(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素が２次元状に配列され、前記画素に蓄積された信号を読み出す読み出し回路を含む撮像素子と、
前記撮像素子に応力を発生させ、撮像面を湾曲させる駆動手段と、
前記撮像面が湾曲することにより変化する前記読み出し回路の信号読み出し特性に応じて、前記撮像素子の信号蓄積動作を行う場合に前記撮像素子が受ける応力が前記撮像素子の信号読み出し動作を行う場合に前記撮像素子が受ける応力よりも大きくなるように前記駆動手段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】
前記制御手段は、前記信号読み出し動作を行う場合に前記撮像素子が受ける応力がゼロになるように前記駆動手段を制御す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】
複数の画素が２次元状に配列され、前記画素に蓄積された信号を読み出す読み出し回路を含む撮像素子と、
前記撮像素子の撮像面を湾曲させる駆動手段と、
前記撮像面が湾曲することにより変化する前記読み出し回路の信号読み出し特性に応じて、前記撮像素子の信号蓄積動作を行う場合の前記撮像面の曲率が前記撮像素子の信号読み出し動作を行う場合の前記撮像面の曲率よりも大きくなるように前記駆動手段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４】
前記撮像素子に対する露光を制御するシャッターをさらに有し、
前記制御手段は、前記信号蓄積動作を行う場合に前記シャッターを開動作させ、前記信号読み出し動作を行う場合に前記シャッターを閉動作させるように制御することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記撮像素子を露光して第１の画像を撮像する第１の撮像処理と、前記撮像素子を遮光した状態で第２の画像を撮像する第２の撮像処理を実行し、
前記第１の撮像処理時と前記第２の撮像処理時とで前記駆動手段が前記撮像素子に対して同様の制御を行うように制御することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記第１の撮像処理により得た第１の画像を、前記第２の撮像処理により得た第２の画像を用いて補正する処理手段をさらに有することを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
【請求項７】
駆動手段が、複数の画素が２次元状に配列され、前記画素に蓄積された信号を読み出す読み出し回路を含む撮像素子に応力を発生させ、撮像面を湾曲させる駆動ステップと、
制御手段が、前記撮像面が湾曲することにより変化する前記読み出し回路の信号読み出し特性に応じて、前記撮像素子の信号蓄積動作を行う場合に前記撮像素子が受ける応力が前記撮像素子の信号読み出し動作を行う場合に前記撮像素子が受ける応力よりも大きくなるように前記駆動手段を制御する制御ステップと、
を有することを特徴とする撮像装置の制御方法。
【請求項８】
駆動手段が、複数の画素が２次元状に配列され、前記画素に蓄積された信号を読み出す読み出し回路を含む撮像素子の撮像面を湾曲させる駆動ステップと、
制御手段が、前記撮像面が湾曲することにより変化する前記読み出し回路の信号読み出し特性に応じて、前記撮像素子の信号蓄積動作を行う場合の前記撮像面の曲率が前記撮像素子の信号読み出し動作を行う場合の前記撮像面の曲率よりも大きくなるように前記駆動手段を制御する制御ステップと、
を有することを特徴とする撮像装置の制御方法。
【請求項９】
コンピュータを、請求項１ないし６のいずれか１項に記載された撮像装置の各手段として機能させるためのプログラム。
【請求項１０】
コンピュータを、請求項１ないし６のいずれか１項に記載された撮像装置の各手段として機能させるためのプログラムを記憶したコンピュータが読み取り可能な記憶媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置およびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＭＯＳやＣＣＤなどの固体撮像素子を用いて撮影を行うデジタルカメラなどの撮像装置において、レンズ収差を補正するために、撮像面を湾曲させた構造の撮像素子が提案されている（特許文献１参照）。特許文献１のように、撮像素子の撮像面を湾曲させることで、レンズから入射してくる被写体からの光線と撮像面を直交させることが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４６０４３０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１のように、撮像素子の撮像面を湾曲させると画素の周辺回路に影響を及ぼす可能性がある。撮像素子の周辺回路は、平面基板上に回路素子が積層配置されている。回路素子の中には、素子を構成する部品の間隔や形状によって特性が変化するものがある。そのため、撮像素子を湾曲させることで周辺回路が変形したりすると、設計上の特性が得られなくなる場合がある。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みてなされ、その目的は、画像撮影時に撮像素子や周辺回路の特性の変化に応じて撮像素子に加える力を適切に制御することができる技術を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明の撮像装置は、複数の画素が２次元状に配列され、前記画素に蓄積された信号を読み出す読み出し回路を含む撮像素子と、前記撮像素子に応力を発生させ、撮像面を湾曲させる駆動手段と、前記撮像面が湾曲することにより変化する前記読み出し回路の信号読み出し特性に応じて、前記撮像素子の信号蓄積動作を行う場合に前記撮像素子が受ける応力が前記撮像素子の信号読み出し動作を行う場合に前記撮像素子が受ける応力よりも大きくなるように前記駆動手段を制御する制御手段と、を有することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の撮像装置は、複数の画素が２次元状に配列され、前記画素に蓄積された信号を読み出す読み出し回路を含む撮像素子と、前記撮像素子の撮像面を湾曲させる駆動手段と、前記撮像面が湾曲することにより変化する前記読み出し回路の信号読み出し特性に応じて、前記撮像素子の信号蓄積動作を行う場合の前記撮像面の曲率が前記撮像素子の信号読み出し動作を行う場合の前記撮像面の曲率よりも大きくなるように前記駆動手段を制御する制御手段と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、撮像素子や周辺回路の特性の変化に応じて撮像素子が受ける応力を適切に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態の撮像装置の構成を示すブロック図。
【図２】本実施形態の撮像素子の電気的な構成を示す回路図。
【図３】本実施形態の応力制御部の構成を示す図。
【図４】本実施形態の撮像素子の容量特性の説明図。
【図５】本実施形態の撮像素子の列アンプ回路の説明図。
【図６】実施形態１の通常の画像撮影時のフローチャート。
【図７】実施形態１の通常の画像撮影時のタイミングチャート。
【図８】実施形態２の黒引き処理用の遮光画像撮影時のフローチャート。
【図９】実施形態２の黒引き処理用の遮光画像撮影時のタイミングチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、添付図面を参照して本発明を実施するための形態について詳細に説明する。尚、以下に説明する実施の形態は、本発明を実現するための一例であり、本発明が適用される装置の構成や各種条件によって適宜修正又は変更されるべきものであり、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。また、後述する各実施形態の一部を適宜組み合わせて構成しても良い。
【００１１】
［実施形態１］以下、本発明を、静止画や動画を撮影可能なデジタルカメラなどの撮像装置に適用した実施形態について説明する。なお、本発明は、撮像素子に力を加えて曲げ応力を発生させ、撮像面を湾曲させる制御が可能な機能を有する他の装置にも適用可能である。
【００１２】
＜装置構成＞図１を参照して、本発明に係る実施形態の撮像装置の構成および機能の概略について説明する。
【００１３】
図１において、本実施形態の撮像装置は、光学系１０１、撮像素子１０２、撮像制御部１０３、前処理部１０４、信号処理部１０５、メモリ部１０６、表示部１０７、記録部１０８、操作部１０９、主制御部１１０および応力制御部１１１を有する。
【００１４】
光学系１０１は、被写体像を撮像素子１０２に結像させるフォーカスレンズ、光学的にズーミングを行うズームレンズ、被写体像の明るさを調整する絞り、露光を制御するメカニカルシャッター（以下、シャッター）などを含む。
【００１５】
撮像素子１０２は、２次元状に配列された複数の画素と、これら画素から読み出された信号を所定の順番で読み出す回路とを備える。
【００１６】
撮像制御部１０３は、主制御部１１０からの制御信号により動作し、定電圧や駆動能力を強化させたパルスを供給することで光学系１０１および撮像素子１０２の各要素を駆動する。また、撮像制御部１０３は、主制御部１１０からの制御信号に基づいて、撮像素子１０２の読み出しモードを後述する通常の画像撮影モードや黒引き撮影モードに切り替える。
【００１７】
前処理部１０４は、主制御部１１０からの制御信号により動作し、アナログ信号である撮像素子１０２の出力信号に含まれるリセットノイズなどのノイズ成分を除去する相関２重サンプリング回路（ＣＤＳ回路）、ノイズが除去された出力信号の振幅を調整するゲインコントールアンプ、および、振幅が調整されたアナログ信号である出力信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路などを含む。なお、前処理部１０４に含まれるこれらの構成要素は、撮像素子１０２に内蔵されていてもかまわない。
【００１８】
信号処理部１０５は、主制御部１１０からの制御信号により動作し、前処理部１０４から出力されるデジタル信号に対して色変換処理やガンマ補正処理、欠陥画素補正処理などを行い、圧縮処理を行って画像データを生成する。また、信号処理部１０５は、画像データをメモリ部１０６や記録部１０８へ出力したり、メモリ部１０６や記録部１０８から読み出した画像データに所定の信号処理を施す。さらに、信号処理部１０５は、撮像素子１０２からの信号から合焦状態や露光量等の測光データを検出し、主制御部１１０に出力する機能も有する。
【００１９】
メモリ部１０６は、主制御部１１０からの制御信号に基づいて、前処理部１０４から出力されるデジタル信号や信号処理部１０５から出力される画像データを一時的に記憶する。また、信号処理部１０５は、表示用の画像データを表示部１０７へ出力する。
【００２０】
表示部１０７は、例えば電子ビューファインダー（ＥＶＦ）や液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）などが用いられ、主制御部１１０からの制御信号に基づいてメモリ部１０６に記憶された表示用の画像データを表示する。ユーザは、表示部１０７に表示された画像を見ながら、撮影前の構図決めや撮影後の画像の確認を行うことができる。
【００２１】
記録部１０８は、主制御部１１０からの制御信号に基づいて、信号処理部１０５から出力される画像データを記録したり、既に記録されている画像データを出力する。記録部１０８は、撮像装置に装着されるメモリカードやハードディスクドライブなどであっても良いし、撮像装置に内蔵されたフラッシュメモリやハードディスクドライブであってもよい。また、上述したメモリ部１０６と同一の構成としもよい。
【００２２】
操作部１０９は、撮像装置１００への各種指示を入力するためのユーザ操作を受け付ける操作手段であり、ボタンやスイッチなどの物理的な操作部材や、タッチパネルを通じたオンスクリーンでの入力手段など様々な形態が利用可能である。操作部１０９は、例えば、画像の撮影時や再生時の各種設定を行うメニュースイッチ、ズーム動作を指示するズームレバー、撮影モードや再生モードなどの動作モードの切替スイッチ、シャッタースイッチ、電源スイッチなどを含む。主制御部１１０は、ユーザが操作部１０９を介して入力した指示や設定に基づいて撮像装置を制御すると共に、表示部１０７に設定情報や動作状態、画像などを表示する。
【００２３】
主制御部１１０は、ＣＰＵ、メインメモリ（ＲＡＭ）、入出力回路、タイマー回路などを有し、ＣＰＵがメモリ部１０６に格納されたプログラムをＲＡＭの作業エリアに展開し、実行することにより、装置全体の動作を制御する。なお、メインメモリとメモリ部１０６とを同一の構成としもよい。
【００２４】
主制御部１１０は、操作部１０９からの指示により、例えば信号処理部１０５で得られた合焦状態や露光量等の測光データに応じて、光学系１０１を制御して、最適な被写体像を撮像素子１０２に結像させる。また、操作部１０９からの指示や予め決められた撮影条件に応じて応力制御部１１１へ制御信号を出力し、撮像素子１０２に外力を加えて所定の応力を発生させる。さらに、主制御部１１０は、メモリ部１０６や記録部１０８の使用状況を監視することもできる。
【００２５】
応力制御部１１１は、主制御部１１０からの制御信号に応じて動作し、後述するように撮像素子１０２に力を加えて曲げ応力を発生させ、撮像面を湾曲させる。
【００２６】
本実施形態の撮像装置の動作は、下記のように行うものとする。
【００２７】
＜表示画像の制御＞
（１）操作部１０９の電源スイッチからの指示により電源がオンする。
【００２８】
（２）信号処理部１０５で、撮像素子１０２からの出力信号を表示用の画像データに変換して、表示部１０７に表示すると共に、測光データを検出し、主制御部１１０に出力する。
【００２９】
（３）測光データを元にして、主制御部１１０が光学系１０１を制御する。
【００３０】
（４）（２）および（３）を繰り返すとともに、操作部１０９からの指示を待つ。
【００３１】
＜静止画撮影の制御＞
（１）操作部１０９の撮影スイッチからの指示により静止画撮影の制御が始まる。
【００３２】
（２）信号処理部１０５で、撮像素子１０２からの出力信号から測光データを検出し、主制御部１１０に出力する。
【００３３】
（３）測光データを元にして、主制御部１１０が光学系１０１を制御する。
【００３４】
（４）撮像素子１０２において、静止画記録用の露光と信号の出力を行う。
【００３５】
（５）信号処理部１０５で、撮像素子１０２からの出力信号を記録用の画像データに変換して、記録部１０８に出力し、記録すると共に、表示用の画像データに変換して、表示部１０７に表示する。
【００３６】
（６）表示画像の制御に戻る。
【００３７】
＜撮像素子＞次に、図２を参照して、本実施形態の撮像素子１０２の詳細な構成について説明する。
【００３８】
図２は、本実施形態の撮像素子１０２の電気的な構成を示す回路図である。なお、図２では説明の簡略化のために、単位画素２０１を４行×４列のみ示しているが、実際には多数の単位画素２０１が２次元状に配置されている。
【００３９】
図２において、単位画素２０１は、フォトダイオード（ＰＤ）２０２、転送スイッチ２０３、フローティングディフュージョン（ＦＤ）２０４、ソースフォロアとして機能する増幅ＭＯＳアンプ２０５、選択スイッチ２０６、リセットスイッチ２０７を備える。ＰＤ２０２において光が電荷に変換され、ＰＤ２０２で発生した電荷は転送信号φＴＸを転送スイッチ２０３に印加することによりＰＤ２０２からＦＤ２０４に転送され、ＦＤ２０４に一時的に蓄積される。ＦＤ２０４、増幅ＭＯＳアンプ２０５、及び増幅ＭＯＳアンプ２０５の負荷となる定電流源２０９によりフローティングディフュージョンアンプが構成される。そして、選択信号φＳＥＬを印加することにより選択スイッチ２０６がオンになり、選択された画素のＦＤ２０４に蓄積された信号電荷が電圧に変換され、信号出力線２０８を介して読み出し回路２１３に出力される。さらに、水平走査回路２１４により選択信号線２１０に選択信号を出力することで読み出し回路２１３から出力する信号が選択され、選択された出力信号が出力アンプ２１１を介して画素信号が撮像素子１０２の外部に出力される。ＦＤ２０４に蓄積された電荷の除去は、リセット信号φＲＥＳをリセットスイッチ２０７に印加することにより行われる。また、垂直走査回路２１２は、転送スイッチ２０３、選択スイッチ２０６、リセットスイッチ２０７を選択的にオンオフする駆動を行う。
【００４０】
＜応力制御部＞次に、図３を参照して、撮像素子１０２に力を加える応力制御部１１１の構成について説明する。
【００４１】
撮像素子１０２に力を加える方式として、磁力や負圧を用いた方法などがある。本実施形態では、気体または液体の負圧を用いて撮像素子１０２に引っ張り方向の力を加える応力制御機構について説明する。
【００４２】
図３は、応力制御機構が接続された撮像素子１０２の断面構成を示している。図３（ａ）は撮像素子１０２に力を加えていない状態、図３（ｂ）は撮像素子１０２に力を加えている状態をそれぞれ示している。
【００４３】
図３（ａ）において、撮像素子１０２は、画素チップ部３０１、保持部３０２、蓋部３０３、空間部３０４、吸引部３０５を備えている。撮像素子１０２の画素チップ部３０１は、中央部分に単位画素２０１が２次元状に配列された撮像領域（撮像面）を有し、周辺部分に図２の各回路部２０９〜２１５を有する半導体基板である。保持部３０２は、画素チップ部３０１を湾曲可能な状態で保持している。蓋部３０３は、保持部３０２と接合している。空間部３０４は画素チップ部３０１、保持部３０２、蓋部３０３、吸引部３０５で囲まれた密閉空間であり、内部には気体または液体が充てんされている。
【００４４】
吸引部３０５は、空間部３０４から気体または液体の媒体を外部に排出したり、反対に空間部３０４に媒体を導入することができる。すなわち、空間部３０４内の媒体は吸引部３０５を通じて内外に出し入れされる。
【００４５】
空間部３０４に対する媒体の導入量および排出量を制御することで、空間部３０４内の圧力を変化させ、画素チップ部３０１に加わる力（すなわち、画素チップ部３０１が受ける応力）を制御することができる。
【００４６】
図３（ａ）の状態では、吸引部３０５が空間部３０４に対して負圧を発生させていないため、画素チップ部３０１には曲げ応力が発生していない。このときに画素チップ部３０１が受ける応力をＦ０とし、本実施形態では、この状態で撮像素子１０２の信号読み出し動作を行うように制御する。このような曲げ応力がゼロの状態から吸引部３０５により空間部３０４内の媒体を吸引・排出し、画素チップ部３０１に曲げ応力を発生させた状態を図３（ｂ）に示す。
【００４７】
図３（ｂ）では、画素チップ部３０１の下方向に吸引される力が加わることで、画素チップ部３０１が画素チップ部３０１’のように曲げ変形して湾曲する。
【００４８】
このとき、図３（ｂ）の画素チップ部３０１’には所定の曲げ応力が発生している。このときに画素チップ部３０１が受ける応力をＦ１とし、本実施形態では、この状態で撮像素子１０２の信号蓄積動作を行うように制御する。
【００４９】
＜撮像素子の光電変換特性＞次に、図４を参照して、撮像素子１０２の光電変換特性について説明する。
【００５０】
図４（ａ）に示すように、撮像素子１０２の単位画素２０１の各々に含まれるＦＤ２０４は、陽電極４０１、陰電極４０２、陽極板４０３、陰極板４０４から構成される。そして、陽電極４０１と陰電極４０２の間に電圧Ｖを印加したときに電荷Ｑを蓄えることができる容量Ｃを備える。
【００５１】
容量Ｃ［Ｆ］を決定するパラメータは、極板間距離ｄ［ｍ］、陽極板４０３と陰極板４０４とが重なる極板面積Ｓ［ｍ2］、極板間誘電体４０６の誘電率εとなる。
【００５２】
このときの容量Ｃは、式１から求められる。
【００５３】
Ｃ＝ε×Ｓ／ｄ・・・（１）
次に、撮像素子が応力を受けるなどしてＦＤ２０４の容量Ｃが変形したときの光電変換特性の変化について図４（ｂ）を用いて説明する。
【００５４】
図３（ａ）の無負荷状態から吸引部３０５により図３（ｂ）の状態へ空間部３０４の負圧が変化すると、画素チップ部３０１は画素チップ部３０１’のように湾曲する。このとき、上記極板面積Ｓが変化するため、画素チップ部３０１の各画素のＦＤ２０４の容量Ｃが変化し、画素チップ部３０１’の各画素のＦＤ２０４の容量Ｃ’は画素チップ部３０１とは異なる値を示す。
【００５５】
図４（ｂ）は、図４（ａ）の状態から曲げ応力が発生し、陽極板４０３および陰極板４０４が変形して陽極板４０３’および陰極板４０４’のようになった状態を示している。
【００５６】
画素チップ部３０１’のＦＤ２０４の容量Ｃ’［Ｆ］を決定するパラメータは、極板間距離ｄ’［ｍ］、陽極板４０３’と陰極板４０４’とが重なる極板面積Ｓ’［ｍ２］、極板間誘電体４０６’の誘電率ε（極板間誘電体４０６の誘電率εと同じ）となる。
【００５７】
このときの容量Ｃ’は、式２から求められる。
【００５８】
Ｃ’＝ε×Ｓ’／ｄ’・・・（２）
このとき、式３となり、ＣとＣ’とは式４の関係になる。
【００５９】
Ｓ／ｄ≠Ｓ’／ｄ’・・・（３）
Ｃ≠Ｃ’・・・（４）
このように、本実施形態の撮像素子１０２は、曲げ変形することにより画素部のＦＤ容量が変動し、光電変換特性が変化する特性を有する。
【００６０】
＜撮像素子の周辺回路特性＞次に、図５を参照して、本実施形態の撮像素子１０２の周辺回路を構成する列アンプ回路の特性について説明する。
【００６１】
図５は、図２の読み出し回路２１３に含まれる列アンプの回路図である。
【００６２】
列アンプは、差動増幅回路５０１、容量Ｃ０，Ｃ１，Ｃ２、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２から構成される。
【００６３】
差動増幅回路５０１には、基準電圧として定電圧Ｖｒｅｆが入力される。
【００６４】
入力端子Ｖｉｎには、画素部２０１から出力された画素信号が入力される。差動増幅回路５０１により増幅された画素信号は、出力端子Ｖｏｕｔから出力される。
【００６５】
差動増幅回路５０１の増幅率は、入力容量Ｃ０により決定される。容量Ｃ１，Ｃ２は、差動増幅回路５０１の帰還容量である。
【００６６】
制御線Ｇ１、Ｇ２の状態によって、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２を接続または切断し、帰還容量Ｃ１，Ｃ２を選択的に接続することで差動増幅回路５０１の増幅率を切り替える。
【００６７】
ここで、図５の列アンプの動作について説明する。
【００６８】
列アンプは、入力容量Ｃ０と帰還容量Ｃ１、Ｃ２の組み合わせで増幅率を切り替えることができる。
【００６９】
例えば、制御線Ｇ１，Ｇ２によってトランジスタＴｒ１を切断、トランジスタＴｒ２を接続した場合、容量Ｃ１は帰還容量として機能せず、容量Ｃ２が帰還容量となる。この場合、出力端子Ｖｏｕｔの出力電圧Ｖｏｕｔ１は、式５から求められる。
【００７０】
Ｖｏｕｔ１＝（Ｖｒｅｆ−Ｖｉｎ）×（Ｃ１／Ｃ０）・・・（５）
また、トランジスタＴｒ１を接続、トランジスタＴｒ２を切断した場合、容量Ｃ１が帰還容量となり、容量Ｃ２は帰還容量として機能しない。
【００７１】
この場合、出力端子Ｖｏｕｔの出力電圧Ｖｏｕｔ２は、式６から求められる。
【００７２】
Ｖｏｕｔ２＝（Ｖｒｅｆ−Ｖｉｎ）×（Ｃ２／Ｃ０）・・・（６）
例えば、Ｃ１＝２×Ｃ０、Ｃ２＝４×Ｃ０の場合、出力電圧Ｖｏｕｔ１が増幅率２倍の出力、Ｖｏｕｔ２が増幅率４倍の出力となる。
【００７３】
上述した構成を有する列アンプは、容量精度を必要とする。
【００７４】
上記式５、６からわかるように、容量Ｃ０と容量Ｃ１、容量Ｃ０と容量Ｃ２の容量比が、入力電圧Ｖｉｎの増幅率に関係している。
【００７５】
一方、撮像素子１０２に曲げ応力が発生して変形すると、図４（ａ）、（ｂ）で説明したＦＤ２０４の容量と同様に、列アンプを構成する入力容量Ｃ０、帰還容量Ｃ１，Ｃ２の容量値も変化する。このため、入力容量Ｃ０の容量値と帰還容量Ｃ１，Ｃ２の容量値とが異なる割合で変化すると、設計上の増幅率を得ることができなくなる。
【００７６】
前述の例では、撮像素子１０２が変形していない場合は、Ｃ１＝２×Ｃ０、Ｃ２＝４×Ｃ０が成り立つが、撮像素子１０２が変形して応力が変化すると、Ｃ１≠２×Ｃ０、Ｃ２≠４×Ｃ０となる。この場合、出力電圧Ｖｏｕｔ１の増幅率２倍、出力電圧Ｖｏｕｔ２の増幅率４倍が成り立たなくなる。
【００７７】
同様に、水平方向に並ぶ列アンプの中心部と周辺部とで増幅率が異なるなど、撮像素子の内部で容量の変化にバラツキが発生すると、列アンプごとに異なる増幅率で各列の入力電圧Ｖｉｎが増幅されることになる。
【００７８】
本実施形態では、上述した撮像素子の画素部の容量変化やそれに起因する周辺回路の特性変化を勘案して画像撮影時に撮像素子に加える力を適切に制御するものである。
【００７９】
＜撮像素子の応力制御＞次に、図６および図７を参照して、本実施形態の通常の画像撮影時における撮像素子１０２の応力制御処理ついて説明する。
【００８０】
本実施形態では、通常の画像撮影時に、撮像素子１０２の周辺回路である、図２の読み出し回路２１３などが設計通りに動作するように、撮像素子１０２に力を加えて曲げ応力を発生させ、撮像面を湾曲させる制御を行う。
【００８１】
具体的には、撮像素子１０２の信号蓄積動作を行う場合と信号読み出し動作を行う場合とで撮像素子１０２に加える力、すなわち撮像素子１０２が受ける応力を変化させる。本実施形態では、信号蓄積動作を行う際は画素部の光電変換特性を良くするために、撮像素子１０２が受ける応力がＦ１になるように力を加え、信号読み出し動作を行う際は画素部の容量が変化せず周辺回路が設計通りに動作するように、撮像素子１０２が受ける応力がＦ０になるように制御する（曲げ応力ゼロの状態にする）。さらに言えば、信号蓄積動作を行う場合に撮像素子１０２が受ける応力（つまり撮像素子１０２の撮像面の曲率）が信号読み出し動作を行う場合に受ける応力（曲率）よりも大きくなるように制御する。
【００８２】
このように、通常の画像撮影時において、撮像素子１０２の信号蓄積動作を行う場合に信号読み出し動作を行う場合とで異なる応力制御を行うことで、撮像動作に合わせて撮像素子の光電変換特性や周辺回路特性を適切に変化させることができる。
【００８３】
図６は、通常の画像撮影時における撮像素子１０２の応力制御処理を示すフローチャートである。
【００８４】
以下では、信号蓄積動作を行う場合に撮像素子１０２が受ける応力をＦ１、信号読み出し動作を行う場合に撮像素子１０２が受ける応力をＦ０とした場合の処理を説明するが、加える力の大きさや種類はこの例に限られるものではない。
【００８５】
なお、図６に示す処理は、主制御部１１０と応力制御部１１１が協働し、主制御部１１０のＣＰＵがメモリ部１０６から読み出したプログラムをメインメモリに展開して実行することで実現される。後述する実施形態２の図８の処理についても同様である。
【００８６】
ステップＳ６０１では、主制御部１１０は、応力制御部１１１の吸引部３０５を制御して撮像素子１０２に信号蓄積動作を行う場合の力を加えて曲げ応力Ｆ１を発生させ、撮像面を湾曲させる。これにより、適切な光電変換特性で、撮像素子１０２の撮像面に像面湾曲を低減した画像が結像される。なお、この場合、撮像素子１０２の撮像面の変形によって、設計上の周辺回路特性は得られなくなる。
【００８７】
ステップＳ６０２では、主制御部１１０は、撮像制御部１０３を制御してシャッターを開く。
【００８８】
ステップＳ６０３では、主制御部１１０は、撮像制御部１０３を制御して撮像素子１０２の一括リセット処理を行い、露光を開始する。
【００８９】
ステップＳ６０４では、主制御部１１０は、撮像制御部１０３を制御してシャッターを閉じて、露光を終了する。ここではシャッター閉動作により露光を終了しているが、撮像素子１０２にグローバルシャッター回路が実装されている場合はグローバルシャッター読み出し動作により露光終了処理を行ってもよい。
【００９０】
ステップＳ６０５では、主制御部１１０は、応力制御部１１１の吸引部３０５を制御して撮像素子１０２に力が加わらないようにし、曲げ応力をＦ０（＝ゼロ）にする。これにより、撮像素子１０２の湾曲がなくなり、信号読み出し動作を行う際に設計上の周辺回路特性が得られる。
【００９１】
ステップＳ６０６では、主制御部１１０は、撮像制御部１０３を制御して撮像素子１０２から信号読み出し動作を行う。
【００９２】
図７は、通常の画像撮影時の信号蓄積動作から信号読み出し動作までのタイミングチャートを示している。
【００９３】
応力制御信号φＳｔは、応力制御部１１１が吸引部３０５を駆動制御するための信号である。応力制御信号φＳｔがＨｉｇｈのときに撮像素子１０２に曲げ応力Ｆ１が発生し、Ｌｏｗのときに撮像素子１０２の曲げ応力がＦ０になるように吸引部３０５が駆動制御される。
【００９４】
シャッター制御信号φＳｈは、撮像制御部１０３がシャッターを駆動制御するための信号である。シャッター制御信号φＳｈがＨｉｇｈのときにシャッターが開いた状態になり、Ｌｏｗのときにシャッターが閉じた状態になる。
【００９５】
リセット制御信号φＲＥＳは、撮像制御部１０３がリセットスイッチ２０７のオンオフを切り替えるための信号であり、Ｈｉｇｈのときにはリセットスイッチ２０７を接続してＦＤ２０４をリセットし、Ｌｏｗのときにはリセットスイッチ２０７を切断する。
【００９６】
転送制御信号φＴＸｎは、撮像制御部１０３が転送スイッチ２０３のオンオフを切り替えるための信号であり、Ｈｉｇｈのときには転送スイッチ２０３を接続してＰＤ２０２の信号をＦＤ２０４へ転送し、Ｌｏｗのときには転送スイッチ２０３を切断する。
【００９７】
選択制御信号φＳＥＬｎは、撮像制御部１０３が選択スイッチ２０６のオンオフを切り替えるための信号であり、Ｈｉｇｈのときには選択スイッチ２０６を接続してＦＤ２０４の信号を増幅ＭＯＳアンプ２０５で増幅して出力し、Ｌｏｗのときには選択スイッチ２０６を切断する。
【００９８】
なお、リセット制御信号φＲＥＳ、転送制御信号φＴＸｎ、選択制御信号φＳＥＬｎは、図２に示すように各行に存在する。例えば、１行目の転送制御信号φＴＸはφＴＸ１、２行目の転送制御信号φＴＸはφＴＸ２、．．．ｎ行目の転送制御信号φＴＸはφＴＸｎとなる。
【００９９】
本実施形態の撮像素子１０２は、読み出し回路２１３が１行ごとに信号読み出し動作を実行するため、転送制御信号φＴＸと選択制御信号φＳＥＬは行ごとに制御される。
【０１００】
図７における各動作のタイミングについて説明する。
【０１０１】
時刻ｔ７０１は、図６のステップＳ６０１で撮像素子１０２に信号蓄積動作を行う場合の力を加えるタイミングに対応する。
【０１０２】
時刻ｔ７０２は、図６のステップＳ６０２でシャッターを開動作するタイミングに対応する。
【０１０３】
時刻ｔ７０３は、図６のステップＳ６０３で全行のＰＤ２０２を同時にリセットする処理の開始タイミングに対応する。
【０１０４】
時刻ｔ７０４は、図６のステップＳ６０３での一括リセット処理を終了し、露光が開始されるタイミングに対応する。
【０１０５】
時刻ｔ７０５は、図６のステップＳ６０４でシャッターを閉動作し、露光が終了するタイミングに対応する。
【０１０６】
時刻ｔ７０６は、図６のステップＳ６０５で撮像素子１０２に力が加わらないように制御するタイミングに対応する。
【０１０７】
時刻ｔ７０７以降は、図６のステップＳ６０６の各行の信号読み出し動作に対応する。
【０１０８】
時刻ｔ７０７では、１行目の転送スイッチ２０３を接続し、ＰＤ２０２の画素信号をＦＤ２０４へ転送する。
【０１０９】
時刻ｔ７０８では、１行目の転送スイッチ２０３を切断し、１行目のＰＤ２０２の画素信号の転送を停止する。
【０１１０】
時刻ｔ７０９では、１行目の信号読み出し動作を実行する。
【０１１１】
時刻ｔ７１０では、１行目の信号読み出し動作を終了する。
【０１１２】
時刻ｔ７１１では、２行目の転送スイッチ２０３を接続し、２行目のＰＤ２０２の画素信号をＦＤ２０４へ転送する。
【０１１３】
時刻ｔ７１２では、２行目の転送スイッチ２０３を切断し、ＰＤ２０２の画素信号の転送を停止する。
【０１１４】
時刻ｔ７１３では、２行目の信号読み出し動作を実行する。
【０１１５】
時刻ｔ７１４では、２行目の信号読み出し動作を終了する。
【０１１６】
時刻ｔ７１５以降は、同様の処理を行ごとに行う。
【０１１７】
時刻ｔ７１５では、ｎ行目の転送スイッチ２０３を接続し、ｎ行目ＰＤ２０２の画素信号をＦＤ２０４へ転送する。
【０１１８】
時刻ｔ７１６では、ｎ行目の転送スイッチ２０３を切断し、ＰＤ２０２の画素信号の転送を停止する。
【０１１９】
時刻ｔ７１７では、ｎ行目の信号読み出し動作を実行する。
【０１２０】
時刻ｔ７１８では、ｎ行目の信号読み出し動作を終了する。
【０１２１】
上述した実施形態１によれば、通常の画像撮影時において撮像素子１０２の信号蓄積動作を行う場合と信号読み出し動作を行う場合とで異なる応力制御を行うことで、撮像動作に合わせて撮像素子の光電変換特性や周辺回路特性を適切に変化させることができる。
【０１２２】
［実施形態２］次に、実施形態２の通常の画像撮影時および黒引き処理用の画像撮影時における撮像素子１０２の応力制御処理ついて説明する。
【０１２３】
上述した実施形態１では通常の画像撮影時の応力制御について説明した。これに対して、実施形態２では黒引き処理用の遮光画像撮影時の応力制御処理を説明する。黒引き処理とは、撮像素子１０２に起因する暗電流ノイズなどの固定パターンノイズを除去するために、通常露光して撮影した第１の画像（露光画像）から遮光して撮影した第２の画像(黒画像または遮光画像)を減算する補正処理である。
【０１２４】
この黒引き処理用の遮光画像は、露光画像と同じ条件で信号読み出し動作を行うことが望ましい。この理由は、露光画像と遮光画像とで条件が異なると、露光画像の固定パターンノイズを遮光画像で正しく読み出すことができなくなるからである。よって、黒引き処理用の遮光画像の撮像処理時も、露光画像の撮像処理時と同じ条件で信号蓄積動作時と信号読み出し動作時の応力制御を行う必要がある。
【０１２５】
図８は、通常の画像撮影時および黒引き処理用の画像撮影時における撮像素子１０２の応力制御処理を示すフローチャートである。
【０１２６】
なお、ステップＳ８０１からステップＳ８０６は、図６のステップＳ６０１からステップＳ６０６と同様の通常の露光画像の撮像処理であるため説明を省略する。
【０１２７】
ステップＳ８０７からステップＳ８１０が黒引き処理用の遮光画像撮影時の応力制御シーケンスであるが、露光画像撮影時と異なるのは、シャッター閉状態で応力制御および信号蓄積動作／読み出し動作を行う点である。
【０１２８】
ステップＳ８０７では、主制御部１１０は、応力制御部１１１の吸引部３０５を制御して撮像素子１０２に信号蓄積動作を行う場合の力を加えて曲げ応力Ｆ１を発生させ、撮像面を湾曲させる。これにより、露光画像撮影時と同じ条件で遮光画像の信号蓄積動作を行うことができる。
【０１２９】
ステップＳ８０８では、主制御部１１０は、撮像制御部１０３を制御して撮像素子１０２の一括リセット処理を行い、信号蓄積動作を開始する。
【０１３０】
ステップＳ８０９では、主制御部１１０は、応力制御部１１１の吸引部３０５を制御して撮像素子１０２に力が加わらないようにし、曲げ応力をＦ０（＝ゼロ）にする。これにより、撮像素子１０２の湾曲がなくなり、露光画像撮影を行う場合と同じ条件で遮光画像の信号読み出し動作を行うことができる。
【０１３１】
ステップＳ８１０では、主制御部１１０は、撮像制御部１０３を制御して撮像素子１０２から信号読み出し動作を行う。
【０１３２】
その後、主制御部１１０は、ステップＳ８０６で読み出した露光画像とステップＳ８１０で読み出した遮光画像を用いて黒引き処理を実行する。
【０１３３】
図９は、露光画像撮影時および遮光画像撮影時の信号蓄積動作から信号読み出し動作までのタイミングチャートを示している。
【０１３４】
なお、図９の各制御信号は図７と同様である。また、時刻ｔ９０１から時刻ｔ９１８は、図７の時刻ｔ７０１から時刻ｔ７１８と同様の露光画像の撮像処理であるため説明を省略する
時刻ｔ９１９は、図８のステップＳ８０７で撮像素子１０２に信号蓄積動作を行う場合の力を加えるタイミングに対応する。
【０１３５】
時刻ｔ９２０は、図８のステップＳ８０８で全行のＰＤ２０２を同時にリセットする処理の開始タイミングに対応する。
【０１３６】
時刻ｔ９２１は、図８のステップＳ８０８での一括リセット処理を終了し、信号蓄積動作が開始されるタイミングに対応する。
【０１３７】
時刻ｔ９２２は、図８のステップＳ８０９の処理で撮像素子１０２に力が加わらないように制御するタイミング対応する。
【０１３８】
時刻ｔ９２３以降は、図８のステップＳ８１０の各行の信号読み出し動作に対応する。
【０１３９】
時刻ｔ９２３では、１行目の転送スイッチ２０３を接続し、ＰＤ２０２の画素信号をＦＤ２０４へ転送する。
【０１４０】
時刻ｔ９２４では、１行目の転送スイッチ２０３を切断し、１行目のＰＤ２０２の画素信号の転送を停止する。
【０１４１】
時刻ｔ９２５では、１行目の信号読み出し動作を実行する。
【０１４２】
時刻ｔ９２６では、１行目の信号読み出し動作を終了する。
【０１４３】
時刻ｔ９２７では、２行目の転送スイッチ２０３を接続し、２行目のＰＤ２０２の画素信号をＦＤ２０４へ転送する。
【０１４４】
時刻ｔ９２８では、２行目の転送スイッチ２０３を切断し、ＰＤ２０２の画素信号の転送を停止する。
【０１４５】
時刻ｔ９２９では、２行目の信号読み出し動作を実行する。
【０１４６】
時刻ｔ９３０では、２行目の信号読み出し動作を終了する。
【０１４７】
時刻ｔ９３１以降は、同様の処理を行ごとに行う。
【０１４８】
時刻ｔ９３１では、ｎ行目の転送スイッチ２０３を接続し、ｎ行目ＰＤ２０２の画素信号をＦＤ２０４へ転送する。
【０１４９】
時刻ｔ９３２では、ｎ行目の転送スイッチ２０３を切断し、ＰＤ２０２の画素信号の転送を停止する。
【０１５０】
時刻ｔ９３３では、ｎ行目の信号読み出し動作を実行する。
【０１５１】
時刻ｔ９３４では、ｎ行目の信号読み出し動作を終了する。
【０１５２】
上述した実施形態２によれば、黒引き処理用の遮光画像を撮影する場合にも、露光画像撮影時と同じように信号蓄積動作を行う場合と信号読み出し動作を行う場合とで異なる応力制御を行うことで、撮像動作に合わせて撮像素子の光電変換特性や周辺回路特性を適切に変化させることができる。
【０１５３】
［その他の実施形態］
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】
【０１５４】
１０２…撮像素子、１０３…撮像制御部、１０４…前処理部、１０５…信号処理部、１０６…メモリ部、１１０…主制御部、１１１…応力制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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