデジタルカメラにおいて、さらに、
   前記第１のモードは、晴天モードおよび曇天モードを含み、
   前記モード切換部は、前記検出された電力量の閾値が第２の閾値より大きい場合には、晴天モードに切り換え、第２の閾値より小さい場合には曇天モードに切り換えることを特徴とするデジタルカメラ。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載のデジタルカメラにおいて、
   前記充電回路は、前記バッテリーの充電残量に応じて、前記バッテリーへの充電をＯＮ／ＯＦＦ切換することを特徴とするデジタルカメラ。