(57)【要約】【課題】画質の低下を防止し得る撮像装置及び撮像方法を提供する。【解決手段】撮像光学系によって形成される光学像を受光する撮像面を備える撮像素子と、撮像光学系に備えられたズームレンズの位置に応じて、撮像面の湾曲度を変更する湾曲制御手段と、撮影感度に応じて光学ズーム及びデジタルズームを制御する制御手段とを有している。【選択図】図８
2018106034.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像光学系によって形成される光学像を受光する撮像面を備える撮像素子と、
前記撮像光学系に備えられたズームレンズの位置に応じて、前記撮像面の湾曲度を変更する湾曲制御手段と、
撮影感度に応じて光学ズーム及びデジタルズームを制御する制御手段と
を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記撮影感度が閾値以下である場合には、前記制御手段は、前記光学ズームによってズームを行い、
前記撮影感度が前記閾値より高い場合には、前記制御手段は、前記デジタルズームによって前記ズームを行うことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記光学ズームと前記デジタルズームとを組み合わせることによってズームを行うことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記撮影感度が第１の値である場合には、前記ズームレンズを第１の位置に設定し、前記湾曲度を第１の湾曲度に設定し、前記撮像素子によって取得される画像の一部を第１の倍率で拡大することにより、第２の倍率の前記ズームを行い、
前記撮影感度が前記第１の値より低い第２の値である場合には、前記ズームレンズを前記第１の位置よりもテレ端側の第２の位置に設定し、前記湾曲度を前記第１の湾曲度より弱い第２の湾曲度に設定し、前記撮像素子によって取得される前記画像の一部を前記第１の倍率よりも小さい第３の倍率で拡大することによって、前記第２の倍率の前記ズームを行う
ことを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
【請求項５】
光電変換手段を含む複数の画素が配列された画素アレイが前記撮像面に形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記制御手段は、前記撮像素子に配されたセンサを用いて得られる信号に応じて、前記湾曲制御手段に前記湾曲度を変更させることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記センサは、歪ゲージであることを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
【請求項８】
撮影感度に応じて光学ズーム及びデジタルズームを制御するステップと、
撮像光学系によって形成される光学像を受光する撮像面を備える撮像素子の前記撮像面の湾曲度を、前記撮像光学系に備えられたズームレンズの位置に応じて変更するステップと
を有することを特徴とする撮像方法。
【請求項９】
コンピュータに、
撮影感度に応じて光学ズーム及びデジタルズームを制御するステップと、
撮像光学系によって形成される光学像を受光する撮像面を備える撮像素子の前記撮像面の湾曲度を、前記撮像光学系に備えられたズームレンズの位置に応じて変更するステップと
を実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置及び撮像方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、コンパクトデジタルカメラ等においても、１型やそれ以上の大型の撮像素子が搭載されるようになりつつある。これにより、従来は一眼レフカメラのみで可能であった超高感度での撮影や、被写界深度が浅くボケ味が生きる撮影等を行うことが、コンパクトデジタルカメラにおいても可能となってきている。このように、大型の撮像素子をコンパクトデジタルカメラ等に搭載することは、スマートフォンやタブレット等に搭載されるカメラとの差別化の観点からも重要となってきている。
【０００３】
しかしながら、大型の撮像素子を搭載すると、レンズも大型化する傾向にある。このため、レンズを小型化することが重要である。しかし、単にレンズを小型化した場合には、撮像面に対する光の入射角度が大きくなってしまう。
特許文献１には、撮像面を湾曲させた撮像素子が開示されている。特許文献１では、撮像面が湾曲しているため、レンズを小型化した場合であっても、撮像面に対する光の入射角を垂直に近い状態とすることが可能である。また、特許文献２には、ズームレンズの焦点距離に応じて撮像面を変形させ得る撮像装置が開示されている。また、ＣＭＯＳイメージセンサを湾曲させると暗電流が低下することが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４６０４３０７号公報
【特許文献２】特開２０１２−１８２１９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、湾曲度が弱くなるように撮像面の湾曲状態を変化させた場合には、暗電流が増加してしまい、画質が低下してしまう場合がある。
本発明の目的は、画質の低下を防止し得る撮像装置及び撮像方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、撮像光学系によって形成される光学像を受光する撮像面を備える撮像素子と、前記撮像光学系に備えられたズームレンズの位置に応じて、前記撮像面の湾曲度を変更する湾曲制御手段と、撮影感度に応じて光学ズーム及びデジタルズームを制御する制御手段とを有することを特徴とする撮像装置が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、画質の低下を防止し得る撮像装置及び撮像方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施形態による撮像装置に備えられた撮像素子を示す図である。
【図２】撮像素子に備えられたカラーフィルタのレイアウトを示す平面図である。
【図３】第１実施形態による撮像装置を示すブロック図である。
【図４】湾曲制御機構を示す断面図である。
【図５−１】歪ゲージを示す図である。
【図５−２】歪ゲージを示す図である。
【図６】検出回路を示す図である。
【図７】テーブルの例を示す図である。
【図８】第１実施形態による撮像装置の動作を示すフローチャートである。
【図９】歪と暗電流との関係を示すグラフである。
【図１０】応力と変形量との関係を示す図である。
【図１１】湾曲度の検出方法の他の例を示す図である。
【図１２】第２実施形態による撮像装置の動作を示すフローチャートである。
【図１３】テーブルの例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明の実施の形態を、添付の図面を参照して以下に詳細に説明するが、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。
［第１実施形態］
第１実施形態による撮像装置及び撮像方法について図面を用いて説明する。図１は、本実施形態による撮像装置に備えられた撮像素子を示す図である。
【００１０】
撮像素子３０６は、光電変換素子（光電変換手段）１０２を含む複数の画素（単位画素）１０１が２次元的、即ち、行列状に配列された画素アレイ１１６を備えている。画素アレイ１１６は、レンズユニット３２２（図３参照）、即ち、撮像光学系によって形成される光学像を受光する撮像面４０８（図４参照）に形成されている。
【００１１】
複数の画素１０１の各々は、光電変換素子１０２と、転送スイッチ１０３と、フローティングディフュージョン部１０４と、増幅トランジスタ１０５と、選択スイッチ１０６と、リセットスイッチ１０７とを有している。リセットスイッチ１０７のドレイン及び増幅トランジスタ１０５のドレインは、電源ＶＤＤに接続されている。光電変換素子１０２は、例えばフォトダイオードであり、受光した入射光に応じた電荷を生成する。転送スイッチ１０３のゲートに転送パルスφＴＸを印加することによって転送スイッチ１０３をオン状態にすると、光電変換素子１０２において生じた電荷がフローティングディフュージョン部１０４に転送される。なお、図１において、符号φＴＸ、φＲＥＳ、φＳＥＬの後に付されたｎ、ｎ＋１、ｎ＋２、ｎ＋３、・・・は、行番号を示している。フローティングディフュージョン部１０４は、電荷を一時的に蓄積する。リセットスイッチ１０７のゲートにリセットパルスφＲＥＳを印加することによってリセットスイッチ１０７をオン状態にすると、フローティングディフュージョン部１０４に蓄積された電荷がリセットされる。フローティングディフュージョン部１０４は増幅トランジスタ１０５のゲートに接続されており、増幅トランジスタ１０５のゲートの電位は光電変換素子１０２から転送される電荷量に応じた電位となる。増幅トランジスタ１０５の出力ノードは、選択スイッチ１０６と出力信号線１０８ａ、１０８ｂとを介して、増幅トランジスタ１０５の負荷となる定電流源１０９に接続される。選択スイッチ１０６のゲートに選択パルスφＳＥＬを印加すると、選択スイッチ１０６がオン状態となり、増幅トランジスタ１０５の出力ノードが出力信号線１０８ａ、１０８ｂに接続される。増幅トランジスタ１０５と定電流源１０９とによって、ソースフォロア回路が構成される。
【００１２】
画素アレイ１１６の周囲には、垂直走査回路１１２と、読み出し回路１１３と、水平走査回路１１４とを含む周辺回路１１５が設けられている。出力信号線１０８ａ、１０８ｂは、行列状に配された画素１０１の各々の列に設けられている。例えば奇数番目の行に位置する画素１０１は、出力信号線１０８ａによって共通接続されている。例えば偶数番目の行に位置する画素１０１は、出力信号線１０８ｂによって共通接続されている。各々の列に設けられた出力信号線１０８ａ、１０８ｂは、読み出し回路１１３に接続されている。転送パルスφＴＸ、リセットパルスφＲＥＳ、選択パルスφＳＥＬを画素１０１にそれぞれ印加するためのそれぞれの信号線は、各行において共通となっている。従って、同一行に位置する画素１０１には、同一の転送パルスφＴＸ、リセットパルスφＲＥＳ、選択パルスφＳＥＬが、垂直走査回路１１２によってそれぞれ印加される。垂直走査回路１１２は、転送パルスφＴＸ、リセットパルスφＲＥＳ及び選択パルスφＳＥＬを適宜出力することによって、行列状に配された画素１０１を行単位で順次走査し、各々の画素１０１によって得られた信号を読み出し回路１１３に出力する。読み出し回路１１３は、画素１０１からの信号を保持する。読み出し回路１１３に保持された信号が、水平走査回路１１４からの駆動信号に応じて選択され、出力アンプ１１１を介して順次外部に出力される。図１では、説明の便宜上、４行４列の画素１０１が図示されているが、実際には数十万〜数千万の画素１０１が行列状に配置されている。
【００１３】
図２は、撮像素子３０６に備えられたカラーフィルタのレイアウトを示す平面図である。Ｒは赤色のカラーフィルタを示しており、ＧｒとＧｂとは緑色のカラーフィルタを示しており、Ｂは青色のカラーフィルタを示している。このように、赤色のカラーフィルタと緑色のカラーフィルタと青色のカラーフィルタとが規則的に配されている。図２に示すようなレイアウトは、ベイヤ配列と称され、高い解像度と、優れた色再現性とが実現される。
【００１４】
図３は、本実施形態による撮像装置を示すブロック図である。本実施形態による撮像装置３００のボディ（図示せず）には、ズーム機能を有するレンズユニット（撮像光学系）３２２が備えられる。レンズユニット３２２は、フォーカスレンズ３２３と、ズームレンズ３０１と、レンズ駆動部３０２と、メカニカルシャッタ３０３と、絞り３０４と、シャッタ・絞り駆動部３０５等とを含む。レンズユニット３２２は、撮像装置３００のボディから着脱可能であってもよいし、着脱不能であってもよい。フォーカスレンズ３２３やズームレンズ３０１は、レンズ駆動部３０２によって駆動される。ズームレンズ３０１の焦点距離を最も短くした状態はワイド端と称され、ズームレンズ３０１の焦点距離を最も長くした状態はテレ端と称される。レンズ駆動部３０２は、ワイド端とテレ端との範囲内において、ズームレンズ３０１を適宜駆動し得る。メカニカルシャッタ３０３は、露出時間を制御する。絞り３０４は、光量を調節する。メカニカルシャッタ３０３及び絞り３０４は、シャッタ・絞り駆動部３０５によって制御される。レンズユニット３２２によって形成される光学像は、撮像素子３０６の撮像面４０８（図４参照）に結像される。
【００１５】
撮像素子３０６の撮像面４０８には、上述したように画素アレイ１１６が形成されており、画素アレイ１１６によって取得された被写体像、即ち、画像信号が、撮像素子３０６からアナログフロントエンド（ＡＦＥ）３０７に出力される。アナログフロントエンド３０７には、ノイズを除去する相関二重サンプリング（ＣＤＳ）回路、信号ゲインを調節するアンプ、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器等が備えられている。アナログフロントエンド３０７は、例えばＲ、Ｇ、Ｂのデジタルの画像信号を、信号処理部３０８に出力する。信号処理部３０８は、ノイズを軽減するローパスフィルタ処理、シェーディング処理、ホワイトバランス（ＷＢ）処理等の各種信号処理を行う。更に、信号処理部３０８は、キズ補正、ダークシェーディング補正、黒引き処理等の各種補正や、圧縮処理等を行う。こうして、信号処理部３０８によって画像データが生成される。なお、ＡＦＥ３０７に備えられているＣＤＳ回路やＡＤ変換器などは、撮像素子３０６が内蔵するように構成しても構わない。
【００１６】
制御部３１１は、撮像装置３００の全体の制御を司るとともに、各種演算処理を行う。タイミングジェネレータ（ＴＧ）３０９は、制御部３１１からの制御信号に基づいて、撮像素子３０６を駆動させるための駆動パルスを発生させる。メモリ（第１のメモリ）３１０は、画像データ等を一時的に記憶する。メモリ３１０としては、例えばＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）等が用いられる。記録媒体３１４は、不揮発性の記録媒体であり、画像データ等が記録される。記録媒体３１４としては、例えば半導体メモリ等が用いられる。記録媒体３１４は、撮像装置３００から着脱可能であってよいし、着脱不能であってもよい。記録媒体制御インターフェース部（記録媒体制御Ｉ／Ｆ部）３１２は、記録媒体３１４に対して、画像データの書き込みや読み出しを行う。表示部３１３は、画像の表示等を行う。制御部３１１は、後述するように、撮影感度（例えば、ＩＳＯ感度）Ｓｖに応じて光学ズーム及びデジタルズームを制御する制御手段として機能し得る。後述するＡＥ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｅｘｐｏｓｕｒｅ）動作においては、被写体輝度Ｂｖに基づいてＩＳＯ感度Ｓｖが決定される。このため、ＩＳＯ感度Ｓｖに応じて光学ズーム及びデジタルズームを制御するということは、被写体輝度Ｂｖに応じた光学ズーム及びデジタルズームを制御するということでもある。制御部３１１は、後述するように、ＩＳＯ感度Ｓｖが閾値以下である場合には、光学ズームによってズームを行い、ズームレンズ３０１の位置に応じた湾曲度となるように湾曲制御部３２０に撮像面４０８の湾曲度を変更させる。また、制御部３１１は、後述するように、ＩＳＯ感度Ｓｖが閾値より高い場合には、デジタルズームによってズームを行う。制御部３１１は、後述するように、撮像素子３０６に配されたセンサ、即ち、歪ゲージ３１９を用いて得られる信号に応じて、湾曲制御部３２０に撮像面４０８の湾曲度を変更させる。
【００１７】
外部インターフェース部（外部Ｉ／Ｆ部）３１５は、外部機器（図示せず）との間で通信等を行うためのインターフェースである。メモリ（第２のメモリ）３１６は、例えば不揮発性のメモリであり、制御部３１１によって行われる各種演算の結果や、撮影条件等の各種パラメータ等を記憶する。操作部３１７を介してユーザによって行われる操作に関する情報は、制御部３１１に送信され、かかる情報に基づいて撮像装置３００全体の制御が制御部３１１によって行われる。例えば、操作部３１７は、シャッターボタンを含む各種スイッチを含み、ユーザがスイッチを押した際にはＯＮ判定の信号を制御部３１１に送信し、ユーザがスイッチを押していない際にはＯＦＦ判定の信号を制御部３１１に送信する。これらＯＮ判定やＯＦＦ判定の信号に基づいて、制御部３１１は、測光動作、測距動作等の撮影準備動作、露光動作等の撮影動作等を行う。なお、制御部３１１の動作の詳細については、後述することとする。
【００１８】
撮像素子３０６からの熱が伝わりやすい箇所に温度計３１８が配置されており、温度計３１８によって計測された撮像素子３０６の温度に関する情報が、温度計３１８から制御部３１１に定期的に送信される。撮像素子３０６には、撮像素子３０６の湾曲状態、より具体的には、半導体チップ４０１（図４参照）の湾曲状態を検出するためのセンサが備えられている。かかるセンサとしては、例えば、歪ゲージ３１９が用いられる。歪ゲージ３１９によって計測された歪に関する信号が、歪ゲージ３１９から制御部３１１に送信される。より具体的には、後述するように、図６に示すような検出回路６０１を用いて取得される信号が、制御部３１１に送信される。湾曲制御部（曲率制御部）３２０は、制御部３１１からの指令に基づいて、撮像素子３０６の撮像面４０８の湾曲度を制御する。
【００１９】
図４は、湾曲制御機構を示す断面図である。図４に示すように、撮像素子３０６を構成する半導体チップ４０１の背面側には、撮像素子３０６の撮像面４０８の湾曲状態（曲率）を変化させるための湾曲制御機構（曲率制御機構）４００が備えられている。湾曲制御機構４００は、台座４０３を含んでいる。台座４０３には、台座４０３を貫通する開口（開口部）４０５が形成されている。開口４０５は、開口寸法が第１の寸法ｄ１である第１の部分４０５ａを含んでいる。第１の部分４０５ａの下端は、台座４０３の下面に位置している。開口４０５は、第１の部分４０５ａに接続され、開口寸法が徐々に大きくなる第２の部分４０５ｂを更に含んでいる。第２の部分４０５ｂの下端は、第１の部分４０５ａの上端につながっている。第２の部分４０５ｂの下端の開口寸法はｄ１であり、第２の部分４０５ｂの上端の開口寸法はｄ２である。開口４０５は、第２の部分４０５ｂに接続され、開口寸法がｄ２より大きいｄ３である第３の部分４０５ｃを更に含んでいる。第３の部分４０５ｃの周縁部の下面は、平坦面４０４となっている。第３の部分４０５ｃの上端は、台座４０３の上面に位置している。第３の部分４０５ｃの開口寸法ｄ３は、半導体チップ４０１の寸法より若干大きめに設定されている。開口４０５のうちの第３の部分４０５ｃに半導体チップ４０１が配されている。半導体チップ４０１の周縁部の下面は、台座４０３の平坦面４０４に接着固定されている。一方、半導体チップ４０１のうちの湾曲部４０２は、台座４０３に接していない。このため、半導体チップ４０１のうちの周縁部を除く部分は、湾曲させることが可能な湾曲部４０２となっている。湾曲部４０２の上面側は、レンズユニット３２２によって形成される光学像を受光する撮像面４０８となっている。撮像面４０８には、上述したように、画素アレイ１１６が形成されている。湾曲制御機構４００は、底板４０６を更に含んでいる。底板４０６は、台座４０３の下面、即ち、底面に取り付けられている。開口４０５は、半導体チップ４０１と底板４０６とによって密閉されている。
【００２０】
湾曲制御機構４００には、湾曲制御部３２０が接続されている。湾曲制御部３２０は、吸引部４０７を含んでいる。吸引部４０７は、湾曲制御機構４００のうちの底板４０６に取り付けられている。吸引部４０７の先端は、開口４０５の内側に位置している。吸引部４０７によって開口４０５内の圧力を低下させていくと、湾曲部４０２の湾曲度、換言すれば、撮像面４０８の湾曲度が強くなっていく。図４において実線で示した半導体チップ４０１は、撮像面４０８を湾曲させた状態を示しており、図４において破線で示した半導体チップ４０１は、撮像面４０８の湾曲度を強くした状態を示している。開口４０５内の圧力を戻していくと、湾曲部４０２の湾曲度、換言すれば、撮像面４０８の湾曲度が弱くなっていく。このように、湾曲制御部３２０は、撮像面４０８の湾曲度を制御することができる。湾曲制御部３２０は、後述するように、ズームレンズ３０１の位置に応じて、撮像面４０８の湾曲度を変更する湾曲制御手段として機能し得る。
【００２１】
図１０は、応力と変形量との関係を示す図である。物体１００１に引っ張り力を加えると、引っ張り力に応じた応力σが生ずる。引っ張り力を加える前の物体１００１の長さは、Ｌである。引っ張り力を加えた後の物体１００１の長さは、Ｌ＋ΔＬである。引っ張り力を加えた際に生ずる歪（引張歪）εは、以下のような式（１）によって表される。
ε＝ΔＬ／Ｌ  ・・・（１）
そして、半導体チップ４０１のヤング率をＥとすると、以下のような式（２）が成立する。
σ＝ε×Ｅ  ・・・（２）
【００２２】
半導体チップ４０１の湾曲部４０２における湾曲度、即ち、曲率Ｃｖが大きくなると、湾曲部４０２に生ずる歪εは大きくなる。また、歪εと応力σとの間には、上記の式（２）のような関係が成立している。従って、曲率Ｃｖの変化量をΔＣｖ、歪εの変化量をΔε、応力σの変化量をΔσとすると、これらの間には以下の式（３）のような関係が成立する。
ΔＣｖ ∝ Δε ∝ Δσ  ・・・（３）
このような関係が成立するため、歪εを検出することによって、湾曲部４０２の湾曲度、即ち、曲率Ｃｖを検出することが可能である。なお、歪εは、例えば歪ゲージ３１９を用いて検出し得る。
【００２３】
図５（ａ）は、歪ゲージの例を示す平面図である。図５（ａ）に示す歪ゲージ３１９は、薄い電気絶縁物から成るベース５０１と、ベース５０１上にジグザグ形状に形成された金属の抵抗体５０２とを有している。抵抗体５０２の両端には、引き出し線５０３が接続されている。図５（ａ）に示すような歪ゲージ３１９は、左右方向に延在するパターンを含むように抵抗体５０２がレイアウトされているため、抵抗体５０２の左右方向における伸びに応じた電気抵抗の変化を検出し得る。即ち、図５（ａ）に示すような歪ゲージ３１９は、歪を１次元的に検出することが可能である。
【００２４】
図５（ｂ）は、歪ゲージの他の例を示す平面図である。図５（ｂ）に示す歪ゲージ３１９ａでは、左右方向に延在するパターンと上下方向に延在するパターンとを含むように抵抗体５０２がレイアウトされている。従って、図５（ｂ）に示すような歪ゲージ３１９ａは、抵抗体５０２の左右方向における伸びに応じた電気抵抗の変化を検出し得るのみならず、抵抗体５０２の上下方向における伸びに応じた電気抵抗の変化をも検出し得る。即ち、図５（ｂ）に示すような歪ゲージ３１９ａは、歪を２次元的に検出することが可能である。
【００２５】
図５（ｃ）は、半導体チップ４０１に歪ゲージ３１９を１つだけ取り付けた状態を示す側面図である。図５（ｄ）は、半導体チップ４０１に歪ゲージ３１９を複数取り付けた状態を示す側面図である。図５（ｅ）は、半導体チップ４０１に歪ゲージ３１９を１つだけ取り付けた状態を示す平面図である。図５（ｆ）は、半導体チップ４０１に歪ゲージ３１９を複数取り付けた状態を示す平面図である。図５（ｅ）及び図５（ｆ）は、半導体チップ４０１の裏面側（撮像面４０８とは反対側の面）から見た状態を示している。半導体チップ４０１に取り付ける歪ゲージ３１９の数は、１つであってもよいし、複数であってもよいが、高精度な制御を行う観点からは、複数の歪ゲージ３１９を用いることが好ましい。
【００２６】
なお、図５（ｃ）、図５（ｄ）では、半導体チップ４０１に歪ゲージ３１９を取り付ける場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、歪ゲージ３１９を半導体チップ４０１に形成するようにしてもよい。歪ゲージ３１９を半導体チップ４０１に形成すれば、引き出し線５０３等が煩雑になるのを防止することができ、また、製造コストの低減等に寄与することができる。図５（ｇ）は、図５（ｂ）に示すような歪ゲージ３１９ａを半導体チップ４０１に形成した場合を示す図である。図５（ｈ）は、図５（ａ）に示すような歪ゲージ３１９を半導体チップ４０１に形成した場合を示す図である。図５（ｇ）及び図５（ｈ）は、いずれも半導体チップ４０１の裏面側から見た状態を示している。図５（ｇ）に示すように、歪ゲージ３１９ａは、湾曲部４０２内に配されている。図５（ｈ）に示すように、歪ゲージ３１９は、湾曲部４０２のうちの画素アレイ１１６の外側の領域に形成されている。歪ゲージ３１９、３１９ａのベース５０１（図５（ａ）、図５（ｂ）参照）は、半導体チップ４０１の一部によって構成されている。歪ゲージ３１９、３１９ａの抵抗体５０２（図５（ａ）、図５（ｂ）参照）や、引き出し線５０３は、半導体チップ４０１の裏面側に形成された多層配線構造の配線層によって構成されている。半導体チップ４０１の裏面側には、更に検出部（歪情報取得回路）５０７が形成されている。検出部５０７は、半導体チップ４０１のうちの湾曲部４０２の外側の領域に配されている。検出部５０７は、図６を用いて後述する検出回路６０１を備えている。また、検出部５０７には、複数の歪ゲージ３１９、３１９ａのうちのいずれかの歪ゲージ３１９、３１９ａを選択する選択回路（図示せず）をも備えている。
【００２７】
撮像素子３０６の半導体チップ４０１に歪εが生ずると、歪ゲージ３１９、３１９ａのベース５０１を介して抵抗体５０２に歪が加わる。ゲージ率をＫ、歪ゲージの抵抗値をＲ、歪ゲージの抵抗変化量をΔＲとすると、以下のような式（４）が成立する。
ε＝ΔＲ／（Ｒ×Ｋ）  ・・・（４）
【００２８】
図６は、検出回路を示す図である。歪ゲージ３１９の抵抗変化量は微少であるため、歪ゲージ３１９を組み込んだホイートストンブリッジ回路によって検出回路６０１が構成されている。歪ゲージ３１９の抵抗値をＲ１、歪ゲージ３１９以外の抵抗値をＲ２〜Ｒ４とすると、入力電圧Ｖｉｎと出力電圧Ｖｏｕｔとの関係は以下のような式（５）によって表される。
Ｖｏｕｔ＝（Ｒ１×Ｒ３−Ｒ２×Ｒ４）×Ｖｉｎ／（Ｒ１＋Ｒ２）×（Ｒ３＋Ｒ４）  ・・・（５）
Ｒ１＝Ｒ２＝Ｒ２＝Ｒ４＝Ｒとし、歪ゲージ３１９の抵抗値ＲがＲ＋ΔＲになった際の出力電圧Ｖｏｕｔの変化量をΔＶｏｕｔとすると、式（５）より、以下のような式（６）が成立する。
ΔＶｏｕｔ＝ΔＲ×Ｖｉｎ／（４Ｒ＋２×ΔＲ）  ・・・（６）
【００２９】
そして、ΔＲ≪Ｒの場合、以下のような式（７）が成立する。
ΔＶｏｕｔ＝ΔＲ×Ｖｉｎ／４Ｒ  ・・・（７）
ここで、式（４）及び式（７）より、以下のような式（８）が成立する。
ΔＶｏｕｔ＝ε×Ｋ×Ｖｉｎ／４  ・・・（８）
式（８）より、以下のような式（９）が成立する。
ε＝４×ΔＶｏｕｔ／（Ｋ×Ｖｉｎ）  ・・・（９）
【００３０】
ゲージ率Ｋは定数であるため、入力電圧Ｖｉｎと、出力電圧Ｖｏｕｔの変化量ΔＶｏｕｔとに基づいて、歪εを検出し得る。なお、図６では、図５（ａ）に示すような歪ゲージ３１９が用いられているが、図５（ｂ）に示すような歪ゲージ３１９ａを用いることも可能である。
【００３１】
図７（ａ）は、湾曲部４０２の湾曲度と歪εとの関係を示す図である。ズーム位置がワイド端に近いほど、湾曲部４０２の湾曲度は大きく設定される。そして、湾曲部４０２の湾曲度が強くなるほど、歪εも大きくなる。一方、ズーム位置がテレ端に近いほど、湾曲部４０２の湾曲度は小さく設定される。そして、湾曲部４０２の湾曲度が小さくなるほど、歪εも小さくなる。なお、ε４＞ε３＞ε２＞ε１＞ε０＞０である。
【００３２】
図９は、歪と暗電流との関係を示すグラフである。図９から分かるように、湾曲部４０２における歪が大きくなると、暗電流は小さくなる傾向がある。従って、ズーム位置をテレ端側に移動させることにより、歪が小さくなった場合には、暗電流が大きくなることとなる。
【００３３】
図７（ｂ）は、湾曲部４０２の湾曲度の制御に用いられるテーブルを示す図である。図７（ｂ）に示すテーブル７０１においては、ズームレンズ３０１の位置、即ち、ズーム位置と、湾曲部４０２に生ずる歪εとの関係が示されている。テーブル７０１は、ズーム位置毎に歪εを測定することによって予め作成され、例えばメモリ３１６に格納されている。
【００３４】
制御部３１１は、ズーム位置に応じた歪をテーブル７０１等から取得する。そして、制御部３１１は、湾曲部４０２に生じている歪を、歪ゲージ３１９を用いて検出しつつ、ズーム位置に対応する歪が湾曲部４０２に生ずるように、湾曲制御部３２０を用いて湾曲部４０２の湾曲度を調整する。こうして、湾曲部４０２の湾曲度が、ズーム位置に適した湾曲度に調整される。
【００３５】
図８は、本実施形態による撮像装置の動作を示すフローチャートである。なお、ここでは、ライブビュー表示を行う場合を例に説明するが、これに限定されるものではない。
ステップＳ８０１において、制御部３１１は、メモリ３１６に記録された撮影条件のパラメータを適宜初期化する。
ステップＳ８０２において、制御部３１１は、測光制御を行い、測光の結果に応じた適正な撮影条件を算出する。より具体的には、制御部３１１は、被写体輝度Ｂｖの取得を行い、取得された被写体輝度Ｂｖに基づいて、露光時間Ｔｖ、絞り値Ａｖ、ＩＳＯ感度Ｓｖ等を算出する。このような動作は、ＡＥ動作と称される。制御部３１１は、算出したこれらのパラメータ、即ち、撮影条件に関するパラメータをメモリ３１６に記録する。
【００３６】
ステップＳ８０３において、制御部３１１は、ズーム位置の変更の操作が操作部３１７を介してユーザによって為されたか否かを判定する。ズーム位置の変更の操作がユーザによって為された場合には（ステップＳ８０３においてＹＥＳ）、ズーム位置の設定情報、即ち、ズーム位置設定情報Ｚが操作部３１７から制御部３１１に送信され、ステップＳ８０４に移行する。なお、ここでは、ズーム位置設定情報Ｚが操作部３１７から制御部３１１に送信される場合を例に説明するが、操作部３１７からの信号に基づいて制御部３１１がズーム位置設定情報Ｚを生成してもよい。ズーム位置の変更の操作がユーザによって為されなかった場合には（ステップＳ８０３においてＮＯ）、ステップＳ８０２に戻る。
【００３７】
ステップＳ８０４において、制御部３１１は、ステップＳ８０２において算出したＩＳＯ感度Ｓｖをメモリ３１６から読み出し、当該ＩＳＯ感度Ｓｖが閾値Ｘより高いか否かを判定する。ＩＳＯ感度Ｓｖが閾値Ｘより高い場合には（ステップＳ８０４においてＹＥＳ）、ステップＳ８０５に移行する。当該ＩＳＯ感度Ｓｖが閾値Ｘ以下である場合には（ステップＳ８０４においてＮＯ）、ステップＳ８０９に移行する。
【００３８】
ステップＳ８０５において、制御部３１１は、光学ズームにおけるズーム位置を、初期設定の位置、例えば、ワイド端の位置に設定する。
ステップＳ８０６において、制御部３１１は、撮像素子３０６によって取得される画像の一部を拡大することによってズームを行うデジタルズーム方式を選択する。
ステップＳ８０７において、制御部３１１は、撮影を行うことにより、画像を取得する。
【００３９】
ステップＳ８０８において、制御部３１１は、ズーム位置設定情報Ｚに応じた領域を、ステップＳ８０７において取得した画像のうちから切り取り、当該領域に対して拡大処理を行う。焦点距離が長いほど、即ち、ズーム位置設定情報Ｚが示すズーム位置がテレ端側に近いほど、切り取られる領域は小さくなり、拡大倍率は大きくなる。このようにして、デジタルズーム方式による画像取得が行われる。この後、ステップＳ８０２に戻り、上記と同様の動作が繰り返される。
【００４０】
ステップＳ８０９において、制御部３１１は、デジタルズームにおけるズーム位置を、初期設定の位置、例えば、ワイド端の位置に設定する。
ステップＳ８１０において、制御部３１１は、ズームレンズ３０１を移動させることによってズームを行う光学ズームを選択する。
ステップＳ８１１において、制御部３１１は、操作部３１７からのズーム位置設定情報Ｚに基づいて、レンズ駆動部３０２を介してズームレンズ３０１を駆動することにより、ズーム位置を変更する。即ち、ステップＳ８１１では、光学ズームのためのズーム位置の変更が行われる。制御部３１１は、ズーム位置設定情報Ｚをメモリ３１６に記録する。
【００４１】
ステップＳ８１２において、制御部３１１は、ズーム位置設定情報Ｚをメモリ３１６から読み出す。
ステップＳ８１３において、制御部３１１は、ズーム位置に応じた歪を、図７（ｂ）に示すようなテーブル７０１から取得する。
【００４２】
ステップＳ８１４において、制御部３１１は、ズーム位置に応じた歪に対応する応力σを、湾曲制御部３２０を用いて半導体チップ４０１に加え、これにより湾曲部４０２の湾曲度を変更する。
ステップＳ８１５において、制御部３１１は、撮影を行うことにより画像を取得する。このようにして、光学ズーム方式による画像取得が行われる。この後、ステップＳ８０２に戻り、上記と同様の動作が繰り返される。
【００４３】
このように、本実施形態では、ＩＳＯ感度Ｓｖが閾値Ｘよりも高い場合には、デジタルズーム方式が選択される。デジタルズーム動作においては、光学ズームにおけるズーム位置がワイド端の位置に設定され、湾曲部４０２の湾曲度はズーム位置によって変更されないため、暗電流が増加してしまうことはない。一方、本実施形態では、ＩＳＯ感度Ｓｖが閾値Ｘ以下の場合には、光学ズーム方式が選択される。光学ズーム方式においては、湾曲部４０２の湾曲度がズーム位置に応じて変更されるため、ズーム位置をテレ端側に移動させるほど、暗電流が増加する。しかし、ＩＳＯ感度Ｓｖが閾値Ｘ以下の場合には、被写体の輝度は十分に高いため、暗電流が増加しても、十分なＳ／Ｎ比が確保される。従って、本実施形態によれば、画質の低下を防止することができる。
【００４４】
［第２実施形態］
第２実施形態による撮像装置及び撮像方法について図面を用いて説明する。図１乃至図１０に示す第１実施形態による撮像装置及び撮像方法と同一の構成要素には、同一の符号を付して説明を省略または簡潔にする。
【００４５】
本実施形態による撮像装置は、光学ズームとデジタルズームとを適宜組み合わせるものである。制御部３１１は、後述するように、ＩＳＯ感度Ｓｖが第１の値である場合には、ズームレンズ３０１を第１の位置に設定し、撮像面４０８の湾曲度を第１の湾曲度に設定する。そして、制御部３１１は、撮像素子３０６によって取得される画像の一部を第１の倍率で拡大することにより、第２の倍率のズームを行う。ＩＳＯ感度Ｓｖが第１の値より低い第２の値である場合には、制御部３１１は、ズームレンズ３０１を第１の位置よりもテレ端側の第２の位置に設定し、撮像面４０８の湾曲度を第１の湾曲度より弱い第２の湾曲度に設定する。そして、制御部３１１は、撮像素子３０６によって取得される画像の一部を第１の倍率よりも小さい第３の倍率で拡大することによって、第２の倍率のズームを行う。
【００４６】
図１２は、本実施形態による撮像装置の動作を示すフローチャートである。なお、ここでは、ライブビュー表示を行う場合を例に説明するが、これに限定されるものではない。
ステップＳ１２０１において、制御部３１１は、図８を用いて上述した第１実施形態におけるステップＳ８０１と同様に、メモリ３１６に記録された撮影条件のパラメータを適宜初期化する。
【００４７】
ステップＳ１２０２において、制御部３１１は、図８を用いて上述した第１実施形態におけるステップＳ８０２と同様に、測光制御を行い、測光の結果に応じた適正な撮影条件を算出する。より具体的には、制御部３１１は、被写体輝度Ｂｖの取得を行い、取得された被写体輝度Ｂｖに基づいて、露光時間Ｔｖ、絞り値Ａｖ、ＩＳＯ感度Ｓｖ等を算出する。制御部３１１は、算出したこれらのパラメータ、即ち、撮影条件に関するパラメータをメモリ３１６に記録する。
【００４８】
ステップＳ１２０３において、制御部３１１は、図８を用いて上述した第１実施形態におけるステップＳ８０３と同様に、ズーム位置の変更の操作が操作部３１７を介してユーザによって為されたか否かを判定する。ズーム位置の変更の操作がユーザによって為された場合には（ステップＳ１２０３においてＹＥＳ）、ズーム位置設定情報Ｚが操作部３１７から制御部３１１に送信され、ステップＳ１２０４に移行する。ズーム位置の変更の操作がユーザによって為されなかった場合には（ステップＳ１２０３においてＮＯ）、ステップＳ１２０２に戻る。
【００４９】
ステップＳ１２０４において、制御部３１１は、ステップＳ１２０２において算出したＩＳＯ感度Ｓｖをメモリ３１６から読み出し、当該ＩＳＯ感度Ｓｖと、ズーム位置設定情報Ｚとに基づいて、光学ズームにおけるズーム位置を決定する。光学ズームにおけるズーム位置は、例えば、図１３に示すようなテーブル１３０１に基づいて決定される。図１３は、テーブルの例を示す図である。図１３には、ＩＳＯ感度Ｓｖと、ズーム位置設定情報Ｚと、光学ズームにおけるズーム位置との関係が示されている。なお、Ｓｖ５＞Ｓｖ４＞Ｓｖ３＞Ｓｖ２＞Ｓｖ１である。ズーム位置Ｍ１はワイド端に比較的近く、ズーム位置Ｍ３はテレ端に近く、ズーム位置Ｍ２は、ズーム位置Ｍ１とズーム位置Ｍ３との間に位置している。
【００５０】
ＩＳＯ感度ＳｖがＳｖ１の場合には、光学ズームにおけるズーム位置は例えば以下のように設定される。即ち、ズーム位置設定情報ＺがＸ１、即ち、ワイド端相当の場合には、光学ズームにおけるズーム位置はワイド端に設定される。また、ズーム位置設定情報ＺがＸ２、即ち、ズーム位置Ｍ１相当の場合には、光学ズームにおけるズーム位置はＭ１に設定される。また、ズーム位置設定情報ＺがＸ３、即ち、ズーム位置Ｍ２相当の場合には、光学ズームにおけるズーム位置はＭ２に設定される。また、ズーム位置設定情報ＺがＸ４、即ち、ズーム位置Ｍ３相当の場合には、光学ズームにおけるズーム位置はＭ３に設定される。また、ズーム位置設定情報ＺがＸ５、即ち、テレ端相当の場合には、光学ズームにおけるズーム位置はテレ端に設定される。
【００５１】
ＩＳＯ感度がＳｖ２の場合には、光学ズームにおけるズーム位置は例えば以下のように設定される。即ち、ズーム位置設定情報ＺがＸ１（ワイド端相当）の場合と、Ｘ２（ズーム位置Ｍ１相当）の場合には、光学ズームにおけるズーム位置はワイド端に設定される。また、ズーム位置設定情報ＺがＸ３（ズーム位置Ｍ２相当）の場合には、光学ズームにおけるズーム位置はＭ１に設定される。また、ズーム位置設定情報ＺがＸ４（ズーム位置Ｍ３相当）の場合には、光学ズームにおけるズーム位置はＭ２に設定される。また、ズーム位置設定情報ＺがＸ５（テレ端相当）の場合には、光学ズームにおけるズーム位置はＭ３に設定される。
【００５２】
ＩＳＯ感度がＳｖ３の場合には、光学ズームにおけるズーム位置は例えば以下のように設定される。即ち、ズーム位置設定情報ＺがＸ１（ワイド端相当）の場合と、Ｘ２（ズーム位置Ｍ１相当）の場合と、Ｘ３（ズーム位置Ｍ２相当）の場合には、光学ズームにおけるズーム位置はワイド端に設定される。また、ズーム位置設定情報ＺがＸ４（ズーム位置Ｍ３相当）の場合には、光学ズームにおけるズーム位置はＭ１に設定される。また、ズーム位置設定情報ＺがＸ５（テレ端相当）の場合には、光学ズームにおけるズーム位置はＭ２に設定される。
【００５３】
ＩＳＯ感度がＳｖ４の場合には、光学ズームにおけるズーム位置は例えば以下のように設定される。即ち、ズーム位置設定情報ＺがＸ１（ワイド端相当）からＸ４（ズーム位置Ｍ３相当）の場合には、光学ズームにおけるズーム位置はワイド端に設定される。また、ズーム位置設定情報ＺがＸ５（テレ端相当）の場合には、光学ズームにおけるズーム位置はＭ１に設定される。
ＩＳＯ感度がＳｖ５の場合には、例えば、ズーム位置設定情報Ｚがいずれの場合においても、光学ズームにおけるズーム位置はワイド端に設定される。
【００５４】
このように、テーブル１３０１では、ＩＳＯ感度Ｓｖが高いほど、湾曲部４０２の湾曲度が緩和されにくいようになっている。このため、光学ズームにおけるズーム位置をテーブル１３０１に基づいて決定すれば、ＩＳＯ感度Ｓｖが高い際、即ち、被写体輝度Ｂｖが低い際に、暗電流が増加するのを防止することができ、ひいては、Ｓ／Ｎ比が悪化するのを防止することができる。
【００５５】
ステップＳ１２０５において、制御部３１１は、ステップＳ１２０４において決定した光学ズームにおけるズーム位置に基づいて、レンズ駆動部３０２を用いてズームレンズ３０１を駆動する。
ステップＳ１２０６において、制御部３１１は、撮影を行うことにより、画像を取得する。
【００５６】
ステップＳ１２０７において、制御部３１１は、デジタルズームを行う。具体的には、ズーム位置設定情報Ｚに応じたズーム倍率Ａと、光学ズームにおけるズーム位置に応じた光学ズーム倍率Ｂとに基づいて、デジタルズーム倍率Ｄを算出する。デジタルズーム倍率Ｄは、以下のような式（１０）により算出し得る。
Ｄ＝Ａ／Ｂ  ・・・（１０）
【００５７】
そして、制御部３１１は、デジタルズーム倍率Ｄに応じた領域を、ステップＳ１２０６において取得した画像のうちから切り取り、当該領域に対して拡大処理を行う。このようにして、デジタルズーム方式による画像取得が行われる。この後、ステップＳ１２０２に戻り、上記と同様の動作が繰り返される。
【００５８】
このように、光学ズームとデジタルズームとを適宜組み合わせてもよい。本実施形態によれば、ＩＳＯ感度Ｓｖが比較的高い場合には、湾曲部４０２の湾曲度をあまり緩和しないようにするため、暗電流の増加を抑制することができる。一方、ＩＳＯ感度Ｓｖが比較的低い場合には、湾曲部４０２の湾曲度が緩和されやすいが、暗電流が増加しても、被写体の輝度が十分に高いため、十分なＳ／Ｎ比が確保される。従って、本実施形態においても、画質の低下を防止することができる。しかも、本実施形態によれば、ＩＳＯ感度が高くなるに伴って湾曲部４０２の湾曲度が徐々に緩和されにくくなるようなテーブル１３０１を用いるため、被写体輝度Ｂｖの変化に伴ってＩＳＯ感度Ｓｖが変化した際の画質の変化を緩やかにすることができる。
【００５９】
［変形実施形態］
上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
例えば、上記実施形態では、ＩＳＯ感度Ｓｖが閾値Ｘより高いか否かに基づいてズーム方式を決定する例を示したが、これに限定されるものではない。例えば、ＡＥ動作の際に算出される被写体輝度Ｂｖに基づいて、ズーム方式を決定するようにしてもよい。例えば、被写体輝度Ｂｖが閾値より低い場合にデジタルズーム方式を選択し、被写体輝度Ｂｖが閾値以上である場合に光学ズーム方式を選択するようにしてもよい。また、操作部３１７を介して行われるユーザによる操作によって、ズーム方式の選択が行われてもよい。
【００６０】
また、上記実施形態では、吸引部４０７によって開口４０５内の圧力を変化させることによって湾曲部４０２の湾曲度を変化させる場合を例に説明したが、湾曲部４０２の湾曲度を変化させる手法はこれに限定されるものではない。あらゆる方法を適宜用いて、湾曲部４０２の湾曲度を変化させ得る。例えば、半導体チップ４０１の裏面を物理的に引っ張ることにより、湾曲度を変化させてもよい。
【００６１】
また、上記実施形態では、歪ゲージ３１９を用いて湾曲度を検出する場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。図１１は、湾曲度の検出方法の他の例を示す図である。図１１に示すように、基準面から湾曲部４０２の各箇所までの距離を、レーザ光等を用いて測定するようにしてもよい。そして、基準面から湾曲部４０２の各箇所までの距離に基づいて、湾曲部４０２の湾曲度を検出するようにしてもよい。
【００６２】
また、上記実施形態では、画素アレイ１１６に画素１０１が２次元的に配列されている場合、即ち、撮像素子３０６がエリアセンサである場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。例えば、撮像素子３０６は、画素アレイ１１６に画素１０１が１次元的に配列されたリニアセンサであってもよい。
【００６３】
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。
【符号の説明】
【００６４】
３０６…撮像素子
３１１…制御部
３２０…湾曲制御部
４００…湾曲制御機構
４０２…湾曲部
４０８…撮像面
【図１】
2018106034.tif 000003
【図２】
2018106034.tif 000004
【図３】
2018106034.tif 000005
【図４】
2018106034.tif 000006
【図５−１】
2018106034.tif 000007
【図５−２】
2018106034.tif 000008
【図６】
2018106034.tif 000009
【図７】
2018106034.tif 000010
【図８】
2018106034.tif 000011
【図９】
2018106034.tif 000012
【図１０】
2018106034.tif 000013
【図１１】
2018106034.tif 000014
【図１２】
2018106034.tif 000015
【図１３】
2018106034.tif 000016