JP5400432B2 - IMAGING DEVICE, ITS CONTROL METHOD, AND CAMERA - Google Patents
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Description
本発明は、撮像装置、その制御方法及びカメラに関する。 The present invention relates to an imaging apparatus, a control method thereof, and a camera.
従来、デジタルスチルカメラなどの撮像装置では、撮像素子を測光センサとして用いて露光制御(以下、撮像面AEと呼ぶ)を行うものがある。しかしながら、一般に撮像素子は、測光センサに比べてダイナミックレンジが狭い。よって、撮像面AEでは、被写体が急激に明るくなるなどの場面変化があった場合に露光オーバーとなりやすく、露光オーバーの状態から露光制御が行われることで露光制御の応答が遅くなることがあった。 2. Description of the Related Art Conventionally, some imaging apparatuses such as digital still cameras perform exposure control (hereinafter referred to as an imaging surface AE) using an imaging element as a photometric sensor. However, in general, an image sensor has a narrow dynamic range compared to a photometric sensor. Therefore, on the imaging surface AE, when there is a scene change such as the subject suddenly becomes brighter, overexposure tends to occur, and the exposure control response may be delayed by performing exposure control from the overexposed state. .
この撮像面AEにおける露光制御の応答性を遅くする要因である撮像素子のダイナミックレンジの狭さを補う手法として、特許文献1には、撮像素子内にスイッチを設けて画素の出力を線形出力と対数出力とに切り替えることが開示されている。
As a technique for compensating for the narrowness of the dynamic range of the image sensor, which is a factor that slows down the responsiveness of the exposure control on the imaging surface AE,
しかしながら、上記従来技術では、撮像面AEを行うにあたり、撮像素子内に新たなスイッチを設けなければならず、コスト高を生じたり、スイッチに要する分だけ受光面積が小さくなることで撮像された画像に影響が生じることがあった。 However, in the above prior art, when the imaging surface AE is performed, a new switch must be provided in the imaging device, resulting in an increase in cost and an image captured by reducing the light receiving area by the amount required for the switch. May have an effect.
本発明は、このような従来技術の課題を少なくとも1つ解決することを目的としてなされたものである。本発明の目的は、撮像素子を測光センサとして用いて露光制御を行うにあたり、コストの増加や撮像された画像への影響を抑えつつ、撮像素子のダイナミックレンジの狭さを補うことが可能な撮像装置、その制御方法及びカメラを提供することである。 The present invention has been made for the purpose of solving at least one of the problems of the prior art. An object of the present invention is to perform imaging control using an image sensor as a photometric sensor, and to reduce the dynamic range of the image sensor while suppressing an increase in cost and an influence on a captured image. An apparatus, a control method thereof, and a camera are provided.
上記目的は、受光量に応じた電荷を生成し、当該生成された電荷を蓄積する光電変換部と、前記光電変換部から転送された前記蓄積した電荷を保持する保持部とを有し、当該保持部に保持された電荷量に基づいた画素信号を出力する画素が複数配列された撮像手段と、前記撮像手段の駆動を制御するとともに、前記複数の画素から出力された画素信号の値に基づいて露光制御を行う制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記光電変換部が蓄積した電荷の前記保持部への転送前に、当該光電変換部から溢れて前記保持部に保持された余剰電荷の電荷量に基づいた余剰信号を取得し、前記撮像手段の全画素数に対する、前記余剰信号を出力する画素数の割合が、予め設定された第1の値以上である場合、あるいは、前記撮像手段の全画素数に対する、前記光電変換部が飽和した状態を示す値を示す画素信号を出力した画素数の割合が、予め設定された第2の値以上である場合に、前記画素信号及び前記余剰信号の値に基づいて前記露光制御を行うことを特徴とする本発明による撮像装置によって達成される。 The object includes generating a charge according to the amount of received light, accumulating the generated charge, and a holding unit holding the accumulated charge transferred from the photoelectric conversion unit, An imaging unit in which a plurality of pixels that output a pixel signal based on the amount of charge held in the holding unit are arranged, and driving of the imaging unit is controlled, and based on the value of the pixel signal output from the plurality of pixels Control means for performing exposure control, wherein the control means overflows from the photoelectric conversion unit and is held in the holding unit before the charge accumulated in the photoelectric conversion unit is transferred to the holding unit. When the surplus signal based on the charge amount of the charge is acquired and the ratio of the number of pixels that outputs the surplus signal to the total number of pixels of the imaging unit is equal to or greater than a preset first value, or For the total number of pixels of the imaging means That the proportion of the number of pixels that the photoelectric conversion unit has output a pixel signal indicating a value that indicates the state of saturation, the case where the second value or more set in advance, the value of the pixel signal and the surplus signal The image pickup apparatus according to the present invention achieves the exposure control based on the above.
また、上記目的は、受光量に応じた電荷を生成し、当該生成された電荷を蓄積する光電変換部と、前記光電変換部から転送された前記蓄積した電荷を保持する保持部とを有し、当該保持部に保持された電荷量に基づいた画素信号を出力する画素が複数配列された撮像手段を備える撮像装置の制御方法であって、制御手段が、前記撮像手段の駆動を制御するとともに、前記複数の画素から出力された画素信号の値に基づいて露光制御を行う制御工程を含み、前記制御工程は、前記光電変換部が蓄積した電荷の前記保持部への転送前に、当該光電変換部から溢れて当該保持部に保持された余剰電荷の電荷量に基づいた余剰信号を取得し、前記撮像手段の全画素数に対する、前記余剰信号を出力する画素数の割合が、予め設定された第1の値以上である場合、あるいは、前記撮像手段の全画素数に対する、前記光電変換部が飽和した状態を示す値を示す画素信号を出力した画素数の割合が、予め設定された第2の値以上である場合に、前記画素信号及び前記余剰信号の値に基づいて前記露光制御を行うことを特徴とする本発明による撮像装置の制御方法によっても達成される。 Further, the object is to generate a charge according to the amount of received light, store the generated charge, and a holding unit that holds the accumulated charge transferred from the photoelectric conversion unit. An image pickup apparatus control method comprising an image pickup means in which a plurality of pixels that output a pixel signal based on the amount of charge held in the holding section are arranged, wherein the control means controls driving of the image pickup means. , Including a control step of performing exposure control based on pixel signal values output from the plurality of pixels, the control step including the transfer of the charge accumulated in the photoelectric conversion unit to the holding unit. A surplus signal based on the amount of surplus charge overflowed from the conversion unit and held in the holding unit is acquired, and a ratio of the number of pixels outputting the surplus signal to the total number of pixels of the imaging unit is set in advance. Greater than the first value Or the ratio of the number of pixels that output a pixel signal indicating a value indicating the saturated state of the photoelectric conversion unit to the total number of pixels of the imaging means is equal to or greater than a preset second value. In addition, the exposure control is performed based on the values of the pixel signal and the surplus signal, which is also achieved by the control method for an imaging apparatus according to the present invention.
本発明によれば、撮像素子を測光センサとして用いて露光制御を行うにあたり、コストの増加や撮像された画像への影響を抑えつつ、撮像素子のダイナミックレンジの狭さを補うことができる。 According to the present invention, in performing exposure control using an image sensor as a photometric sensor, it is possible to compensate for the narrow dynamic range of the image sensor while suppressing an increase in cost and an influence on a captured image.
以下、この発明の実施の形態について図を参照して説明するが、この発明は以下の実施の形態に限定されない。また、この発明の実施の形態は発明の最も好ましい形態を示すものであり、発明の範囲を限定するものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiments. Further, the embodiment of the present invention shows the most preferable mode of the invention, and does not limit the scope of the invention.
[第1の実施形態]
図1は、第1の実施形態に係る撮像装置100のブロック図である。図1に示すように、撮像装置100は、光学系101、メカニカルシャッタ102を介して撮像素子103上に結像された被写体像を光電変換により撮像するカメラである。光学系101は、レンズおよび絞りであり、駆動回路107により制御される駆動部(図示しない)によりレンズ位置や絞り値が調整される。メカニカルシャッタ102(メカシャッタと図示する)は、駆動回路107による制御の下、所定の露光時間で撮像素子103を露光させる。撮像素子103は、駆動回路107の制御の下、被写体像を光電変換した画像データ(アナログ信号)をCDS回路104へ出力する。なお、撮像素子103の詳細については後述する。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a block diagram of an
CDS回路104は、撮像素子103から出力された画像データに対して相関二重サンプリング(Correlated Double Sampling)等のアナログ信号処理を行い、A/D変換器105へ出力する。A/D変換器105は、CDS回路104から出力された画像データ(アナログ信号)をデジタル信号に変換し、信号処理回路108へ出力する。タイミング信号発生回路106は、制御部114の制御の下、撮像素子103、CDS回路104及びA/D変換器105の動作のタイミング信号を発生する。駆動回路107は、制御部114の制御の下、光学系101、メカニカルシャッタ102及び撮像素子103の駆動を制御する。
The
信号処理回路108は、制御部114の制御の下、撮像素子103で撮像されてA/D変換器105から出力された画像データに必要な信号処理を行う。画像メモリ109は、制御部114の制御の下、信号処理された画像データを記憶する。記録媒体110は、半導体メモリやハードディスクドライブなどであり、コネクタ(図示しない)などのインターフェースを介して撮像装置100と着脱可能に接続する。記録回路111は、制御部114の制御の下、信号処理された画像データを記録媒体110へ記録する。
The
画像表示装置112は、LCD(Liquid Crystal Display)などであり、信号処理された画像データを表示する。表示回路113は、制御部114の制御の下、信号処理された画像データを画像表示装置112へ出力し、画像表示装置112に画像を表示させる。
The
制御部114は、CPU(Central Processing Unit)などであり、不揮発性メモリ115に記憶されたプログラムコードを揮発性メモリ116の作業領域に展開して順次実行することで、撮像装置100の各部の動作を中央制御する。不揮発性メモリ115(ROM)は、制御部114で実行される制御方法を記載したプログラムコード、プログラムコードを実行する際に使用されるパラメータやテーブル等の制御データ及び撮像素子103の欠陥画素を示すキズアドレス等の補正データを記憶する。揮発性メモリ116(RAM)は、不揮発性メモリ115に記憶されたプログラムコード、制御データ及び補正データを転送して記憶しておくとともに、制御部114が撮像装置100を制御する際に使用する作業領域を提供する。
The
ここで、上述した撮像装置100を用いてメカニカルシャッタ102を使用して行う撮像動作について説明する。なお、撮像動作に先立ち、撮像装置100の電源投入時の制御部114の動作開始時において、必要なプログラムコード、制御データ及び補正データを不揮発性メモリ115から揮発性メモリ116に転送して記憶しておくものとする。また、これらのプログラムコードやデータは、制御部114が撮像装置100を制御する際に使用する。また、制御部114は、必要に応じて追加のプログラムコードやデータを不揮発性メモリ115から揮発性メモリ116に転送したり、直接不揮発性メモリ115内のデータを読み出して使用するものとする。
Here, an imaging operation performed using the
まず、光学系101は、制御部114からの制御信号により、絞りとレンズを駆動して適切な明るさに設定された被写体像を撮像素子103上に結像させる。次に、メカニカルシャッタ102は、制御部114からの制御信号により、必要な露光時間となるように撮像素子103の動作に併せて撮像素子103を遮光するように駆動される。この時、撮像素子103が電子シャッタ機能を有する場合は、メカニカルシャッタ102と併用して、必要な露光時間を確保してもよい。
First, the
撮像素子103は、制御部114により制御されるタイミング信号発生回路106が発生する動作パルス(タイミング信号)を下に駆動され、被写体像を光電変換により電気信号に変換してアナログ画像信号(画像データ)として出力する。撮像素子103から出力されたアナログ画像信号は、制御部114により制御されるタイミング信号発生回路106が発生する動作パルスにより、CDS回路104でクロック同期性ノイズが除去され、A/D変換器105でデジタル画像信号に変換される。
The
次に、制御部114により制御される信号処理回路108において、デジタル画像信号に対して、色変換、ホワイトバランス、ガンマ補正等の画像処理、解像度変換処理、画像圧縮処理等が行われる。画像メモリ109は、信号処理中のデジタル画像信号を一時的に記憶したり、信号処理されたデジタル画像信号である画像データを記憶したりするために用いられる。
Next, in the
信号処理回路108で信号処理された画像データや画像メモリ109に記憶された画像データは、記録回路111において記録媒体110に適したデータ(例えば階層構造を持つファイルシステムデータ)に変換されて記録媒体110に記録される。また、上記画像データは、信号処理回路108で解像度変換処理を実施された後、表示回路113において記録回路111に適した信号(例えばNTSC方式のアナログ信号等)に変換されて記録回路111に表示されたりする。
The image data signal-processed by the
ここで、信号処理回路108においては、制御部114からの制御信号により信号処理をせずにデジタル画像信号をそのまま画像データとして、画像メモリ109や記録回路111に出力してもよい。また、信号処理回路108は、制御部114からの要求があった場合に、その要求に応じて信号処理の過程で生じたデジタル画像信号や画像データの情報を制御部114に出力する。例えば、制御部114に出力する情報には、画像の空間周波数、指定領域の輝度等の平均値、圧縮画像データ量等の情報、或いはそれらから抽出された情報などがある。さらに、記録回路111は、制御部114からの要求があった場合に、記録媒体110の種類や空き容量等の情報を制御部114に出力する。
Here, the
次に、被写体像を撮像するための画素が複数配列された撮像素子103の詳細について図2を参照して説明する。図2は、撮像素子103としてCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)型固体撮像素子を用いた場合の素子内のブロック図である。この固体撮像素子を構成する各回路素子は、半導体集積回路の製造技術によって、特に制限されないが、単結晶シリコンのような1個の半導体基板上において形成される。また、図2の例では、簡単のため3行3列の画素アレイ1としているが、固体撮像素子はこのサイズに限定したものではない。
Next, details of the
図2に示すように、画素アレイ1において、受光量に応じた光信号電荷を生成する光電変換部であるフォトダイオードD11〜D33は、この例ではアノード側が接地されている。フォトダイオードD11〜D33のカソード側は、フォトダイオードに蓄積された光信号電荷を転送するための転送MOS M111〜M133のソースに接続されている。転送MOS M111のゲートは、横方向に延長して配置される第1の行選択線(垂直走査線)PTX1に接続されている。同じ行に配置された他の画素セルの同様の転送MOS M121, M131のゲートも第1の行選択線PTX1に共通に接続されている。また、転送MOS M111〜M133のドレインには増幅MOS M311〜M333のゲートが接続されている。
As shown in FIG. 2, in the
増幅MOS M311〜M333のゲートには、これをリセットするためのリセットMOS M211〜M233のソースが接続され、リセットMOS M211〜M233のドレインは、リセット電源に接続されている。さらに、増幅MOS M311〜M333のドレインは、電源電圧を供給するための選択MOS M411〜M433に接続されている。リセットMOS M211のゲートは、横方向に延長して配置される第2の行選択線(垂直走査線)PRES1に接続される。同じ行に配置された他の画素セルの同様なリセットMOS M221,M231のゲートも第2の行選択線PRES1に共通に接続される。選択MOS M411のゲートは、横方向に延長して配置される第3の行選択線(垂直走査線)PSEL1に接続される。同じ行に配置された他の画素セルの同様な選択MOS M421,M431のゲートも第3の行選択線PSEL1に共通に接続される。 The gates of the amplification MOSs M311 to M333 are connected to the sources of reset MOSs M211 to M233 for resetting them, and the drains of the reset MOSs M211 to M233 are connected to a reset power source. Further, the drains of the amplification MOSs M311 to M333 are connected to selection MOSs M411 to M433 for supplying a power supply voltage. The gate of the reset MOS M211 is connected to a second row selection line (vertical scanning line) PRES1 that extends in the horizontal direction. The gates of similar reset MOSs M221 and M231 of other pixel cells arranged in the same row are also commonly connected to the second row selection line PRES1. The gate of the selection MOS M411 is connected to a third row selection line (vertical scanning line) PSEL1 arranged extending in the horizontal direction. Gates of similar selection MOSs M421 and M431 of other pixel cells arranged in the same row are also commonly connected to the third row selection line PSEL1.
これら第1〜第3の行選択線は垂直走査回路ブロック2に接続され、後述する動作タイミングに基づいた信号電圧が供給される。図2に示されている行においても同様な構成の画素セルと、行選択線が設けられている。これらの行選択線には、垂直走査回路ブロック2により形成されたPRES1〜PRES3、PSEL1〜PSEL3が供給される。 These first to third row selection lines are connected to the vertical scanning circuit block 2 and supplied with a signal voltage based on an operation timing described later. Also in the row shown in FIG. 2, pixel cells having a similar configuration and row selection lines are provided. PRES1 to PRES3 and PSEL1 to PSEL3 formed by the vertical scanning circuit block 2 are supplied to these row selection lines.
増幅MOS M311のソースは、縦方向に延長して配置される垂直信号線V1に接続される。同じ列に配置される画素セルの同様な増幅MOS M312,M313のソースも垂直信号線V1に接続される。垂直信号線V1は、定電圧部3であるゲート接地MOS M71を介して負荷素子である負荷MOS M51に接続される。ゲート接地MOS M71のゲートはゲート電圧を供給する電圧入力端子6に接続される。図2に示されている残りの垂直信号線V2〜V3においても同様に増幅MOS、ゲート接地MOS、負荷MOSが接続される。
The source of the amplification MOS M311 is connected to a vertical signal line V1 that extends in the vertical direction. The sources of similar amplification MOSs M312 and M313 of pixel cells arranged in the same column are also connected to the vertical signal line V1. The vertical signal line V <b> 1 is connected to a load MOS M <b> 51 that is a load element via a gate-grounded MOS M <b> 71 that is a
さらに、負荷MOS M51〜M53のソースは共通のGNDライン4に、ゲートは入力MOS M50のゲートに接続されると共に電圧入力端子5に接続される。さらに、垂直信号線V1は、ノイズ信号転送スイッチM11を介してノイズ信号を一時保持するためのノイズ信号保持容量CTN1に、また、光信号転送スイッチM21を介して光信号を一時保持するための保持部である光信号保持容量CTS1に同時に接続される。
Further, the sources of the load MOSs M51 to M53 are connected to the common GND line 4, and the gate is connected to the gate of the input MOS M50 and to the
ノイズ信号保持容量CTN1と光信号保持容量CTS1の逆側の端子は接地されている。ノイズ信号転送スイッチM11とノイズ信号保持容量CTN1との接続点と、光信号転送スイッチM21と光信号保持容量CTS1との接続点はそれぞれ、保持容量リセットスイッチM31、M32を介し接地される。さらに上記接続点はそれぞれ、水平転送スイッチM41、M42を介して、光信号とノイズ信号の差をとるための差動回路ブロック8に接続される。 The opposite terminals of the noise signal holding capacitor CTN1 and the optical signal holding capacitor CTS1 are grounded. A connection point between the noise signal transfer switch M11 and the noise signal holding capacitor CTN1 and a connection point between the optical signal transfer switch M21 and the optical signal holding capacitor CTS1 are grounded via holding capacitor reset switches M31 and M32. Further, the connection points are connected to the differential circuit block 8 for taking the difference between the optical signal and the noise signal via the horizontal transfer switches M41 and M42, respectively.
水平転送スイッチM41、M42のゲートは列選択線H1に共通に接続され、水平走査回路ブロック7に接続される。図2に示されている残りの列V2〜V3においても同様な構成の読み出し回路が設けられる。また、各列に接続されたノイズ信号転送スイッチM11〜M13、光信号転送スイッチM21〜M23のゲートはPTN、PTSにそれぞれ共通に接続され、後述する動作タイミングに基づいてそれぞれ信号電圧が供給される。
The gates of the horizontal transfer switches M41 and M42 are commonly connected to the column selection line H1 and connected to the horizontal
次に、図3に定電圧部3の一画素分の光電変換素子(フォトダイオード)の断面構造の構成について示す。図3に示すように、一画素分のフォトダイオードは、n型基板3001上にp型ウェル3002が形成され、その上にフォトダイオードのn層3004が形成され、その上にフォトダイオードのp層3005を表面を濃くして形成される。また、一画素分のフォトダイオードには、転送MOSトランジスタ3003のゲート領域が絶縁層を介してフォトダイオード側面に形成される。
Next, FIG. 3 shows a configuration of a cross-sectional structure of a photoelectric conversion element (photodiode) for one pixel of the
転送MOSトランジスタ3003のゲート領域とフォトダイオードの側面の間には、フォトダイオードのn層から連続するバイパス領域3006が形成されている。また、転送MOSトランジスタ3003のゲート領域の側面下部には拡散浮遊領域(Floating Diffusion領域:FD領域)3007が形成されている。
Between the gate region of the
拡散浮遊領域3007は出力回路の増幅用MOSトランジスタ3010のゲートに接続されている。また、拡散浮遊領域3007には、拡散浮遊領域3007のリセット用のリセットMOSトランジスタのソース3008が接続され、そのドレインはリセット電源3009が接続されている。
The
また、増幅用MOSトランジスタ3010で増幅された信号は画素選択用MOSトランジスタ3011を経て取り出される。また、素子の上部にはアルミ遮光板3013が備えられ、フォトダイオード以外には光が入射しないようにされている。
The signal amplified by the
次に、定電圧部3における一般的な信号の読み取り動作について、図2の構成と、図4のタイミングチャートを参照して説明する。図4に示すように、フォトダイオードD11〜D33からの光信号電荷の読み出しに先立って、リセットMOS M211〜M231のゲートPRES1がハイレベルとなる。これによって、増幅MOS M311〜M331のゲートがリセット電源にリセットされる。
Next, a general signal reading operation in the
次いで、リセットMOS M211〜M231のゲートPRES1がロウレベルに復帰した後に、選択MOS M411〜M431のゲートPSEL1、ノイズ信号転送スイッチM11〜M13のゲートPTNがハイレベルとなる。これによって、リセットノイズが重畳されたリセット信号(ノイズ信号)がノイズ信号保持容量CTN1〜CTN3に読み出される。 Next, after the gates PRES1 of the reset MOSs M211 to M231 return to the low level, the gates PSEL1 of the selection MOSs M411 to M431 and the gates PTN of the noise signal transfer switches M11 to M13 become high level. As a result, the reset signal (noise signal) on which the reset noise is superimposed is read out to the noise signal holding capacitors CTN1 to CTN3.
次に、ノイズ信号転送スイッチM11〜M13のゲートPTNがロウレベルに復帰する。次に、転送MOS M111〜M131のゲートPTX1がハイレベルとなり、フォトダイオードD11〜D33の光信号電荷が、増幅MOS M311〜M331のゲートに転送される。 Next, the gates PTN of the noise signal transfer switches M11 to M13 return to the low level. Next, the gate PTX1 of the transfer MOSs M111 to M131 becomes high level, and the optical signal charges of the photodiodes D11 to D33 are transferred to the gates of the amplification MOSs M311 to M331.
次に、転送MOS M111〜M131のゲートPTX1がロウレベルに復帰した後に、光信号転送スイッチM21〜M23のゲートPTSがハイレベルとなる。これによって、光信号が光信号保持容量CTS1〜CTS3に読み出される。 Next, after the gate PTX1 of the transfer MOSs M111 to M131 returns to the low level, the gates PTS of the optical signal transfer switches M21 to M23 become the high level. As a result, the optical signal is read out to the optical signal holding capacitors CTS1 to CTS3.
次に、光信号転送スイッチM21〜M23のゲートPTSがロウレベルに復帰する。ここまでの動作で、第1行目に接続された画素セルのノイズ信号と光信号が、それぞれの列に接続されたノイズ信号保持容量CTN1〜CTN3と光信号保持容量CTS1〜CTS3とに保持される。 Next, the gates PTS of the optical signal transfer switches M21 to M23 return to the low level. With the operation so far, the noise signal and the optical signal of the pixel cell connected to the first row are held in the noise signal holding capacitors CTN1 to CTN3 and the optical signal holding capacitors CTS1 to CTS3 connected to the respective columns. The
次に、リセットMOS M211〜M231のゲートPRES1および転送MOS M111〜M131のゲートPTX1がハイレベルとなり、フォトダイオードD11〜D33の光信号電荷がリセットされる。この後、水平走査回路ブロック7からの信号H1〜H3によって、各列の水平転送スイッチM41〜M46のゲートが順次ハイレベルとなる。これにより、ノイズ保持容量CTN1〜CTN3と光信号保持容量CTS1〜CTS3に保持されていた電荷量に基づいた電圧が、順次差動回路ブロック8に読み出される。差動回路ブロック8では、光信号とノイズ信号の差がとられ、出力端子OUTに画素信号が順次出力される。以上で、第1行目に接続された画素の読み出しが完了する。
Next, the gates PRES1 of the reset MOSs M211 to M231 and the gates PTX1 of the transfer MOSs M111 to M131 become high level, and the optical signal charges of the photodiodes D11 to D33 are reset. Thereafter, the signals of the horizontal transfer switches M41 to M46 in each column are sequentially set to the high level by the signals H1 to H3 from the horizontal
その後、第2行目の読み出しに先立って、ノイズ信号保持容量CTN1〜CTN3および光信号保持容量CTS1〜CTS3のリセットスイッチM31〜M36のゲートPCTRがハイレベルとなり、GNDにリセットされる。以下同様に、垂直走査回路ブロック2からの信号によって第2行目以降に接続された画素の画素信号が順次読み出され、全画素の読み出しが完了する。 Thereafter, prior to reading of the second row, the gates PCTR of the reset switches M31 to M36 of the noise signal holding capacitors CTN1 to CTN3 and the optical signal holding capacitors CTS1 to CTS3 are set to the high level and reset to GND. Similarly, pixel signals of pixels connected in the second and subsequent rows are sequentially read by signals from the vertical scanning circuit block 2, and reading of all pixels is completed.
次に、撮像素子103を逐次駆動させて撮像する通常のライブビュー撮像時における撮像装置100の読み出しシーケンスについて、図5を参照して説明する。図5は、グラフの縦軸に垂直走査位置、横軸に時間を表しており、撮像素子103全体の走査を示す図である。
Next, a readout sequence of the
図5に示すように、先ずライブビュー撮像に先立ち、撮像素子103のリセットが行われる(リセット走査位置501の画素から順次)。次いで、リセットが完了した行から事前に設定された蓄積時間504で素子を露光させる。次いで、蓄積時間504に達した信号読み出し走査位置502の画素から順に読み出しを行う。この時の読み出し方は図4を参照して説明した通常の画素の読み出し方と同じである。
As shown in FIG. 5, first, prior to live view imaging, the
また、この読み出しにかかる時間を読み出し期間505といい、1フレームの時間と読み出し期間との差分の時間をブランキング期間506といい、この間に蓄積時間等の次フレーム以降で用いるパラメータを決定する。特に撮像素子103を測光センサとした露光制御(AE)である撮像面AEを行う場合には、この期間に次フレームでの絞り、センサーゲイン、蓄積時間等の露出制御値を設定する必要がある。
The time required for this reading is called a reading period 505, and the difference between the time of one frame and the reading period is called a blanking period 506. During this period, parameters used in the subsequent frames such as the accumulation time are determined. In particular, when performing imaging surface AE that is exposure control (AE) using the
その後、前のリセットから1フレーム分の時間が経過した画素から再びリセットを行い(リセット走査位置503の画素から順次)、2フレーム目の露光を始める。ライブビュー撮像は上述したシーケンスの繰り返しとなる。 Thereafter, the reset is performed again from the pixel for which one frame has elapsed since the previous reset (sequentially from the pixel at the reset scanning position 503), and the exposure for the second frame is started. Live view imaging is a repetition of the sequence described above.
このように読み出された信号は、図1を参照して説明すると、先ずA/D変換器105によってデジタル信号に変換され、信号処理回路108を経て画像メモリ109に記録される。画像メモリ109に記録されたデータは表示回路113によって処理され、画像表示装置112によって各フレームの画像が表示(電子ビューファインダ表示(EVF表示))される。上述した処理により、撮像装置100ではライブビュー撮像が可能になる。
The signal read in this way will be described with reference to FIG. 1. First, the signal is converted into a digital signal by the A /
次に、本実施形態に係る飽和光量信号であるFD信号について、図3を参照して説明する。図3に示すように、アルミ遮光板3013の開口部を通過した光は、開口部の直下に構成されたフォトダイオードによって光電変換され、フォトダイオードのn層3004に電荷として蓄積される。
Next, an FD signal that is a saturation light amount signal according to the present embodiment will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 3, the light that has passed through the opening of the aluminum
しかし、入射光がフォトダイオードの容量を超えて入射してきた時、光電変換された電荷がフォトダイオード内に蓄積することができず、溢れ出すという現象が生じる。この溢れ出れ出した電荷(以下、余剰電荷とする)を排出することをオーバーフローと呼ぶ。このオーバーフローには主に垂直オーバーフローと横型オーバーフローが知られている。 However, when incident light enters beyond the capacity of the photodiode, a phenomenon occurs in which the photoelectrically converted charge cannot be accumulated in the photodiode and overflows. Discharging this overflowing charge (hereinafter referred to as surplus charge) is called overflow. As this overflow, vertical overflow and horizontal overflow are mainly known.
図3に例示した撮像素子103の場合、大光量が入射して過剰な信号がフォトダイオードで発生した場合に、余剰電荷は層3004からp型ウェル3002を通過してn型基板に吸収される仕組みになっている。このようなオーバーフロー構造を垂直オーバーフロー・ドレインと呼んでおり、現在の撮像素子の構造においては一般的なものになっている。
In the case of the
しかし、現実には全ての余剰電荷をこの垂直オーバーフロー・ドレインにより排出することは困難であり、一部の余剰電荷は隣接する拡散浮遊領域3007に溢れ込んでしまう。このように隣接する容量に溢れ込むことを横型オーバーフローと呼ぶ。横型オーバーフローを起こす余剰電荷の割合は、各々の撮像素子について異なるが、転送MOSトランジスタ3003のゲート電圧によりある程度制御することができる。
However, in reality, it is difficult to discharge all surplus charges by this vertical overflow / drain, and some surplus charges overflow into the adjacent
因みに、通常撮像において、横型オーバーフローにより拡散浮遊領域3007に蓄積した余剰電荷は、読み出し前にリセットされることにより通常撮像による画像には影響しない。以下、本件では、この拡散浮遊領域3007に溢れた余剰電荷を示す飽和光量信号をFD信号(FD:Floating Diffusion)と呼び、フォトダイオード内に蓄積される電荷信号(画素信号)をPD信号(PD:Photodiode)と呼ぶ。
Incidentally, in normal imaging, surplus charges accumulated in the
本実施形態は、撮像面AEに影響するフォトダイオードのダイナミックレンジの狭さを補うため、上述の横型オーバーフローによる余剰電荷を示すFD信号を撮像面AEの制御に用いるというものである。したがって、本実施形態では、撮像素子内に新たなスイッチを設ける必要がないため、製造コストを抑えることができる。また、本実施形態では、スイッチに要する分だけ受光面積が狭くなることがないため、撮像された画像への影響を抑えることもできる。 In the present embodiment, in order to compensate for the narrow dynamic range of the photodiode that affects the imaging surface AE, the FD signal indicating the surplus charge due to the lateral overflow described above is used for controlling the imaging surface AE. Therefore, in this embodiment, since it is not necessary to provide a new switch in the image sensor, the manufacturing cost can be suppressed. Further, in this embodiment, the light receiving area is not reduced by the amount required for the switch, so that the influence on the captured image can be suppressed.
次に、FD信号の読み出し方について、FD信号の読み出しのタイミングチャートを示す図6と、撮像素子103の構成を示す図2とを参照し、通常の読み出しシーケンスである図4とを比較しながら説明する。図4に示すように、通常の読み出し時は、先ずPRES1をハイレベルにして、増幅MOS M311〜M331のゲートをリッセット、つまり図3中の拡散浮遊領域3007の電位をリセットレベルに戻した。しかし、本実施形態のように拡散浮遊領域3007にオーバーフローした余剰電荷を読み出したい場合は、図4の通常読み出しのように最初にリセットしてはいけない。
Next, with respect to how to read out the FD signal, referring to FIG. 6 showing a timing chart for reading out the FD signal and FIG. 2 showing the configuration of the
つまり、FD信号を読み出す場合は、図6に示すように、フォトダイオードに蓄積された電荷の転送前であり、拡散浮遊領域3007をリセットする前に光信号転送スイッチM21〜M23のゲートPTSをハイレベルにする。これにより、ノイズ込みのFD信号が光信号保持容量CTS1〜CTS3に読み出される。
That is, when reading the FD signal, as shown in FIG. 6, before the transfer of the charge accumulated in the photodiode, the gate PTS of the optical signal transfer switches M21 to M23 is set to the high level before the
次に、光信号転送スイッチM21〜M23のゲートPTSをロウレベルに復帰する。その後PRES1をハイレベルにし、増幅MOS M311〜M331のゲートをリセットする。リセットが完了したらPRES1をロウレベルにし、次にノイズ転送スイッチM11〜M13のゲートPTNをハイレベルにする。これにより、リセット信号がノイズ信号保持容量CTN1〜CRN3に読み出される。 Next, the gates PTS of the optical signal transfer switches M21 to M23 are returned to the low level. Thereafter, PRES1 is set to high level, and the gates of the amplification MOSs M311 to M331 are reset. When the reset is completed, PRES1 is set to the low level, and then the gates PTN of the noise transfer switches M11 to M13 are set to the high level. As a result, the reset signal is read out to the noise signal holding capacitors CTN1 to CRN3.
次に、リセットMOS M211〜M231のゲートPRES1および転送MOS M111〜M131のゲートPTX1がハイレベルとなる。この後の信号の読み出しは図4で説明した通常読み出しと同様である。 Next, the gates PRES1 of the reset MOSs M211 to M231 and the gates PTX1 of the transfer MOSs M111 to M131 are set to the high level. The subsequent signal reading is the same as the normal reading described with reference to FIG.
この場合、注意すべき点として差動回路ブロック8において光信号保持容量CTS1〜CTS3に蓄積された信号成分から引かれるノイズ信号保持容量CTN1〜CRN3に蓄積されたノイズ成分には、信号成分とは異なるリセットノイズがのっている事である。また、蓄積時間中に発生した暗電流ノイズ成分が含まれていない為、通常の読み出し信号よりも出力信号のSN比が悪化する。ただ本実施形態のように、FD信号を露出制御に用いる場合は、この程度のSN比の悪化は問題になるレベルではない。 In this case, it should be noted that the noise components accumulated in the noise signal holding capacitors CTN1 to CRN3 subtracted from the signal components accumulated in the optical signal holding capacitors CTS1 to CTS3 in the differential circuit block 8 are the signal components. There is a different reset noise. Further, since the dark current noise component generated during the accumulation time is not included, the SN ratio of the output signal is worse than that of a normal read signal. However, when the FD signal is used for exposure control as in the present embodiment, this level of deterioration of the SN ratio is not a problem level.
次に、図7のフローチャートを参照して、第1の実施形態における撮像面AEを行うライブビュー撮像処理の流れを説明する。図7に示すように、制御部114の制御の下、ライブビュー撮像処理が開始されると、先ず、撮像素子103における1フレームの蓄積時間、絞り値、センサーゲイン等のAE制御パラメータを設定する(S701)。S701では、前のフレーム(この場合は第n−1フレーム)で演算されたAE制御パラメータが設定される。なお、ライブビュー撮像処理の開始直後のフレームにおいては、AE制御パラメータは予めメモリなどに設定されたデフォルトの値を用いる。
Next, a flow of live view imaging processing for performing the imaging surface AE in the first embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. As shown in FIG. 7, when live view imaging processing is started under the control of the
次いで、制御部114の制御の下、S701で設定したAE制御パラメータで撮像し、図4で説明した通常の読み出し方でPD信号を読み出す(S702)。次いで、制御部114の制御の下、S702で読み出した画像(第nフレーム)を画像表示装置112に表示させる(S703)。
Next, under the control of the
次フレーム(第n+1フレーム)では、制御部114の制御の下、図6で説明した読み出し方でFD信号を読み出す(S704)。ここで読み出したFD信号は、フォトダイオードの飽和光量を超えた光量が入射した画素しか信号を持たないので、画像表示装置112に表示すると画像が暗くなってしまう。よって、画像表示装置112に表示する画像は前フレーム(第nフレーム)のPD信号を更新せずに引き続き表示させておく。
In the next frame (the (n + 1) th frame), under the control of the
次いで、制御部114は、S702、S704で得られた信号値から、次フレームで撮像するためのAE制御パラメータを演算する(S705)。このS705におけるAE制御パラメータの演算方法については、特に限定するものではないが一例を後述する。
Next, the
次いで、制御部114は、ライブビューモードを終了するか否かを、ユーザからのモード操作の入力指示を受け付ける操作部(図示しない)の設定などから判定する(S706)。S706において終了しない場合、制御部114は、S701へ処理を戻してS705で算出したAE制御パラメータを設定する。撮像装置100では、上述したフローをライブビューモードが終了するまで続行する。
Next, the
ここで、S705におけるAE制御パラメータの演算方法の一例について、図8を参照して説明する。図8に示すように、AE制御パラメータの演算処理では、先ず、図7のS704で読み出したFD信号を解析する。そして、予め定められた所定値以上であるFD信号の画素数が、全体画素数に対して予め設定された所定の割合(全体のN%)以上(第1の値以上)であるか否かを判定する(S801)。 Here, an example of the calculation method of the AE control parameter in S705 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 8, in the calculation process of the AE control parameter, first, the FD signal read in S704 of FIG. 7 is analyzed. Whether or not the number of pixels of the FD signal that is equal to or larger than a predetermined value is equal to or larger than a predetermined ratio (N% of the total) (first value or larger) set in advance with respect to the total number of pixels. Is determined (S801).
このS801の判定により、撮像素子103の全画素から所定の割合以上の画素数がFD信号で検出された場合、撮像素子103で撮像された画像は露光オーバーな画像と判断される。したがって、制御部114は、PD信号のみから撮像された画像の輝度値を算出してAE制御パラメータを算出するのではなく、PD信号、FD信号の両信号に基づいて、適切なAE制御パラメータを算出する(S802)。AE制御パラメータは、撮像された画像の輝度値と露光に関する制御線図などに基づいて算出されるものであり、S802ではPD信号による輝度値だけでなく、FD信号による輝度値も参照して算出される。
If it is determined in S801 that the number of pixels equal to or greater than a predetermined ratio is detected from all the pixels of the
具体的には、S802においては、露光オーバーによりフォトダイオードから溢れ出したことを示すFD信号値が減り、且つ、PD信号値が暗くなり過ぎないAE制御パラメータを求めることが好ましい。例えば、FD信号値が減少するように露光期間の短縮や絞り値を大きくするとともに、その露光期間の短縮や絞り値を大きくする範囲はPD信号値が暗くなり過ぎない程度とするAE制御パラメータを求める。なお、FD信号値が減少するように露光期間の短縮や絞り値を大きくする度合いは、FD信号値の大きさに応じるだけでなく、予め定められた所定値以上であるFD信号の画素の割合に応じてもよい。例えば、所定値以上であるFD信号の画素の割合が大きい程、露光期間の短縮や絞り値をより大きくしてもよい。 Specifically, in S802, it is preferable to obtain an AE control parameter in which the FD signal value indicating that the photodiode overflows due to overexposure decreases and the PD signal value does not become too dark. For example, the AE control parameter is set such that the exposure period is shortened and the aperture value is increased so that the FD signal value is decreased, and the range in which the exposure period is shortened and the aperture value is increased is such that the PD signal value does not become too dark. Ask. The degree of shortening the exposure period and increasing the aperture value so that the FD signal value is decreased not only depends on the magnitude of the FD signal value but also the ratio of pixels of the FD signal that are equal to or greater than a predetermined value. You may respond. For example, the exposure period may be shortened or the aperture value may be increased as the proportion of pixels of the FD signal that is equal to or greater than a predetermined value is greater.
一方で、S801の判定により、撮像素子103の全画素から所定の割合以上の画素数がFD信号から検出されなかった場合、撮像素子103で撮像された画像は露光オーバーな画像である可能性は少ないと判断される。したがって、制御部114は、通常のAE制御パラメータの演算方法と同様に、PD信号から撮像された画像の輝度値を算出してAE制御パラメータを演算する(S803)。
On the other hand, if the number of pixels equal to or greater than a predetermined ratio is not detected from the FD signal from all the pixels of the
上述した処理を行うことにより、撮像装置100では、PD信号とFD信号とに基づいてAE制御パラメータを算出するため、PD信号のみでは適正なAE制御パラメータの算出が困難な露光オーバーの状態であっても適切なAE制御パラメータを取得できる。このため、特にライブビュー撮像中に急に明るいシーンに変化した場合において、適正露光に制御するまでの時間が大幅に短縮されることとなる。また、撮像装置100では、撮像素子103の全画素において、光電変換された信号電荷が飽和して溢れ出してしまう画素が所定の割合以上である場合に、FD信号を含めたAE制御パラメータの算出が行われる。したがって、PD信号のみでは適正なAE制御パラメータの算出が困難な露光オーバーの状態の時のみ、FD信号を含めたAE制御パラメータの算出が行われることとなる。
By performing the processing described above, the
なお、本実施形態では、PD信号を読んだ次のフレームで必ずFD信号を読んでおり、FD信号を読みだしているフレームでは画像表示装置112の画像が更新されないこととなる。このため、読み出し処理や表示処理が高速でない場合は画像表示装置112に表示される画像が不自然になる可能性がある。しかしながら、FD信号を読み出すフレームについては、PD信号を読んだ次のフレームに限定しない。例えば、通常はPD信号のみを読みだしておき、PD信号の飽和画素が所定の割合を超えた時のみ、次のフレームでFD信号を読み出すようにしてもよい。
In the present embodiment, the FD signal is always read in the next frame after reading the PD signal, and the image of the
[第2の実施形態]
次に、FD信号の読み出し方法が第1の実施形態と異なる第2の実施形態について説明する。なお、第2の実施形態では、第1の実施形態と異なる部分についてのみを説明し、図1〜図3を参照して説明した撮像装置100の構成など、第1の実施形態と同様の部分については説明を割愛する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment in which the FD signal readout method is different from the first embodiment will be described. In the second embodiment, only parts different from those in the first embodiment will be described, and the same parts as those in the first embodiment such as the configuration of the
第2の実施形態に係るFD信号の読み出し方法は、PD信号とFD信号を撮像素子103内で混合(合成)させて読み出すというものである。このような読み出し方法で行うと、PD信号とFD信号を合成して読み出せるので、AE制御パラメータの演算を一気に行うことができるというメリットがある。さらに、AE制御パラメータの演算に用いるPD信号とFD信号のタイムラグが無くなるので、更に精度良く露光制御を行うことができる。この第2の実施形態に係るPD信号とFD信号との合成信号の読み出し方について、その合成信号の読み出しのタイミングチャートを示す図9と、撮像素子103の構成を示す図2とを参照して説明する。
The reading method of the FD signal according to the second embodiment is to read by mixing (synthesizing) the PD signal and the FD signal in the
先ず、図9に示すように、転送MOS M111〜M131のゲートPTX1をハイレベルにしてPD信号とFD信号とを合成する。そして、PTX1はハイレベルのまま光信号転送スイッチM21〜M23のゲートPTSをハイレベルにして合成された信号を光信号保持容量CTS1〜CTS3に読み出す。 First, as shown in FIG. 9, the gate PTX1 of the transfer MOSs M111 to M131 is set to the high level to synthesize the PD signal and the FD signal. Then, the signal PTX1 is read out to the optical signal holding capacitors CTS1 to CTS3 with the gates PTS of the optical signal transfer switches M21 to M23 being set to the high level with the high level maintained.
次いで、PTSをロウレベルに戻した後、リセット信号であるPRES1をハイレベルにして、リセット電位に戻す。リセットが完了した後、ノイズ転送スイッチM11〜M13のゲートPTNをハイレベルにし、リセット信号をノイズ信号保持容量CTN1〜CRN3に読み出す。その後、PTNをロウレベルに戻した後、転送MOS M111〜M131のゲートPTX1をロウレベルに戻す。その後の処理は、第1の実施形態において図6を用いて説明したFD信号の読み出しと同様である。 Next, after returning the PTS to the low level, the reset signal PRES1 is set to the high level to return to the reset potential. After the reset is completed, the gates PTN of the noise transfer switches M11 to M13 are set to the high level, and the reset signal is read out to the noise signal holding capacitors CTN1 to CRN3. Thereafter, after PTN is returned to the low level, the gates PTX1 of the transfer MOSs M111 to M131 are returned to the low level. The subsequent processing is the same as the reading of the FD signal described with reference to FIG. 6 in the first embodiment.
この読み出し方で注意しなければならないことは、転送ゲートPTX1をハイレベルのまま信号を読み出すことにより、見かけのFDの容量が増えてしまい、その結果出力電圧が下がってしまうとういう問題が発生することである。つまり、読み出した電圧に対して、電圧降下部分を信号処理時に補償しなければならない。もう一点注意しなければならないことは、この読み方ではFD信号とPD信号を合成して読み出しているが、PD信号とFD信号とで感度が異なっているということである。つまり、AE制御パラメータを演算するにあたっては、FD信号部分に相当する所定の値以上の高輝度信号に対して、その点を考慮した演算を行う必要があるということである。 What should be noted in this reading method is that a signal is read while the transfer gate PTX1 is at a high level, thereby increasing the apparent capacity of the FD, resulting in a problem that the output voltage decreases. That is. That is, with respect to the read voltage, the voltage drop portion must be compensated during signal processing. Another point to be noted is that in this reading, the FD signal and the PD signal are combined and read out, but the sensitivity differs between the PD signal and the FD signal. That is, when calculating the AE control parameter, it is necessary to perform an operation in consideration of that point for a high-intensity signal of a predetermined value or more corresponding to the FD signal portion.
次に、図10のフローチャートを参照して、第2の実施形態における撮像面AEを行うライブビュー撮像処理の流れを説明する。図10に示すように、制御部114の制御の下、ライブビュー撮像処理が開始されると、先ず、前のフレーム(この場合は第n−1フレーム)で演算されたAE制御パラメータを設定する(S1001)。なお、S1001において、処理開始時における最初のフレームは所定のデフォルト値を設定する。
Next, a flow of live view imaging processing for performing the imaging surface AE in the second embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. As shown in FIG. 10, when the live view imaging process is started under the control of the
次いで、制御部114の制御の下、S1001で設定したAE制御パラメータで撮像し、撮像した第nフレームのPD信号の読み出し(通常読み出し)を行う(S1002)。次に、制御部114は、S1002で読み出したPD信号を解析する。そして、PD信号値が所定の値(飽和信号とみなせる値)以上である飽和画素の数が、全体画素数に対して予め設定された所定の割合(N%)以上(第2の値以上)あるか否かを判定する(S1003)。
Next, under the control of the
S1003において、飽和画素数が所定の割合(N%)以上であった場合には、次のフレーム(第n+1フレーム)にて、図9を参照して説明した読み出し方法によりPD信号とFD信号を合成した信号を読み出す(S1004)。そして、制御部114は、読み出した合成信号からAE制御パラメータを演算する(S1005)。なお、前述したとおり、このAE制御パラメータの演算時には、電圧降下分と感度変化分を考慮した演算が行われる。
In S1003, if the number of saturated pixels is equal to or greater than a predetermined ratio (N%), the PD signal and the FD signal are output by the readout method described with reference to FIG. 9 in the next frame (the (n + 1) th frame). The synthesized signal is read out (S1004). Then, the
また、上述した理由により合成信号を画像表示装置112に表示してしまうと不自然な画像になってしまう為、制御部114の制御の下、画像表示装置112には前フレーム(第nフレーム)の画像を表示する(S1006)。
Further, if the composite signal is displayed on the
一方、S1003において、飽和画素数が所定の割合未満であった場合は、制御部114の制御の下、次のフレーム(第n+1フレーム)にて、通常どおりにPD信号の読み出しを行う(S1007)。次いで、制御部114はAE制御パラメータの演算を通常どおりに行う(S1008)。この場合は、制御部114の制御の下、S1007で読み出されたPD信号による第n+1フレームの画像が画像表示装置112に表示されることとなる(S1009)。
On the other hand, if the number of saturated pixels is less than the predetermined ratio in S1003, under the control of the
S1009又はS1006が終了した後、制御部114は、ライブビューモードを終了するか否かを判定し(S1010)、終了する場合は処理をライブビュー撮像処理を終了する。また、S1010においてライブビューモードを終了せずに継続する場合は、S1001へ処理を戻して、S1008又はS1005で演算したAE制御パラメータを設定する。撮像装置100では、上述したフローをライブビューモードが終了するまで続行する。
After S1009 or S1006 ends, the
以上のとおり、第2の実施形態では、PD信号とFD信号との合成信号によりAE制御パラメータを算出するため、PD信号のみでは適正なAE制御パラメータの算出が困難な露光オーバーの状態であっても適切なAE制御パラメータを取得できる。このため、ライブビュー撮像中に急に明るいシーンに変化した場合において、適正露光に制御するまでの時間が大幅に短縮されることとなる。また、第2の実施形態では、同一フレームのPD信号とFD信号とを合成した信号によりAE制御パラメータを算出するため、第1の実施形態では存在したPD信号とFD信号との取得時刻の差が存在しない。よって、より信頼性の高いAE制御パラメータの算出が可能となる。 As described above, in the second embodiment, since the AE control parameter is calculated from the combined signal of the PD signal and the FD signal, it is an overexposure state in which it is difficult to calculate an appropriate AE control parameter using only the PD signal. Can also acquire appropriate AE control parameters. For this reason, when the scene suddenly changes to a bright scene during live view imaging, the time until control for proper exposure is significantly shortened. In the second embodiment, since the AE control parameter is calculated from a signal obtained by synthesizing the PD signal and the FD signal of the same frame, the difference in acquisition time between the PD signal and the FD signal that existed in the first embodiment. Does not exist. Therefore, it is possible to calculate the AE control parameter with higher reliability.
また、第2の実施形態では、nフレーム目で各画素のPD信号を読み出し、全画素数に対する、PD信号の値が飽和した状態を示す画素数の割合が、予め設定された所定値(第2の値)以上であるか否かを判定している。この判定の結果、その割合が所定値以上である場合、すなわち、急に明るいシーンに変化した場合には、n+1フレーム目で各画素の合成信号を読み出してAE制御パラメータの算出し、余剰信号の値を露光制御に用いるようにしている。また、上記判定において所定値未満である場合は、n+1フレーム目でも各画素のPD信号を読み出して通常の露光制御とフレーム画像の表示を行っており、シーン変化がない場合には逐次表示する画像に影響が無いようにしている。 In the second embodiment, the PD signal of each pixel is read out in the nth frame, and the ratio of the number of pixels indicating the state in which the value of the PD signal is saturated to the total number of pixels is set to a predetermined value (first number). 2) or more. As a result of this determination, when the ratio is equal to or higher than a predetermined value, that is, when the scene suddenly changes to a bright scene, the composite signal of each pixel is read out at the (n + 1) th frame, and the AE control parameter is calculated. The value is used for exposure control. Further, if it is less than the predetermined value in the above determination, the PD signal of each pixel is read out even in the (n + 1) th frame, and normal exposure control and frame image display are performed. There is no influence on the.
なお、上述した実施の形態における記述は、一例を示すものであり、これに限定するものではない。上述した実施の形態における構成及び動作に関しては、適宜変更が可能である。 Note that the description in the above-described embodiment shows an example, and the present invention is not limited to this. The configuration and operation in the embodiment described above can be changed as appropriate.
(他の実施形態)
上述の実施形態は、システム或は装置のコンピュータ(或いはCPU、MPU等)によりソフトウェア的に実現することも可能である。従って、上述の実施形態をコンピュータで実現するために、該コンピュータに供給されるコンピュータプログラム自体も本発明を実現するものである。つまり、上述の実施形態の機能を実現するためのコンピュータプログラム自体も本発明の一つである。
(Other embodiments)
The above-described embodiment can also be realized in software by a computer of a system or apparatus (or CPU, MPU, etc.). Therefore, the computer program itself supplied to the computer in order to implement the above-described embodiment by the computer also realizes the present invention. That is, the computer program itself for realizing the functions of the above-described embodiments is also one aspect of the present invention.
なお、上述の実施形態を実現するためのコンピュータプログラムは、コンピュータで読み取り可能であれば、どのような形態であってもよい。例えば、オブジェクトコード、インタプリタにより実行されるプログラム、OSに供給するスクリプトデータ等で構成することができるが、これらに限るものではない。上述の実施形態を実現するためのコンピュータプログラムは、記憶媒体又は有線/無線通信によりコンピュータに供給される。プログラムを供給するための記憶媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ等の磁気記憶媒体、MO、CD、DVD等の光/光磁気記憶媒体、不揮発性の半導体メモリなどがある。 The computer program for realizing the above-described embodiment may be in any form as long as it can be read by a computer. For example, it can be composed of object code, a program executed by an interpreter, script data supplied to the OS, but is not limited thereto. A computer program for realizing the above-described embodiment is supplied to a computer via a storage medium or wired / wireless communication. Examples of the storage medium for supplying the program include a magnetic storage medium such as a flexible disk, a hard disk, and a magnetic tape, an optical / magneto-optical storage medium such as an MO, CD, and DVD, and a nonvolatile semiconductor memory.
有線/無線通信を用いたコンピュータプログラムの供給方法としては、コンピュータネットワーク上のサーバを利用する方法がある。この場合、本発明を形成するコンピュータプログラムとなりうるデータファイル(プログラムファイル)をサーバに記憶しておく。プログラムファイルとしては、実行形式のものであっても、ソースコードであっても良い。そして、このサーバにアクセスしたクライアントコンピュータに、プログラムファイルをダウンロードすることによって供給する。この場合、プログラムファイルを複数のセグメントファイルに分割し、セグメントファイルを異なるサーバに分散して配置することも可能である。つまり、上述の実施形態を実現するためのプログラムファイルをクライアントコンピュータに提供するサーバ装置も本発明の一つである。 As a computer program supply method using wired / wireless communication, there is a method of using a server on a computer network. In this case, a data file (program file) that can be a computer program forming the present invention is stored in the server. The program file may be an executable format or a source code. Then, the program file is supplied by downloading to a client computer that has accessed the server. In this case, the program file can be divided into a plurality of segment files, and the segment files can be distributed and arranged on different servers. That is, a server apparatus that provides a client computer with a program file for realizing the above-described embodiment is also one aspect of the present invention.
また、上述の実施形態を実現するためのコンピュータプログラムを暗号化して格納した記憶媒体を配布し、所定の条件を満たしたユーザに、暗号化を解く鍵情報を供給し、ユーザの有するコンピュータへのインストールを許可してもよい。鍵情報は、例えばインターネットを介してホームページからダウンロードさせることによって供給することができる。また、上述の実施形態を実現するためのコンピュータプログラムは、すでにコンピュータ上で稼働するOSの機能を利用するものであってもよい。さらに、上述の実施形態を実現するためのコンピュータプログラムは、その一部をコンピュータに装着される拡張ボード等のファームウェアで構成してもよいし、拡張ボード等が備えるCPUで実行するようにしてもよい。 In addition, a storage medium in which the computer program for realizing the above-described embodiment is encrypted and distributed is distributed, and key information for decrypting is supplied to a user who satisfies a predetermined condition, and the user's computer Installation may be allowed. The key information can be supplied by being downloaded from a homepage via the Internet, for example. Further, the computer program for realizing the above-described embodiment may use an OS function already running on the computer. Further, a part of the computer program for realizing the above-described embodiment may be configured by firmware such as an expansion board attached to the computer, or may be executed by a CPU provided in the expansion board. Good.
Claims (6)
前記撮像手段の駆動を制御するとともに、前記複数の画素から出力された画素信号の値に基づいて露光制御を行う制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記光電変換部が蓄積した電荷の前記保持部への転送前に、当該光電変換部から溢れて前記保持部に保持された余剰電荷の電荷量に基づいた余剰信号を取得し、前記撮像手段の全画素数に対する、前記余剰信号を出力する画素数の割合が、予め設定された第1の値以上である場合に、前記画素信号及び前記余剰信号の値に基づいて前記露光制御を行うことを特徴とする撮像装置。 It has a photoelectric conversion unit that generates electric charge according to the amount of received light and accumulates the generated electric charge, and a holding unit that holds the accumulated electric charge transferred from the photoelectric conversion unit, and holds it in the holding unit Imaging means in which a plurality of pixels that output a pixel signal based on the amount of electric charges that are arranged,
Control means for controlling the driving of the imaging means and performing exposure control based on the values of pixel signals output from the plurality of pixels;
With
The control unit obtains a surplus signal based on a charge amount of surplus charge overflowing from the photoelectric conversion unit and held in the holding unit before transferring the charge accumulated in the photoelectric conversion unit to the holding unit. When the ratio of the number of pixels that output the surplus signal to the total number of pixels of the imaging means is equal to or greater than a preset first value, the exposure is performed based on the value of the pixel signal and the surplus signal. An imaging apparatus characterized by performing control.
前記撮像手段の駆動を制御するとともに、前記複数の画素から出力された画素信号の値に基づいて露光制御を行う制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記光電変換部が蓄積した電荷の前記保持部への転送前に、当該光電変換部から溢れて前記保持部に保持された余剰電荷の電荷量に基づいた余剰信号を取得し、前記撮像手段の全画素数に対する、前記光電変換部が飽和した状態を示す値を示す画素信号を出力した画素数の割合が、予め設定された第2の値以上である場合に、前記画素信号及び前記余剰信号の値に基づいて前記露光制御を行うことを特徴とする撮像装置。 It has a photoelectric conversion unit that generates electric charge according to the amount of received light and accumulates the generated electric charge, and a holding unit that holds the accumulated electric charge transferred from the photoelectric conversion unit, and holds it in the holding unit Imaging means in which a plurality of pixels that output a pixel signal based on the amount of electric charges that are arranged,
Control means for controlling the driving of the imaging means and performing exposure control based on the values of pixel signals output from the plurality of pixels;
With
The control unit obtains a surplus signal based on a charge amount of surplus charge overflowing from the photoelectric conversion unit and held in the holding unit before transferring the charge accumulated in the photoelectric conversion unit to the holding unit. When the ratio of the number of pixels that output a pixel signal indicating a value indicating the saturated state of the photoelectric conversion unit to the total number of pixels of the imaging unit is equal to or greater than a second value set in advance, the pixel features and to that imaging device that performs the exposure control on the basis of the value of the signal and the surplus signal.
制御手段が、前記撮像手段の駆動を制御するとともに、前記複数の画素から出力された画素信号の値に基づいて露光制御を行う制御工程を含み、
前記制御工程は、前記光電変換部が蓄積した電荷の前記保持部への転送前に、当該光電変換部から溢れて当該保持部に保持された余剰電荷の電荷量に基づいた余剰信号を取得し、前記撮像手段の全画素数に対する、前記余剰信号を出力する画素数の割合が、予め設定された第1の値以上である場合に、前記画素信号及び前記余剰信号の値に基づいて前記露光制御を行うことを特徴とする撮像装置の制御方法。 It has a photoelectric conversion unit that generates electric charge according to the amount of received light and accumulates the generated electric charge, and a holding unit that holds the accumulated electric charge transferred from the photoelectric conversion unit, and holds it in the holding unit An image pickup apparatus control method comprising an image pickup unit in which a plurality of pixels that output a pixel signal based on the amount of electric charges are arranged,
The control means includes a control step of controlling the driving of the imaging means and performing exposure control based on pixel signal values output from the plurality of pixels,
The control step acquires a surplus signal based on a charge amount of surplus charges overflowing from the photoelectric conversion unit and held in the holding unit before transferring the charge accumulated in the photoelectric conversion unit to the holding unit. When the ratio of the number of pixels that output the surplus signal to the total number of pixels of the imaging means is equal to or greater than a preset first value, the exposure is performed based on the value of the pixel signal and the surplus signal. A control method for an imaging apparatus, characterized by performing control.
制御手段が、前記撮像手段の駆動を制御するとともに、前記複数の画素から出力された画素信号の値に基づいて露光制御を行う制御工程を含み、 The control means includes a control step of controlling the driving of the imaging means and performing exposure control based on pixel signal values output from the plurality of pixels,
前記制御工程は、前記光電変換部が蓄積した電荷の前記保持部への転送前に、当該光電変換部から溢れて当該保持部に保持された余剰電荷の電荷量に基づいた余剰信号を取得し、前記撮像手段の全画素数に対する、前記光電変換部が飽和した状態を示す値を示す画素信号を出力した画素数の割合が、予め設定された第2の値以上である場合に、前記画素信号及び前記余剰信号の値に基づいて前記露光制御を行うことを特徴とする撮像装置の制御方法。 The control step acquires a surplus signal based on a charge amount of surplus charges overflowing from the photoelectric conversion unit and held in the holding unit before transferring the charge accumulated in the photoelectric conversion unit to the holding unit. When the ratio of the number of pixels that output a pixel signal indicating a value indicating the saturated state of the photoelectric conversion unit to the total number of pixels of the imaging unit is equal to or greater than a second value set in advance, the pixel A control method for an imaging apparatus, wherein the exposure control is performed based on a signal and a value of the surplus signal.
前記撮像装置を用いて得られた画像データを表示する表示手段と、
前記画像データを記録媒体に記録する記録手段と、
を備えることを特徴とするカメラ。 The imaging apparatus according to any one of claims 1 to 3 ,
Display means for displaying image data obtained using the imaging device;
Recording means for recording the image data on a recording medium;
A camera comprising:
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