(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学像を電子情報に変換する撮像素子を有し、該撮像素子を用いて被写体像を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段における前記撮像素子の温度を計測する温度計測手段と、
前記撮像素子の温度とそれに対応するシャッタ秒時の制限値とを定めたシャッタ秒時リミットテーブルを記憶するテーブル記憶手段と、
撮影時に、前記温度計測手段により計測した前記撮像素子の温度に基づき、前記テーブル記憶手段の前記シャッタ秒時リミットテーブルを参照して、前記撮像素子の温度に対応するシャッタ秒時の制限値を取得し、シャッタ秒時を制限する秒時制御手段と、
前記撮像手段により順次撮像された画像を加算する加算手段を有し、
前記秒時制御手段は、前記シャッタ秒時リミットテーブルに基づくシャッタ秒時の制限値を超える秒時の撮影に際して、前記撮像手段により前記シャッタ秒時の制限値に基づいて順次撮像された画像を前記加算手段にて加算して撮影画像を生成する手段と、前記シャッタ秒時の制限値に基づく順次撮像に際し、撮像フレーム毎に前記撮像素子の温度情報を取得し、それに対応するシャッタ秒時の制限値を用いて撮像して前記加算手段による加算に供する手段と、を含むことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記テーブル記憶手段の前記シャッタ秒時リミットテーブルは、前記撮像素子の温度に対応する前記撮像素子の欠陥画素およびブルーミングの発生データに基づいて、シャッタ秒時の制限値をテーブル化したものであることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記撮像素子は、
裏面照射型ＣＭＯＳイメージセンサを含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被写体像を撮像する、いわゆるディジタルカメラ等の撮像装置に係り、特に撮像素子におけるブルーミングによる影響を効果的に低減する撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光学像を電子情報に変換する撮像素子を用いて被写体像を撮像して被写体のディジタル画像データを得る、いわゆるディジタルカメラ等の撮像装置が広く普及している。この種の撮像装置には、一般にＣＭＯＳ（相補型金属酸化物半導体）撮像素子およびＣＣＤ（電荷結合素子）撮像素子等の固体撮像素子が用いられるが、高感度化や高解像度化が要求されるため、例えば、特許文献１（特開２００５−１３００４５号）および特許文献２（特開２００９‐２１８８９５号）等に示されるように、様々な工夫がなされている。
すなわち、特許文献１（特開２００５−１３００４５号）には、固体撮像素子の暗電流から固体撮像素子の内部温度を推察し、この固体撮像素子温度に応じて画像処理を適切に変更する技術が開示されている。
また、特許文献２（特開２００９‐２１８８９５号）には、撮像装置において、異なる露光量の２つ以上の画像を合成することによって、ダイナミックレンジの拡大を行うようにする技術が開示されている。
さらに、近年において、固体撮像素子は、さらなる高感度化の要求に対して様々な技術が開発されている。例えば高感度化の一例として、ＣＭＯＳ撮像素子として用いられるＣＭＯＳイメージセンサにおける裏面照射技術が挙げられる。
【０００３】
すなわち、図７には、表面照射型ＣＭＯＳイメージセンサと裏面照射型ＣＭＯＳイメージセンサの模式的な断面構造を示しており、（ａ）は表面照射型ＣＭＯＳイメージセンサの模式的断面図、そして（ｂ）は裏面照射型ＣＭＯＳイメージセンサの模式的断面図である。
図７（ａ）に示す従来の表面照射技術によるＣＭＯＳイメージセンサ構造においては、フォトダイオード層ＰＤの上に配線層ＣＬを設けていたためフォトダイオード層ＰＤがデバイスの深層に位置していた。このことは、光の入射角に制約が生じて、集光効率が悪くなっていただけでなく、配線層ＣＬに入射光ＩＬが反射し隣接画素に進入して混色を起す原因にもなっていた。
これらの問題に対して、図７（ｂ）に示す裏面照射技術によるＣＭＯＳイメージセンサ構造は、フォトダイオード層ＰＤを配線層ＣＬより上層に位置させることで、問題を解決している。その一方で、裏面照射型のＣＭＯＳイメージセンサには、裏面照射技術による新たな問題も発生している。
【０００４】
その一つがブルーミングである。ブルーミングは、１つの画素の電荷が飽和したときに隣接画素に溢れ出す現象であり、従来の表面照射型のＣＭＯＳイメージセンサにおいても発生していた。従来の表面照射型のＣＭＯＳイメージセンサの場合には、フォトダイオードＰＤの下層にある半導体基板（図示していない）に飽和電荷を排出させることによって、隣接画素への漏出の発生を軽減させていた。ところが、裏面照射型ＣＭＯＳイメージセンサにおいては、フォトダイオードＰＤの下層が配線層ＣＬであるために、溢れた電荷の抜け場所がなく、隣接画素に漏れ込んでしまうことで現象が悪化している。
例えば、高温度下での撮影や長秒時撮影では、主として環境温度やシャッタ秒時の長さに起因する熱に基づく暗電流により、撮像素子であるＣＭＯＳイメージセンサの欠陥画素が成長して欠陥画素の電荷が隣接画素に溢れ、さらには隣接画素の電荷もさらなる隣接画素に溢れるなどして、最終的には欠陥画素を中心に複数画素にわたる大きな欠陥となって、被写体情報を失うことになる。
通常の１画素の欠陥画素ならば、周辺画素と置き換えるなどの補正処理で補正可能である。しかしながら、複数画素にわたる大きな欠陥では、ある程度の補正は可能であるものの、広い範囲で被写体情報を失っているために、補正後の画像には不自然さが生じてしまうこととなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、例えば裏面照射型のＣＭＯＳイメージセンサ等を撮像素子として用いた撮像装置における長秒時撮影では、主としてシャッタ秒時の長さに基いて撮像素子が発熱し、この熱に起因して暗電流による電荷蓄積に基づくブルーミングが発生し易く、さらに環境温度が高温度である場合には、この現象がさらに助長される。この現象は、主として撮像素子の熱に基づく暗電流に起因しており、シャッタ秒時に強く依存していると考えられる。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、撮像素子の温度上昇に起因するブルーミングによる欠陥の発生を制限し、大きなノイズを発生させることなく撮影を行うことを可能とする撮像装置を提供することを目的としている。
本発明の請求項１の第１の目的は、特に、撮像素子の温度に依存するノイズが発生しないように撮像動作を制限し、ノイズの発生を効果的に抑制することを可能とし、第２の目的は、長時間露光が必要な場合にも、ノイズの発生を抑制して、しかも急激温度変動があっても適正な明るさで撮像することを可能とする撮像装置を提供することにある。
本発明の請求項２の目的は、特に、欠陥画素およびブルーミングの発生を効果的に制限して、ノイズの発生を抑制することを可能とする撮像装置を提供することにある。
【０００６】
本発明の請求項３の目的は、特に、高感度で、しかも欠陥画素およびブルーミングの発生を効果的に防止することを可能とする撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載した本発明に係る撮像装置は、上述した目的を達成するために、
光学像を電子情報に変換する撮像素子を有し、該撮像素子を用いて被写体像を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段における前記撮像素子の温度を計測する温度計測手段と、
前記撮像素子の温度とそれに対応するシャッタ秒時の制限値とを定めたシャッタ秒時リミットテーブルを記憶するテーブル記憶手段と、
撮影時に、前記温度計測手段により計測した前記撮像素子の温度に基づき、前記テーブル記憶手段の前記シャッタ秒時リミットテーブルを参照して、前記撮像素子の温度に対応するシャッタ秒時の制限値を取得し、シャッタ秒時を制限する秒時制御手段と、
前記撮像手段により順次撮像された画像を加算する加算手段を有し、
前記秒時制御手段は、前記シャッタ秒時リミットテーブルに基づくシャッタ秒時の制限値を超える秒時の撮影に際して、前記撮像手段により前記シャッタ秒時の制限値に基づいて順次撮像された画像を前記加算手段にて加算して撮影画像を生成する手段と、前記シャッタ秒時の制限値に基づく順次撮像に際し、撮像フレーム毎に前記撮像素子の温度情報を取得し、それに対応するシャッタ秒時の制限値を用いて撮像して前記加算手段による加算に供する手段と、を含むことを特徴としている。
請求項２に記載した本発明に係る撮像装置は、請求項１の撮像装置であって、
前記テーブル記憶手段の前記シャッタ秒時リミットテーブルは、前記撮像素子の温度に対応する前記撮像素子の欠陥画素およびブルーミングの発生データに基づいて、シャッタ秒時の制限値をテーブル化したものであることを特徴としている。
【０００９】
請求項３に記載した本発明に係る撮像装置は、請求項１または請求項２の撮像装置であって、
前記撮像素子は、
裏面照射型ＣＭＯＳイメージセンサを含むことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、撮像素子の温度上昇に起因するブルーミングによる欠陥の発生を制限し、大きなノイズを発生させることなく撮影を行うことが可能な撮像装置を提供することができる。
すなわち本発明の請求項１の撮像装置によれば、
光学像を電子情報に変換する撮像素子を有し、該撮像素子を用いて被写体像を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段における前記撮像素子の温度を計測する温度計測手段と、
前記撮像素子の温度とそれに対応するシャッタ秒時の制限値とを定めたシャッタ秒時リミットテーブルを記憶するテーブル記憶手段と、
撮影時に、前記温度計測手段により計測した前記撮像素子の温度に基づき、前記テーブル記憶手段の前記シャッタ秒時リミットテーブルを参照して、前記撮像素子の温度に対応するシャッタ秒時の制限値を取得し、シャッタ秒時を制限する秒時制御手段と、
前記撮像手段により順次撮像された画像を加算する加算手段を有し、
前記秒時制御手段は、前記シャッタ秒時リミットテーブルに基づくシャッタ秒時の制限値を超える秒時の撮影に際して、前記撮像手段により前記シャッタ秒時の制限値に基づいて順次撮像された画像を前記加算手段にて加算して撮影画像を生成する手段と、前記シャッタ秒時の制限値に基づく順次撮像に際し、撮像フレーム毎に前記撮像素子の温度情報を取得し、それに対応するシャッタ秒時の制限値を用いて撮像して前記加算手段による加算に供する手段と、を含むことにより、
特に、撮像素子の温度に依存するノイズが発生しないように温度に依存した撮像素子のノイズを発生させる前に撮像動作を終了させて、ノイズの発生を効果的に抑制することが可能となると共に、長時間露光が必要な場合にも、ノイズの発生を抑制して、しかも急激な温度変動があっても適正な明るさで撮像することが可能となる。
【００１１】
本発明の請求項２の撮像装置によれば、請求項１の撮像装置において、
前記テーブル記憶手段の前記シャッタ秒時リミットテーブルは、前記撮像素子の温度に対応する前記撮像素子の欠陥画素およびブルーミングの発生データに基づいて、シャッタ秒時の制限値をテーブル化したものであることにより、
特に、欠陥画素およびブルーミングの発生を効果的に制限して、ノイズの発生を抑制することで撮影画質の向上が可能となる。
【００１３】
本発明の請求項３の撮像装置によれば、請求項１または請求項２の撮像装置において、
前記撮像素子は、
裏面照射型ＣＭＯＳイメージセンサを含むことにより、
特に、高感度で、しかも欠陥画素およびブルーミングの発生を効果的に防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一つの実施の形態に係る撮像装置としてのディジタルカメラのシステム構成を模式的に示すブロック図である。
【図２】図１のディジタルカメラの模式的な外観構成を上方から見た平面図である。
【図３】図１のディジタルカメラの模式的な外観構成を正面被写体側から見た正面図である。
【図４】図１のディジタルカメラの模式的な外観構成を背面撮影者側から見た背面図である。
【図５】図１のディジタルカメラの撮像動作の流れを示すフローチャートである。
【図６】図１のディジタルカメラに用いるシャッタ秒時リミットテーブルの一例を示す図であり、（ａ）はテーブルの内容を示す図表、そして（ｂ）はテーブルの値をグラフ化して示しているグラフである。
【図７】ＣＭＯＳイメージセンサの断面構造を模式的に示しており、（ａ）は在来の表面照射型のＣＭＯＳイメージセンサを示す模式的断面図、そして（ｂ）は近年用いられるようになった背面照射型のＣＭＯＳイメージセンサを示す模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る実施の形態に基づき、図面を参照して本発明の撮像装置を詳細に説明する。
以下の実施の形態においては、撮像装置としてのディジタルカメラの実施の形態について説明を行うが、本発明は、これに限定されるものではなく、カメラ機能を持つ電子機器、あるいは撮像装置に係る画像を処理するための画像処理ＩＣ（集積回路）および画像処理ソフトウェアなどの画像処理全般に適用することが可能である。
図１〜図４は、本発明の一つの実施の形態に係る撮像装置としてのディジタルカメラの模式的な構成を示している。図１は、本発明の一つの実施の形態に係る撮像装置としてのディジタルカメラのシステム構成を模式的に示すブロック図である。図２は、図１のディジタルカメラの模式的な外観構成を上方から見た平面図、図３は、図１のディジタルカメラの模式的な外観構成を正面被写体側から見た正面図、そして図４は、図１のディジタルカメラの模式的な外観構成を背面撮影者側から見た背面図である。
【００１６】
図１〜図４に示すディジタルカメラは、その外観を図２〜図４に示したように、サブ液晶ディスプレイ（サブＬＣＤ）１、レリーズボタン２、ストロボ発光部３、モード切り換えダイヤル４、測距ユニット５、リモートコントロール受光部（リモコン受光部）６、鏡胴ユニット７、オートフォーカス表示発光ダイオード（ＡＦ表示ＬＥＤ）８、ストロボ表示発光ダイオード（ストロボ表示ＬＥＤ）９、液晶ディスプレイモニタ（ＬＣＤモニタ）１０、光学ファインダ１１、ズームボタン１２、電源スイッチ１３、操作ボタン群１４、メモリカードスロット１２１を主にカメラボディ１５に具備している。
さらに、図１〜図４に示すディジタルカメラは、図１に主として電子的な制御に係るシステム構成を示すように、操作部１０１、ＣＭＯＳ（相補型金属酸化物半導体）イメージセンサ１０２、ＳＤＲＡＭ（シンクロナスダイナミックランダムアクセスメモリ）１０３、カメラプロセッサ１０４、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）１０７、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）１０８、サブプロセッサ１０９、サブＬＣＤドライバ１１１、ブザー１１３、ストロボ回路１１４、音声記録ユニット１１５、音声再生ユニット１１６、ＬＣＤモニタドライバ１１７、ビデオアンプ（ビデオ増幅器）１１８、ビデオジャック１１９、内蔵メモリ１２０、メモリカードスロット１２１、ＵＳＢ（ユニバーサルシリアルバス）コネクタ１２２、シリアルドライバ回路１２３−１、ＲＳ−２３２Ｃコネクタ１２３−２および温度センサ１２４、を具備している。また、鏡胴ユニット７は、ズーム機構７−１、フォーカス機構７−２、絞り機構７−３、メカニカルシャッタ機構７−４およびモータドライバ７−５を有している。
【００１７】
そして、ズーム機構７−１は、ズームレンズ系７−１ａおよびズーム駆動モータ７−１ｂからなり、フォーカス機構７−２は、フォーカスレンズ系７−２ａおよびフォーカス駆動モータ７−２ｂからなり、絞り機構７-３は、絞りユニット７−３ａおよび絞りモータ７−３ｂからなり、メカニカルシャッタ機構７−４は、メカニカルシャッタユニット７−４ａおよびシャッタモータ７−４ｂからなる。
操作部１０１は、レリーズボタン２、モード切り換えダイヤル４、ズームボタン１２、電源スイッチ１３および操作ボタン群１４を含む各種のボタン、キー、スイッチ、ダイヤルまたはレバー等の操作入力手段により構成されている。
ＣＭＯＳイメージセンサ１０２は、センサ画素部１０２−１、ＣＤＳ（相関二重サンプリング）部１０２−２、ＡＧＣ（自動利得制御）部１０２−３、Ａ／Ｄ（アナログ−ディジタル）変換部１０２−４およびＴＧ（タイミング発生）部１０２−５を有している。
カメラプロセッサ１０４は、第１の信号処理ブロック１０４−１、第２の信号処理ブロック１０４−２、ＣＰＵ（中央処理ユニット）ブロック１０４−３、ローカルＳＲＡＭ（スタティックランダムアクセスメモリ）１０４−４、ＵＳＢブロック１０４−５、シリアルブロック１０４−６、ＪＰＥＧコーデック（ＣＯＤＥＣ）ブロック１０４−７、リサイズ（ＲＥＳＩＺＥ）ブロック１０４−８、ビデオ信号表示ブロック１０４−９、メモリカードコントローラブロック１０４−１０および画素加算処理ブロック１０４−１１を有している。
【００１８】
音声記録ユニット１１５は、マイク（マイクロフォン）１１５−１、マイクアンプ（マイク増幅器）１１５−２および音声記録回路１１５−３からなり、音声再生ユニット１１６は、音声再生回路１１６−１、オーディオアンプ（オーディオ増幅器）１１６−２およびスピーカ１１６−３からなっている。
図２〜図４に示すように、この実施の形態に係るディジタルカメラのボディ上面（図２）には、サブＬＣＤ（サブ液晶ディスプレイ）１と、レリーズボタン２と、モード切り換えダイヤル４とが配置されている。サブＬＣＤ１は、例えば、撮影可能枚数等を表示するための表示手段であり、モード切り換えダイヤル４は、撮影モード／再生モード等の動作モードを切り換えるための操作手段である。また、ボディ正面（図３）には、ストロボ発光部３と、測距ユニット５と、リモコン受光部（リモートコントロール受光部）６と、鏡胴ユニット７とが配置されている。光学ファインダ１１は、対物面がボディ正面から見え、そして接眼面がボディ背面から見えるように、このディジタルカメラのボディ内に設けられている。また、メモリカードスロット１２１は、メモリカードＭＣを挿入接続するためのスロットであり、開閉可能な蓋等で覆ってボディ側面に設けている。さらに、ボディ背面には、ＡＦ表示ＬＥＤ（オートフォーカス表示発光ダイオード）８と、ストロボ表示ＬＥＤ（ストロボ表示発光ダイオード）９と、ＬＣＤモニタ（液晶ディスプレイモニタ）１０と、ズームボタン１２と、電源スイッチ１３と、操作ボタン群１４とが配置されている。
【００１９】
次に、図１に基づき、さらに図２〜図４を参照して、このディジタルカメラの基本的な制御構成および動作を説明する。
ストロボ発光部３およびストロボ回路１１４は、被写体に対する自然光等の光量が不足する場合に光量を補うために用いる。すなわち、暗い場所における撮影や被写体が暗い場合の撮影においては、詳細を後述するカメラプロセッサ１０４からストロボ回路１１４にストロボ発光信号を与えて、ストロボ回路１１４が、ストロボ発光部３を発光させて被写体に照射する。
測距ユニット５は、実質的に、当該ディジタルカメラと被写体との間の距離を計測するために設けられている。一般に、ディジタルカメラにおいては、撮像素子に形成された画像のコントラスト情報を検出し、最もコントラストの高い位置にレンズを移動させてフォーカスを合わせるコントラスト−ＡＦ方式が用いられる。しかしながら、このコントラスト−ＡＦ方式は、レンズを少しずつ移動させてコントラストを求めて行くため、フォーカシング（合焦）動作が遅いという問題があり、そのため、この実施の形態に係るディジタルカメラにおいては、測距ユニット５を用いて、被写体距離情報を常に取得し、この被写体距離情報に基づいてレンズを合焦点近傍まで一気に移動させることにより、フォーカシング動作を高速化するようにしている。
【００２０】
温度センサ１２４は、環境温度を測定するものであり、この温度センサ１２４によりボディ内外の温度を測定し、温度が異常に上昇している場合には、カメラ自体の電源を落としたり、温度センサ１２４の測定データを参照してカメラの制御内容を変更したりする。  本発明に係る温度に対応するシャッタ秒時の規制も、この温度センサ１２４の測定値に基づいて行うことになる。
鏡胴ユニット７は、ズームレンズ系７−１ａおよびズーム駆動モータ７−１ｂからなるズーム機構７−１と、フォーカスレンズ系７−２ａおよびフォーカス駆動モータ７−２ｂからなるフォーカス機構７−２と、絞りユニット７−３ａおよび絞りモータ７−３ｂからなる絞り機構７−３と、メカニカルシャッタユニット７−４ａおよびシャッタモータ７−４ｂからなるメカニカルシャッタ機構７−４と、モータドライバ７−５とを有して構成しており、ズームレンズ系７−１ａおよびフォーカスレンズ系７−２ａにより被写体の光学像を結像させ、モータドライバ７−５により、ズーム駆動モータ７−１ｂ、フォーカス駆動モータ７−２ｂ、絞りモータ７−３ｂおよびシャッタモータ７−４ｂを駆動する。なお、絞りユニット７−３ａとメカニカルシャッタユニット７−４ａは、合体され一体化されていてもよい。
【００２１】
そして、モータドライバ７−５は、リモコン受光部６からの入力、並びに操作部１０１のレリーズボタン２、モード切り換えダイヤル４、ズームボタン１２、電源スイッチ１３および操作ボタン群１４を含む各種のボタン、キー、スイッチ、ダイヤルまたはレバー等の操作入力手段による操作入力等に基づいて、後述するカメラプロセッサ１０４内のＣＰＵブロック１０４−３から、与えられる駆動指令によって駆動制御される。
ＲＯＭ１０８には、ＣＰＵブロック１０４−３において解読可能なコードにて記述された、制御プログラムおよび制御パラメータ等が格納されている。例えば、操作ボタン群１４の電源スイッチ１３のオン操作によって、このディジタルカメラの電源がオン状態となると、前記制御プログラムは、ＳＤＲＡＭ１０３にロードされ、ＣＰＵブロック１０４−３は、ＳＤＲＡＭ１０３にロードされたプログラムに従ってカメラ内の各部の動作を制御するとともに、制御に必要なデータ等を、一時的に、ＲＡＭ１０７およびカメラプロセッサ１０４内のローカルＳＲＡＭ１０４−４に保存する。ＲＯＭ１０８として書き換え可能なフラッシュＲＯＭを使用することによって、制御プログラムや制御するためのパラメータを変更することが可能となり、機能のバージョンアップを容易に行うことができる。
【００２２】
光学像を光／電気変換するための固体撮像素子としては、この場合、裏面照射型のＣＭＯＳ撮像素子として構成されているＣＭＯＳイメージセンサ１０２が用いられている。ＣＭＯＳイメージセンサ１０２は、フォトダイオードからなるセンサ画素部１０２−１と、相関二重サンプリング（ＣＤＳ）を行って画像ノイズを除去するためのＣＤＳ部１０２−２と、自動利得制御（ＡＧＣ）による利得調整を行うためのＡＧＣ部１０２−３と、アナログ信号からディジタル信号への信号変換（Ａ／Ｄ変換）を行うＡ／Ｄ変換部１０２−４と、ＣＭＯＳイメージセンサ１０２の駆動タイミング信号を発生するＴＧ部１０２−５とを有する。なお、ＴＧ部１０２−５は、カメラプロセッサ１０４内の第１の信号処理ブロック１０４−１から同期信号が供給され、ＣＰＵブロック１０４−３によって制御されて、ＣＭＯＳイメージセンサ１０２の駆動タイミング信号を発生する。
カメラプロセッサ１０４の第１の信号処理ブロック１０４−１は、ＣＭＯＳイメージセンサ１０２の出力データにホワイトバランス調整やガンマ調整を施すとともに、前述したように、ＣＭＯＳイメージセンサ１０２に同期信号を供給する。カメラプロセッサ１０４の第２の信号処理ブロック１０４−２は、フィルタリング処理により、画像データの輝度データ・色差データへの変換を行う。カメラプロセッサ１０４のＣＰＵブロック１０４−３は、前述したように装置各部の動作を制御する。
【００２３】
カメラプロセッサ１０４のローカルＳＲＡＭ１０４−４は、前述したように制御に必要なデータ等を、一時的に保存する。カメラプロセッサ１０４のＵＳＢブロック１０４−５は、ＰＣ（パーソナルコンピュータ〜いわゆる「パソコン」）等の外部機器とＵＳＢ規格に従った通信を行うための信号処理を行う。カメラプロセッサ１０４のシリアルブロック１０４−６は、ＰＣ等の外部機器とシリアル通信規格、例えばＲＳ−２３２Ｃ規格、に従った通信を行うための信号処理を行う。カメラプロセッサ１０４のＪＰＥＧコーデックブロック１０４−７は、画像データのＪＰＥＧ規格に従った圧縮・伸張処理を行う。カメラプロセッサ１０４のリサイズブロック１０４−８は、補間／圧縮処理により画像データのサイズを拡大／縮小する。カメラプロセッサ１０４のビデオ信号表示ブロック１０４−９は、画像データを、ＬＣＤモニタ１０や外部の表示装置またはＴＶ（テレビジョン）受像機等の外部表示機器に表示するためのビデオ信号に変換する。カメラプロセッサ１０４のメモリカードコントローラブロック１０４−１０は、撮像された画像データを記録するメモリカードＭＣの書き込み／読み出し制御を行う。カメラプロセッサ１０４の画素加算処理ブロック１０４−１１は、複数フレームの撮影合成時に画素毎の加算合成処理を行う。
【００２４】
ＳＤＲＡＭ１０３は、カメラプロセッサ１０４において画像データに各種処理を施す際に、処理前あるいは処理途中の画像データを一時的に保存する。保存される画像データは、例えば、ＣＭＯＳイメージセンサ１０２で取得され、第１の信号処理ブロック１０４−１において、ホワイトバランス調整およびガンマ調整が行われた状態のＲＡＷ−ＲＧＢ画像データ、さらに第２の信号処理ブロック１０４−２において、輝度データ・色差データ変換が行われた状態のＹＵＶ画像データ、さらにＪＰＥＧコーデックブロック１０４−７において、ＪＰＥＧ圧縮されたＪＰＥＧ画像データなどである。メモリカードスロット１２１は、着脱可能なメモリカードＭＣを装着するためのスロットである。内蔵メモリ１２０は、メモリカードスロット１２１にメモリカードＭＣが装着されていない場合にも、撮像した画像データを保持記録できるようにするためのメモリである。
ＬＣＤモニタドライバ１１７は、ＬＣＤモニタ１０を駆動する回路であり、ビデオ信号表示ブロック１０４−９から出力されたビデオ信号を、ＬＣＤモニタ１０に表示するための信号に変換する機能も有している。ＬＣＤモニタ１０は、撮影前における被写体の状態を観察しフレーミングおよびレリーズタイミングを決定するための撮影前における被写体の状態の表示、撮影した画像の確認のための表示およびメモリカードＭＣまたは内蔵メモリ１２０に記録した画像データを参照するための表示などを行う。
【００２５】
ビデオアンプ１１８は、ビデオ信号表示ブロック１０４−９から出力されたビデオ信号を、７５Ωのインピーダンスにインピーダンス変換するためのアンプであり、ビデオジャック１１９は、外部表示のために、外部の表示装置またはＴＶ受像機等の外部表示機器に接続してビデオアンプ１１８からのビデオ信号を供給するためのコネクタとしてのビデオジャックである。
ＵＳＢコネクタ１２２は、ＰＣ等の外部機器とＵＳＢ規格に従った通信を行うべく、ＵＳＢ規格に従った接続を行うためのコネクタである。シリアルドライバ回路１２３−１は、ＰＣ等の外部機器と例えばＲＳ−２３２Ｃ規格によるシリアル通信を行うために、シリアルブロック１０４−６の出力信号をＲＳ−２３２Ｃ規格に従った適正な電圧に電圧変換するための回路であり、ＲＳ−２３２Ｃコネクタは、ＰＣ等の外部機器とＲＳ−２３２Ｃ規格に従ったシリアル接続を行うためのコネクタである。
サブプロセッサ１０９は、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）およびＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）を共通のワンチップ上に内蔵したＣＰＵ（中央処理ユニット）であり、操作部１０１やリモコン受光部６から検出信号に応動し、ユーザの操作情報を、ＣＰＵブロック１０４−３に供給し、ＣＰＵブロック１０４−３から出力されるカメラの状態情報に基づき、該状態情報に応じた表示制御信号を、サブＬＣＤ１、ＡＦ表示ＬＥＤ８、ストロボＬＥＤ９およびブザー１１３の該当するものに供給する。
【００２６】
サブＬＣＤドライバ１１１は、サブプロセッサ１０９の出力に応動して、サブＬＣＤ１を駆動して、サブＬＣＤ１に、例えば撮影可能枚数等を表示させる。ＡＦ表示ＬＥＤ８は、例えば合焦時に所定色に点灯するなどして、撮像時の合焦状態を表示し、ストロボ表示ＬＥＤ９は、例えば充電途中状態で点滅し、フル充電状態で連続点灯するなどして、ストロボ回路１１４におけるストロボ発光用電源コンデンサの充電状態を表示するために用いられる。なお、このＡＦ表示ＬＥＤ８およびストロボ表示ＬＥＤ９を、例えばメモリカードアクセス中の表示等の別の表示用途に使用してもよい。また、リモコン受光部６は、ユーザが操作したリモコン送信機（リモートコントローラ）からの、例えば赤外線または電波等のリモコン信号を受信する。
音声記録ユニット１１５においては、マイク１１５−３に入力された音声信号を、マイクアンプ１１５−２により増幅して、増幅された音声信号を音声記録回路１１５―３にて音声情報として記録する。音声再生ユニット１１６においては、記録された音声情報を音声再生回路１１６−１によって、スピーカ１１６−３を駆動するための音声信号に変換し、変換された音声信号をオーディオアンプ１１６−２にて増幅して、スピーカ１１６−３を駆動し、音声を再生させる。
上述のように構成されたディジタルカメラにおける本発明の特徴について具体的に説明する。
図５は、上述したディジタルカメラにおける本発明に特徴的な動作に係る撮像処理の流れを示すフローチャートである。図５のフローチャートに係る処理は、主としてカメラプロセッサ１０４において実行されるものであり、以下、図５のフローチャートに従って本発明に係るディジタルカメラの動作を説明する。
【００２７】
〔撮像素子の温度取得〕
ユーザにより、レリーズボタン２が押下され、レリーズ動作が開始されると（ステップＳ１１）、直後に温度センサ１２４から撮像素子であるＣＭＯＳイメージセンサ１０２の温度情報を取得する（ステップＳ１２）。ここで、温度センサ１２４は、撮像素子（ＣＭＯＳイメージセンサ１０２）の温度を正確に測るために、可能な限り撮像素子（ＣＭＯＳイメージセンサ１０２）に近接した個所に設置されているものとする。なお、撮像素子（ＣＭＯＳイメージセンサ１０２）の温度情報を取得する理由は、裏面照射型のＣＭＯＳイメージセンサ１０２等の撮像素子の欠陥画素は、撮像素子の温度と（メカニカルシャッタ機構７−４による機械的なシャッタ秒時ではなく）電気的な露光時間に影響されるためであり、露光時間は、後述する電気的なシャッタ秒時リミットで制限されるため、ここでは撮像素子の温度情報が必要となるのである。この場合、温度情報の取得は、レリーズ動作後として説明しているが、これに限定されることはなく、例えば、電子ファインダとしての、いわゆるスルー画像による被写体観察中に一定時間間隔で継続的に温度センサ１２４から温度情報を取得していて、レリーズ動作後に最後に取得した温度情報を使用するなどしてもよい。
【００２８】
〔シャッタ秒時リミットテーブル参照〕
ステップＳ１２における温度情報の取得後、シャッタ秒時リミットテーブルを参照して、シャッタ秒時リミットを設定する（ステップＳ１３）。シャッタ秒時リミットテーブルとは、撮像素子（ＣＭＯＳイメージセンサ１０２）の温度とそれに対応するシャッタ秒時リミット、すなわち電気的なシャッタ秒時の制限値、を格納したテーブルであり、例えば図６（ａ）に示すようなものである。図６（ａ）のテーブルをグラフ化したものが図６（ｂ）である。図６では、５°Ｃ毎の撮像素子（ＣＭＯＳイメージセンサ１０２）の温度に対応するシャッタ秒時リミットを示しており、テーブルに該当する温度のない撮像素子の温度情報が取得された時（つまり、テーブルに格納された温度の中間の温度情報が取得された時）は、その温度が含まれる区間から近似計算で算出する。すなわち、シャッタ秒時リミットを算出したい温度をＴ、温度Ｔが含まれる区間の両端の温度をＴ１およびＴ２、それらに対応するシャッタ秒時リミットを、それぞれｔ１およびｔ２とし、温度Ｔに対応するシャッタ秒時リミットをｔとすると、近似式は次のようになる。
【００２９】
ｔ＝（（ｔ２−ｔ１）Ｔ＋（ｔ１Ｔ２−ｔ２Ｔ１））／（Ｔ２−Ｔ１）    （１）
例えば、検出された温度、つまり取得された温度情報、が３２°Ｃであった場合、図６のシャッタ秒時リミットテーブルを参照すると、３０°Ｃのシャッタ秒時リミットが０．９６ｓｅｃ、３５°Ｃのシャッタ秒時リミットが０．８５ｓｅｃであるので、（１）式による近似計算では、ｔ＝（（０．８５−０．９６）×３２＋（０．９６×３５−０．８５×３０））／（３５−３０）≒０．９２ｓｅｃとなる。
温度情報から対応するシャッタ秒時リミットを求めるためのその他の方法としては、近似式（１）を使わずに、温度情報とそれに対応するシャッタ秒時リミットのデータ数を温度センサ１２４の分解能に合わせて増やすようにしてもよい。
【００３０】
〔シャッタ秒時リミットテーブルの作成方法〕
ここで、シャッタ秒時リミットテーブルの具体的な作成方法の一例を説明する。
先ず、恒温槽等を用いて当該ディジタルカメラを含む環境温度を変化させ、撮像素子の温度を逐次変化させ、各温度状態毎に、電気的なシャッタ秒時を逐次変化させつつ遮光した（例えばメカニカルシャッタを閉じた）状態で画像を撮影する。すなわち、ある温度について各シャッタ秒時毎の遮光画像を得ることを、各温度毎に繰り返して、多数の遮光画像を得る。そして、得られた遮光画像から、欠陥画素とブルーミングの発生レベルをカウントする。この欠陥画素とブルーミングの発生レベルのカウントは、次のようにして行う。
すなわち、まず最初に遮光画像の画像全体の輝度値を取得する。輝度値の取得方法としては、画像全画素の輝度値からヒストグラムを作成し、ヒストグラムのピーク値を画像全体の輝度値とする。あるいは、この方法に代えて、欠陥画素やブルーミングの影響を除くために、所定の信号レベル以上は加算しないで算出した画像全体の輝度値の平均を使用してもよい。
【００３１】
そして、欠陥画素の発生の判定にあたっては、予め欠陥画素判定のしきい値を設定し、注目画素と画像全画素の輝度値とを比較し、注目画素が画像全画素の輝度値に対して欠陥画素判定しきい値以上の相違を示す場合には欠陥画素と判定する。画像全体で同様の判定を行って欠陥画素数をカウントする。
また、ブルーミングの発生の判定にあたっては、予めブルーミング判定のしきい値を設定し、注目画素部（例えば３×３画素）の平均と画像全画素の輝度値とを比較し、注目画素部平均が画像全画素の輝度値に対してブルーミング判定しきい値以上の相違を示す場合には、ブルーミングと判定する。画像全体で同様の判定を行ってブルーミング数をカウントする。
上述した欠陥画素およびブルーミングのしきい値は、画像処理で補正可能なレベルとし、ブルーミングの判定に使用する中心画素部の画素範囲は、画像処理で補正可能な画素範囲より１サイズ大きなエリアを設定する。例えば、画像処理で補正可能な画素範囲が２×２画素ならば、３×３画素でブルーミング判定を行う。これは、補正可能な画素範囲で判定すると、補正可能な画素範囲より大きなブルーミングが発生しても分からないためである。
各温度に対する欠陥画素とブルーミングのカウント数が０のシャッタ秒時が画像処理で補正可能なレベルの欠陥画素やブルーミングであるので、カウント数が０のシャッタ秒時で最長のものをシャッタ秒時リミットとして設定し、温度に対するシャッタ秒時リミットのテーブルとする。
【００３２】
〔撮影と保存〕
ステップＳ１３においては、上述のようにして作成したシャッタ秒時リミットテーブルを参照して、撮像素子の温度情報に対応するシャッタ秒時リミットを取得する。このシャッタ秒時リミットは、撮影するときの最長露光時間となる秒時であり、シャッタ秒時リミット以内の撮影では、通常の撮影と全く同様に設定された撮影時間にて撮影され（ステップＳ１４）、第１の信号処理ブロック１０４−１による第１の画像処理（画像処理１）（ステップＳ１５）と、第２の信号処理ブロック１０４−２による第２の画像処理（画像処理２）（ステップＳ２０）とが、順次行われて、画像が保存される（このとき、ステップＳ１６、ステップＳ１７を通過し、ステップＳ１８においてシャッタ秒時リミット以内であることが判定されて、ステップＳ２０に至る）。
【００３３】
〔シャッタ秒時リミットより長い露光の場合〕
一方、例えば固定秒時等のように、シャッタ秒時リミットより長い露光が必要な場合には、このままではシャッタ秒時リミットが作動すると、意図した秒時よりも短い秒時で撮影されるために暗い画像となってしまう。このような状況を防ぐために、シャッタ秒時リミットより長い撮影であるかを判定し（ステップＳ１８）、シャッタ秒時リミットより長い秒時の撮影では、１枚目撮影後に続けて撮影を行う（複数フレーム撮影）。
【００３４】
〔複数フレームでの温度情報の取得からシャッタリミット設定〕
複数フレーム撮影時のシャッタ秒時リミットの設定には、２通りの方式が考えられる。１つ目の方式は、図５に示すように、撮影毎に撮像素子の温度情報を取得し（ステップＳ１２）、取得した温度情報からその都度シャッタ秒時リミットテーブルを参照して、シャッタ秒時リミットを設定する方法である（ステップＳ１３）。ステップＳ１３で設定されたシャッタ秒時に従って撮影を行って（ステップＳ１４）、第１の信号処理ブロック１０４−１による第１の画像処理（画像処理１）を行う（ステップＳ１５）。そして、１フレーム目か否かを判定し（ステップＳ１６）、１フレーム目であればそのままＳＤＲＡＭ１０３に保存して（ステップＳ１７）、設定された撮影秒時に足りているか否かを判定する（ステップＳ１８）。ステップＳ１８で、撮影秒時に足りていないと判定された場合には、ステップＳ１２に戻って撮像素子の温度情報を取得し、ステップＳ１３においてシャッタ秒時リミットテーブルを参照して、シャッタ秒時リミットを設定する。ステップＳ１４においては、設定された撮影秒時の残量とシャッタ秒時リミットとを比較して、両者のうちの小さいほうの撮影秒時で撮影を行う。ステップＳ１５で第１の信号処理ブロック１０４−１による第１の画像処理（画像処理１）を行った後、ステップＳ１６にて１フレーム目か否かを判定し、１フレーム目でないので、撮影された画像と従前にＳＤＲＡＭ１０３に保存された画像との加算処理を行い（ステップＳ１９）、ステップＳ１７でＳＤＲＡＭ１０３に保存する。
【００３５】
また、ステップＳ１８で、撮影秒時に足りていると判定された場合には、第２の信号処理ブロック１０４−２による第２の画像処理（画像処理２）を行って（ステップＳ２０）、処理を終了する。
この方式の場合には、画像を繰り返し撮影する毎に、シャッタ秒時リミットが変動する可能性があり、利点は、長秒時撮影で撮影時間と共に撮像素子の温度が変化する場合に適切にシャッタ秒時リミットで撮影秒時を制限することができることである。
また、２つ目の方式は、最初の撮影フレームの撮影時に取得した撮像素子の温度情報のみを利用して、シャッタ秒時リミットを設定する方法である。この方法の場合には、全てのフレームについて同じシャッタ秒時リミットで撮影され、利点は、温度情報の取得、シャッタ秒時リミットテーブルの参照、そしてシャッタ秒時リミットの設定のプロセスを省略することができ、処理時間を短縮することができることである。
上述した２つの方式のうち、１つ目の方式は、撮像素子温度に変化が発生し易い比較的長い露光時間の撮影に有効で、２つ目の方式は、撮像素子温度の変化が小さい比較的短い露光時間の撮影に有効である。
【００３６】
上述のようにして、２フレーム以降に対してもシャッタ秒時リミットを設定して撮影を行う。複数フレームを撮影する場合には、各フレーム毎に、ステップＳ１５において、第１の信号処理ブロック１０４−１で、暗信号ノイズの除去および欠陥画素補正の処理を行いＲＡＷ−ＲＧＢ画像データの状態まで処理し（画像処理１）、ステップＳ１９において、画素加算処理ブロック１０４−１１にて前画像フレームに加算し、加算した画像を、ステップＳ１７において、ＳＤＲＡＭ１０３に保存する。全てのフレームを加算が終了した後に、ステップＳ２０において第２の信号処理ブロック１０４−２以降の通常の画像処理（画像処理２）およびＪＰＥＧ圧縮等を行って、メモリカードＭＣに記録する。このように、複数フレームの画像を加算することによって、画像の明るさを適正レベルにすることができる。また、実際には、複数フレーム撮影となる条件は、長秒時撮影に限られるため、通常の撮影には影響が無く、長秒時撮影画質では欠陥画素およびブルーミングが発生せず良好な画像を得ることが可能となる。
【００３７】
上述した本発明に係る撮像装置は、次のような特徴を有する。
撮像素子の温度を温度計測手段により取得し、シャッタ秒時リミットテーブルを参照して撮像素子温度に対するシャッタ秒時リミットを設定し、撮影秒時を制限することにより、温度に依存した撮像素子のノイズが発生する前に撮影を終了させることができる。
シャッタ秒時リミットテーブルは、欠陥画素およびブルーミングの発生データから作成することにより、欠陥画素およびブルーミングが発生しないシャッタ秒時リミットを設定することができ撮影画質が向上する。
シャッタ秒時リミットを超える撮影では、シャッタ秒時リミットで撮影された１フレーム画像では暗い画像となるが、シャッタ秒時リミット範囲内で連続して繰り返し画像を撮影し、加算処理で画像を作成することにより、適正な明るさの画像を得ることができる。
複数フレーム撮影時に、撮影フレーム毎に撮像素子の温度情報を取得し、撮影フレーム毎にシャッタ秒時リミットを設定して撮影することにより、連続撮影で撮像素子に温度変化が生じても適切なシャッタ秒時リミットを設定することができる。
複数フレーム撮影時に、最初の撮影フレーム時に撮像素子の温度情報を取得し、全てのフレームで同一のリミットを掛けることにより、温度情報取得、シャッタ秒時リミットテーブル参照およびシャッタ秒時リミット設定のプロセスを省略することができ、処理時間を短縮することができる。
なお、上述においては、撮像素子として裏面照射型のＣＭＯＳイメージセンサを用いた場合について説明したが、他の撮像素子についても主として暗電流に起因して、シャッタ秒時に依存する欠陥画素やブルーミング等によるノイズが発生する場合には、上述と同様にして実施することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１  サブ液晶ディスプレイ（サブＬＣＤ）
２  レリーズボタン
３  ストロボ発光部
４  モード切り換えダイヤル
５  測距ユニット
６  リモコン受光部
７  鏡胴ユニット
７−１  ズーム機構
７−１ａ  ズームレンズ系
７−１ｂ  ズーム駆動モータ
７−２  フォーカス機構
７−２ａ  フォーカスレンズ系
７−２ｂ  フォーカス駆動モータ
７−３  絞り機構
７−３ａ  絞りユニット
７−３ｂ  絞りモータ
７−４  メカニカルシャッタ機構
７−４ａ  メカニカルシャッタユニット
７−４ｂ  シャッタモータ
７−５  モータドライバ
８  オートフォーカス表示発光ダイオード（ＡＦ表示ＬＥＤ）
９  ストロボ表示発光ダイオード（ストロボ表示ＬＥＤ）
１０  液晶ディスプレイモニタ（ＬＣＤモニタ）
１１  光学ファインダ
１２  ズームボタン
１３  電源スイッチ
１４  操作ボタン群
１５  カメラボディ
１２１  メモリカードスロット
１０１  操作部
１０２  ＣＭＯＳ（相補型金属酸化物半導体）イメージセンサ
１０２−１  センサ画素部
１０２−２  ＣＤＳ（相関二重サンプリング）部
１０２−３  ＡＧＣ（自動利得制御）部
１０２−４  Ａ／Ｄ（アナログ−ディジタル）変換部
１０２−５  ＴＧ（タイミング発生）部
１０３  ＳＤＲＡＭ（シンクロナスダイナミックランダムアクセスメモリ）
１０４  カメラプロセッサ
１０４−１  第１の信号処理ブロック
１０４−２  第２の信号処理ブロック
１０４−３  ＣＰＵ（中央処理ユニット）ブロック
１０４−４  ローカルＳＲＡＭ（スタティックランダムアクセスメモリ）
１０４−５  ＵＳＢブロック
１０４−６  シリアルブロック
１０４−７  ＪＰＥＧコーデック（ＣＯＤＥＣ）ブロック
１０４−８  リサイズ（ＲＥＳＩＺＥ）ブロック
１０４−９  ビデオ信号表示ブロック
１０４−１０  メモリカードコントローラブロック
１０４−１１  画素加算処理ブロック
１０７  ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）
１０８  ＲＯＭ（リードオンリメモリ）
１０９  サブプロセッサ
１１１  サブＬＣＤドライバ
１１３  ブザー
１１４  ストロボ回路
１１５  音声記録ユニット
１１５−１  マイク（マイクロフォン）
１１５−２  マイクアンプ（マイク増幅器）
１１５−３  音声記録回路
１１６  音声再生ユニット
１１６−１  音声再生回路
１１６−２  オーディオアンプ（オーディオ増幅器）
１１６−３  スピーカ
１１７  ＬＣＤモニタドライバ
１１８  ビデオアンプ（ビデオ増幅器）
１１９  ビデオジャック
１２０  内蔵メモリ
１２１  メモリカードスロット
１２２  ＵＳＢ（ユニバーサルシリアルバス）コネクタ
１２３−１  シリアルドライバ回路
１２３−２  ＲＳ−２３２Ｃコネクタ
１２４  温度センサ１２４
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３９】
【特許文献１】特開２００５−１３００４５号公報
【特許文献２】特開２００９‐２１８８９５号公報
【図１】
0005445956.tif 000002
【図２】
0005445956.tif 000003
【図３】
0005445956.tif 000004
【図４】
0005445956.tif 000005
【図５】
0005445956.tif 000006
【図６】
0005445956.tif 000007
【図７】
0005445956.tif 000008