(57)【要約】      （修正有）【課題】撮影時の本画像の画質を低減させることなく、ライブビュー時において消費電力を低減することができる撮像装置を提供する。【解決手段】撮像装置は、外部から得られる光信号を電気信号に変換する光電変換手段１０１と、光電変換手段１０１によって得られた第１の信号を増幅する第１の増幅手段１０４と、第１の増幅手段１０４によって増幅された第２の信号を増幅する第２の増幅手段１０８とを備える。また、光信号に応じた画像を記録する記録手段を備える。更に、記録手段に画像を記録する第１のモードと、記録手段に画像を記録しない第２のモードとを有する。そして、第１の増幅手段１０４は、第１のモードの際の第１の増幅率と第２のモードの際の第２の増幅率を有し、第２の増幅率は第１の増幅率より小さく設定されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から得られる光信号を電気信号に変換する光電変換手段と、前記光電変換手段によって得られた第１の信号を増幅する第１の増幅手段と、前記第１の増幅手段によって増幅された第２の信号を増幅する第２の増幅手段と、前記光信号に応じた画像を記録する記録手段とを備え、
更に、前記記録手段に画像を記録する第１のモードと、前記記録手段に画像を記録しない第２のモードとを有し、
前記第１の増幅手段は、前記第１のモードの際の第１の増幅率と前記第２のモードの際の第２の増幅率を有し、前記第２の増幅率は前記第１の増幅率より小さく設定されていることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記第２の増幅手段は、前記第１のモードの際の第３の増幅率と前記第２のモードの際の第４の増幅率を有し、前記第４の増幅率は前記第３の増幅率より大きく設定されていることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
前記第２のモードの際の前記第１の増幅手段の電源電圧を変更することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項４】
前記第２のモードの際の前記第１の増幅手段の電流値を変更することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項５】
前記第１の増幅率と前記第２の増幅率の積と、前記第３の増幅率と前記第４の増幅率の積とが一致することを特徴とする請求項２記載の撮像装置。
【請求項６】
前記第２の信号をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換手段を有し、前記第２の増幅手段はデジタル増幅手段であることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項７】
表示手段を備え、前記第２のモードの際に前記表示手段に画像を表示することを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項８】
外部から得られる光信号を電気信号に変換する光電変換手段と、前記光電変換手段によって得られた第１の信号を増幅する第１の増幅手段と、前記第１の増幅手段によって増幅された第２の信号を増幅する第２の増幅手段と、前記光信号に応じた画像を記録する記録手段とを備える撮像装置の制御方法において、
前記記録手段に画像を記録する第１のモードと、前記記録手段に画像を記録しない第２のモードとを有し、
前記第１の増幅手段は、前記第１のモードの際の第１増幅率と前記第２のモードの際の第２の増幅率を有し、前記第２の増幅率は前記第１の増幅率より小さく設定されるように制御することを特徴とする撮像装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
従来から、ＣＣＤやＣＭＯＳＡＰＳを撮像素子として使用し、撮影した画像を記録するデジタルカメラやデジタルビデオカメラなどの撮像装置が広く知られている。これらの撮像装置の中には、撮影する被写体の明るさを測光して、撮影感度を制御し、撮影画像の白とびを少なく、かつ、暗すぎないように制御しているものが多い。
【０００２】
感度制御の手段として、撮像素子への入射光量を制御する絞り制御、撮像素子の露光時間を制御するシャッタ制御などがある。また、撮像装置内で信号を増幅することで、撮影画像の輝度の制御も行っている。
【０００３】
これらの信号増幅の手段として、主に、撮像素子やＡＦＥ（アナログフロントエンド）でのアナログ信号増幅と、撮像信号処理回路でのデジタル信号増幅とがある。信号増幅手段は、撮像装置内で複数個所にあるのが一般的である。
【０００４】
ところで、撮像装置で得られる画像に現れるノイズは、撮像装置内のどの増幅手段で増幅するかによってその量が異なる。一般的に、信号増幅は、撮像装置内の前段で行う方が画像に現れるノイズが少ないとされる。
【０００５】
例えば、後述する図１において、増幅手段１０５と増幅手段１０７の間に何らかの電気的ノイズが混入するとした場合を例にその理由を説明する。この場合、増幅手段１０７で増幅した信号は、増幅手段１０５で増幅した信号に比べて、増幅手段１０７での信号増幅率だけ電気的ノイズも増幅してしまう。
【０００６】
この場合は、主にＡ／Ｄコンバータ１０６でのノイズを増幅してしまうことになる。このような状況から、一般的には撮像装置内で信号増幅を行う際は、光電変換素子に近い側で信号増幅を行うと、途中に混入するノイズに対して、画質のよい画像が得られる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、撮像装置内でアナログ的に信号を増幅する場合、増幅手段の出力振幅が大きくなり、増幅手段は取り扱う信号振幅が大きくなるので、電力をより多く消費してしまう。後述する図２にその様子を示す。
【０００８】
例えば、出力信号振幅を１００ｍＶから２００ｍＶに変えると、信号線に対し１００ｍＶ分の充放電が増えてしまう。また、波形の立ち上がり時間を同じにする場合は、増幅手段のスルーレートを向上する必要がある。
【０００９】
そのためには増幅手段の信号の充放電能力を上げる必要があり、一般には同じ構成の増幅手段で充放電能力を上げようとすると、消費電流を増やす必要がある。従って、光電変換素子に近い側で信号増幅を行うと、信号増幅した後の回路の取り扱い信号振幅が大きくなり消費電力が増えるため、光電変換素子から遠い側で信号増幅を行うと消費電力という点で優れた構成となる。
【００１０】
更に、アナログ信号では極力増幅せずに、デジタル信号で増幅することによって、ビットシフト等の単純なデジタル処理で増幅を行うことができるので、消費電力を抑えた構成を取ることができる。但し、画質という点では、デジタル増幅は、アナログ増幅に比べると途中のノイズを増幅する分だけ悪化することが避けられない。
【００１１】
以上説明したように、消費電力という点では、アナログ増幅よりもデジタル増幅の方が少ない消費電力で信号を増幅できるので、アナログ増幅手段での増幅はできるだけ少なくした方がよい、しかし、画質という点では、信号は、撮像装置内の前段であるアナログ増幅手段でできるだけ大きく増幅した方がよい。
【００１２】
ところで、最近のデジタルカメラなどでは、ファインダが光学ファインダだけでなく電子ファインダを使用することが多い。一般的に、電子ファインダはライブビューと呼ばれている。使用者が撮影を行う時以外のライブビュー時においても撮像装置は記録を行わないだけで、画像の取得は行う必要があるため、ライブビューの間も電力を消費してしまうという問題があった。
【００１３】
本発明の目的は、撮影時の本画像の画質を低減させることなく、ライブビュー時において消費電力を低減することができる撮像装置及びその制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、請求項１記載の撮像装置は、外部から得られる光信号を電気信号に変換する光電変換手段と、前記光電変換手段によって得られた第１の信号を増幅する第１の増幅手段と、前記第１の増幅手段によって増幅された第２の信号を増幅する第２の増幅手段と、前記光信号に応じた画像を記録する記録手段とを備え、更に、前記記録手段に画像を記録する第１のモードと、前記記録手段に画像を記録しない第２のモードとを有し、前記第１の増幅手段は、前記第１のモードの際の第１の増幅率と前記第２のモードの際の第２の増幅率を有し、前記第２の増幅率は前記第１の増幅率より小さく設定されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項８記載の撮像装置の制御方法は、外部から得られる光信号を電気信号に変換する光電変換手段と、前記光電変換手段によって得られた第１の信号を増幅する第１の増幅手段と、前記第１の増幅手段によって増幅された第２の信号を増幅する第２の増幅手段と、前記光信号に応じた画像を記録する記録手段とを備える撮像装置の制御方法において、前記記録手段に画像を記録する第１のモードと、前記記録手段に画像を記録しない第２のモードとを有し、前記第１の増幅手段は、前記第１のモードの際の第１増幅率と前記第２のモードの際の第２の増幅率を有し、前記第２の増幅率は前記第１の増幅率より小さく設定されるように制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の撮像装置は、外部から得られる光信号を電気信号に変換する光電変換手段と、光電変換手段によって得られた第１の信号を増幅する第１の増幅手段と、第１の増幅手段によって増幅された第２の信号を増幅する第２の増幅手段とを備える。また、光信号に応じた画像を記録する記録手段を備える。更に、記録手段に画像を記録する第１のモードと、記録手段に画像を記録しない第２のモードとを有する。そして、第１の増幅手段は、第１のモードの際の第１の増幅率と第２のモードの際の第２の増幅率を有し、第２の増幅率は第１の増幅率より小さく設定されている。
【００１７】
また、第２の増幅手段は、第１のモードの際の第３の増幅率と第２のモードの際の第４の増幅率を有し、第４の増幅率は第３の増幅率より大きく設定されている。
【００１８】
このように、撮影時には、光電変換素子に近い側の増幅手段の増幅率を高くし、ライブビュー時には、その逆とすることで、撮影時の本画像の画質を低減させることなく、ライブビュー時において消費電力を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本発明の撮像装置におけるゲインブロックの第１の実施の形態を示す図である。
【００２１】
図１において、ゲインブロックは、撮像素子１０１、ＡＦＥ（アナログフロントエンド）１０２、デジタル信号処理回路１０３からなる。
【００２２】
撮像素子１０１は、アナログ増幅手段１０４及び光電変換素子１１１を有する。光電変換素子１１１で発生した信号は撮像装置内で増幅が行われる。
【００２３】
ＡＦＥ１０２は内部に、アナログ増幅手段１０５、Ａ／Ｄコンバータ１０６及びデジタル増幅手段１０７を有する。デジタル信号処理回路１０３は、デジタル増幅手段１０８及び画像処理部１０９を有する。
【００２４】
図２は、図１の各ゲインブロックでの増幅率の配分を示す図である。
【００２５】
図２において、縦軸に増幅率を示す。図２（ａ）は、撮影した画像を記録するモード（第１のモード）、いわゆる通常撮影時のゲイン配分を示し、図２（ｂ）は、撮影した信号を記録しないモード（第２のモード）のゲイン配分を示す。記録しないモードとしては、一般的にデジタルカメラでのライブビューなどの使用方法がある。
【００２６】
ここで数字は、その数字が付された図１の各ユニットを表している。また、請求範囲に対応した第１の増幅率２０１、第２の増幅率２０２、第３の増幅率２０３、第４の増幅率２０４が示される。
【００２７】
図２では、例として、撮像装置で３２倍のゲイン設定をしている際の様子を示す。図２（ａ）の記録するモードの際は撮像装置内の増幅回路の前段から順にゲイン配分を多くする。ここでは、アナログ増幅手段１０４のゲインが８倍、アナログ増幅手段１０５のゲインが４倍、デジタル増幅手段１０７のゲインが１倍、デジタル増幅手段１０８のゲインが１倍を示している。
【００２８】
図２（ｂ）の記録しないモードの際は、撮像装置内の増幅回路の後段から順にゲイン配分を多くする。ここではアナログ増幅手段１０４のゲインが１倍、アナログ増幅手段１０５のゲインが１倍、デジタル増幅手段１０７のゲインが２倍、デジタル増幅手段１０８のゲインが１６倍を示している。ここでデジタル増幅手段１０７とデジタル増幅手段１０８はどちらもデジタルゲインであるため、どちらのゲイン配分が多くてもよい。
【００２９】
図２で説明しているゲイン１倍とは、アナログゲインであるアナログ増幅手段１０４、アナログ増幅手段１０５のゲインについては、設定可能な基本ゲインの意味であり、信号振幅の増幅率を表しているのではない。
【００３０】
例えば、１００ｍＶの信号振幅を２００ｍＶにするゲインが最小に増幅する設定可能な基本ゲインとすると、２００ｍＶに増幅する基本ゲインを１倍といい、４００ｍＶにするゲインを２倍と定義している。
【００３１】
デジタルゲインについては、デジタルデータの１００ＬＳＢを１００ＬＳＢとして出力することを１倍とし、２００ＬＳＢにすることを２倍とする。また、図１、図２においてゲインが可変でない増幅手段は省力している。
【００３２】
（ａ）の記録するモードと（ｂ）の記録しないモードのトータルのゲイン、即ちゲインの積を同一にすることで、記録しないモードでの画像の明るさと記録するモードでの画像の明るさが同等となる。
【００３３】
ノイズという観点で記録するモードと記録しないモードについて比較する。アナログ増幅手段１０４以前で発生したノイズ量をα、アナログ増幅手段１０４からアナログ増幅手段１０５までに発生したノイズをβ、１０５から１０７までに発生したノイズをγとする。
【００３４】
このとき、記録するモードではαはアナログ増幅手段１０４で８倍、アナログ増幅手段１０５で４倍され、βはアナログ増幅手段１０５で４倍され、γは１倍である。その結果、ノイズ量の和は３２α＋４β＋γとなる。
【００３５】
一方、記録しないモードでは、α、β、γともにデジタル増幅手段１０７で２倍、デジタル増幅手段１０８で１６倍されるので、ノイズ量の和は３２α＋３２β＋３２γとなる。この場合には、両者の差分の１６β＋３１γ分だけ記録するモードの方がノイズに対して優位なこととなる。
【００３６】
以上説明したように、光電変換素子１１１に近い側からゲイン配分を多くすることで、増幅手段の後段で発生するノイズを増幅せず、良好な画質での記録が行えるので、記録するモードの際にはゲインを光電変換素子１１１に近い側からゲイン配分を多くする。
【００３７】
ゲイン配分は、設定可能な限り光電変換素子１１１に近い側から多くすることが望ましいが、光電変換素子１１１に遠い側の増幅器の増幅率を大きくすることで、ノイズ耐性等の特性がよくなくなる場合は、適宜最もノイズが少なくなるように配分してもよい。
【００３８】
一方、アナログ増幅段でゲインをかけると取り扱い信号振幅が大きくなり、消費電力が増大してしまう。
【００３９】
図３は、図２に示すゲイン配分の際の図１におけるアナログ増幅手段１０４の出力の信号波形を示す図である。
【００４０】
図３において、記録するモードでの信号振幅３０１は、記録しないモードでの信号振幅３０２を示す。ここで、信号振幅３０１に比べて信号振幅３０２は１／８倍の振幅になる。従って、記録しないモードでは取り扱い信号振幅が小さいので、電源電圧を下げることが可能である。
【００４１】
また、信号振幅３０２は出力振幅が小さいので、図３の破線で示すようにスルーレートを低くしても信号振幅３０１に対して信号出力期間３０３が確保できる。従って、スルーレートを低くするために、アンプで流す電流を制限し、消費電力を抑えることが可能である。
【００４２】
図４は、図１における増幅手段に適用される基本的な差動増幅器の構成図である。
【００４３】
前述の電源電圧を下げることは即ち、ＶＤＤの電圧を下げることである。電流制限は、定電流源４０１の電流値を制限することで可能である。それによって消費電力を抑えることが可能である。
【００４４】
図５は、本発明の撮像装置におけるゲインブロックの第２の実施の形態を示す図である。
【００４５】
図１の撮像素子１０１とＡＦＥ１０２の機能が同一チップになったタイプの撮像装置であり、かつ、Ａ／Ｄコンバータ５０３を撮像素子５０１の列毎に有するタイプの撮像装置のゲインブロックを表す図である。
【００４６】
撮像素子５０１は、アナログ増幅手段５０２、Ａ／Ｄコンバータ５０３及びデジタル増幅手段５０４を有する。
【００４７】
図５のような構成の撮像装置においても、図１の構成と同じく、記録しないモードにおいて、光電変換素子に遠い側から増幅率を大きくし、記録するモードにおいて光電変換素子に近い側から増幅率を大きくすることが可能である。
【００４８】
図６は、本発明の実施の形態に係る撮像装置としてのデジタルカメラのブロック構成図である。
【００４９】
以下、その構成を動作と併せて説明する。
【００５０】
図６において、レンズ部６０１は、被写体の光学像を撮像素子６０５（図１の撮像素子１０１及び図５の撮像素子５０１に対応）に結像させる。レンズ駆動装置６０２によってズーム制御、フォーカス制御、絞り制御などが行われる。
【００５１】
メカニカルシャッタ６０３は、シャッタ制御手段６０４によって制御される。撮像素子６０５は、レンズ部６０１で結像された被写体を画像信号として取り込む。撮像信号処理回路６０６は、撮像素子６０５より出力される画像信号の増幅及びＡ／Ｄ変換を行う。また、Ａ／Ｄ変換後の画像データに各種の補正を行い、更にはデータを圧縮する。
【００５２】
タイミング発生回路６０７は、撮像素子６０５、撮像信号処理回路６０６に各種タイミング信号を出力する駆動手段である。メモリ部６０８は画像データを一時的に記憶する。全体制御・演算部６０９は各種演算と撮像装置全体を制御する。
【００５３】
記録媒体制御Ｉ／Ｆ部６１０は、記録媒体に記録または読み出しを行うためのインターフェースである。着脱可能な記録媒体６１１は、画像データの記録または読み出しを行うための半導体メモリ等である。また、撮像装置には、表示部６１２、測光装置６１３、測距装置６１４が備わる。
【００５４】
次に、前述の構成における撮影時のデジタルカメラの動作について説明する。
【００５５】
メイン電源がオンされると、コントロール系の電源がオンし、更に、撮像信号処理回路６０６などの撮像系回路の電源がオンされる。
【００５６】
その後、図示しないボタンにより、ライブビューモード設定が行われると、撮像素子６０５から出力された画像信号は、撮影信号処理回路６０６で増幅、Ａ／Ｄ変換などの処理をされ、全体制御・演算部６０９により表示部２１２に画像として表示される。
【００５７】
また、撮像素子６０５から出力された画像信号を元に撮像信号処理回路６０６で演算を行い、高周波成分を取り出し、被写体までの距離の演算を全体制御・演算部６０９で行う。合焦していないと判断した時は、レンズ駆動装置６０２によりレンズ部６０１を駆動する。これらの動作を測距装置６１４から出力された信号を元に行ってもよい。
【００５８】
ライブビューモードにおいては、前述のように光電変換素子１１１に遠い側の増幅器の増幅率が大きく、光電変換素子１１１に近い側の増幅器の増幅率が小さい。
【００５９】
次に、図示しないレリーズボタンが押されると、記録モードに設定される。記録モードでは、測距装置６１４から出力された信号を元に高周波成分を取り出し、被写体までの距離の演算を全体制御・演算部６０９で行う。
【００６０】
その後、レンズ駆動装置６０２によりレンズ部６０１を駆動して合焦か否かを判断し、合焦していないと判断した時は、再びレンズ部６０１を駆動し測距を行う。そして、合焦が確認された後に撮影動作が開始する。
【００６１】
撮影動作が終了すると、撮像素子６０５から出力された画像信号は、撮影信号処理回路６０６で増幅、Ａ／Ｄ変換などの処理をされ、全体制御・演算部６０９によりメモリ部６０８に書き込まれる。
【００６２】
その後、メモリ部６０８に蓄積されたデータは、全体制御・演算部６０９の制御により記録媒体制御Ｉ／Ｆ部６１０を通り、半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体６１１に記録される。
【００６３】
記録モードにおいては、前述のように、光電変換素子１１１に遠い側の増幅器の増幅率小さく、光電変換素子に近い側の増幅器の増幅率が大きい。
【００６４】
本発明の撮像装置は、外部から得られる光信号を電気信号に変換する光電変換手段と、光電変換手段によって得られた第１の信号を増幅する第１の増幅手段と、第１の増幅手段によって増幅された第２の信号を増幅する第２の増幅手段とを備える。また、光信号に応じた画像を記録する記録手段を備え、更に、前記記録手段に画像を記録する第１のモードと、前記記録手段に画像を記録しない第２のモードとを有する。そして、第１の増幅手段は、第１のモードの際の第１の増幅率と前記第２のモードの際の第２の増幅率を有し、２の増幅率は第１の増幅率より小さく設定されている。
【００６５】
ここで、第２の増幅手段は、第１のモードの際の第３の増幅率と第２のモードの際の第４の増幅率を有し、第４の増幅率は第３の増幅率より大きく設定されている。
【００６６】
また、第２のモードの際の第１の増幅手段の電源電圧を変更する。
【００６７】
また、第２のモードの際の第１の増幅手段の電流値を変更する。
【００６８】
また、第１の増幅率と第２の増幅率の積と、第３の増幅率と第４の増幅率の積とが一致する。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】発明の撮像装置におけるゲインブロックの第１の実施の形態を示す図である。
【図２】図１の各ゲインブロックでの増幅率の配分を示す図である。
【図３】図２に示すゲイン配分の際の図１におけるアナログ増幅手段１０４の出力の信号波形を示す図である。
【図４】図１における増幅手段に適用される基本的な差動増幅器の構成図である。
【図５】本発明の撮像装置におけるゲインブロックの第２の実施の形態を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る撮像装置としてのデジタルカメラのブロック構成図である。
【符号の説明】
【００７０】
１０１  撮像素子（光電変換手段）
１０４  アナログ増幅手段（第１の増幅手段）
１０８  デジタル増幅手段（第２の増幅手段）
２０１  第１の増幅率
２０２  第２の増幅率
２０３  第３の増幅率
２０４  第４の増幅率
【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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