(57)【要約】【課題】撮像装置の複数の領域ごとの撮像信号レベルによる輝度差を抑える。【解決手段】撮像素子１は、蓄積電荷の垂直転送機構、水平転送機構、ならびにＦＤＡからなる撮像信号出力機構をそれぞれ２系統備え、これら２系統を並列に動作させる。撮像素子１は、シャッター秒時が１秒より長い場合に暗黒撮影動作を行う。暗黒撮影動作は、撮像素子１の撮像面を遮光して行う。ＦＤＡ検出器７は、上記２系統の撮像信号出力機構に対応する第１の領域１−１および第２の領域２−２間で、暗黒撮影動作後に出力される撮像信号の信号レベルが低い方に信号レベルを揃えるように、信号レベルが高い方のＦＤＡの変換効率を低く設定変更する。これにより、第１の領域１−１および第２の領域２−２間の暗電流の差、転送効率の差に起因する輝度差が抑制される。【選択図】図１
2004064404.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像領域の画素に対応する信号を複数の領域ごとにそれぞれ出力する撮像素子と、
前記複数の領域ごとの信号レベルを調整するレベル調整手段と、
所定の条件に応じて、前記撮像領域が遮光された状態で前記撮像素子の前記複数の領域から出力される信号間のレベルを合わせるように前記レベル調整手段を制御する制御手段とを備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の撮像装置において、
前記レベル調整手段は、前記複数の領域に対応して前記撮像素子に備えられる複数のフローティングディヒュージョンアンプであり、
前記制御手段は、前記複数のフローティングディヒュージョンアンプから出力される複数の信号のうち最も信号レベルが低い信号に他のフローティングディヒュージョンアンプから出力される信号のレベルを合わせるように前記フローティングディヒュージョンアンプの変換効率を制御することを特徴とする撮像装置。
【請求項３】
請求項１に記載の撮像装置において、
前記レベル調整手段は、前記複数の領域に対応して前記撮像素子から出力される信号にそれぞれ所定のアナログ処理を施す複数の信号処理回路であり、
前記制御手段は、前記複数の信号処理回路から出力される複数の信号のうち最も信号レベルが低い信号に他の信号処理回路から出力される信号のレベルを合わせるように前記信号処理回路を制御することを特徴とする撮像装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の撮像装置において、
前記制御回路は、設定されたシャッター秒時が所定時間より長い場合に、撮影に先立って前記制御を行うことを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＣＤイメージセンサなどの固体撮像素子を用いた撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＣＤイメージセンサに代表される固体撮像素子は、デジタルカメラなどに広く使用されている。ＣＣＤイメージセンサは、各画素に蓄積された信号電荷が垂直転送クロック信号にしたがって垂直転送され、垂直転送後に水平転送クロック信号にしたがって水平転送される。水平転送された信号電荷は１つずつ出力され、フローティングディヒュージョンアンプによって電圧信号に変換される。電圧信号は、撮像信号としてＣＣＤイメージセンサの出力端子から出力される。このような固体撮像素子において、蓄積電荷の転送時間を短縮することを目的として複数の撮像領域ごとに出力端子を設け、それぞれの端子から出力された複数の撮像信号を合成して１つの画像にする撮像装置が従来から使用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ＣＣＤイメージセンサの画素を構成するフォトダイオードには、暗電流が存在する。暗電流は、入射光の有無に関係なく流れるので、暗電流が多いと撮像信号レベルが高くなる。複数の出力端子を設けた上記固体撮像素子の撮像領域間で暗電流の大きさに差が生じると、合成した画像に輝度差が生じてしまう。この輝度差は、電荷蓄積時間を長く設定する長秒時撮影の場合に問題になりやすい。
【０００４】
本発明の目的は、複数の領域ごとの撮像信号レベルによる輝度差を抑えるようにした撮像装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明による撮像装置は、撮像領域の画素に対応する信号を複数の領域ごとにそれぞれ出力する撮像素子と、複数の領域ごとの信号レベルを調整するレベル調整手段と、所定の条件に応じて、撮像領域が遮光された状態で撮像素子の複数の領域から出力される信号間のレベルを合わせるようにレベル調整手段を制御する制御手段とを備えることにより、上述した目的を達成する。
上記レベル調整手段は、複数の領域に対応して撮像素子に備えられる複数のフローティングディヒュージョンアンプで構成してもよい。この場合の制御手段は、複数のフローティングディヒュージョンアンプから出力される複数の信号のうち最も信号レベルが低い信号に他のフローティングディヒュージョンアンプから出力される信号のレベルを合わせるようにフローティングディヒュージョンアンプの変換効率を制御することもできる。
【０００６】
上記レベル調整手段は、複数の領域に対応して撮像素子から出力される信号にそれぞれ所定のアナログ処理を施す複数の信号処理回路で構成してもよい。この場合の制御手段は、複数の信号処理回路から出力される複数の信号のうち最も信号レベルが低い信号に他の信号処理回路から出力される信号のレベルを合わせるように信号処理回路を制御することもできる。
上記制御回路は、設定されたシャッター秒時が所定時間より長い場合に、撮影に先立って制御を行うこともできる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の一実施の形態による電子スチルカメラの撮像部の概要を示すブロック図である。図１において、電子スチルカメラの撮像部は、撮像素子１と、第１のＣＤＳ回路３−１と、第１のＰＧＡ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　ｇａｔｅ　ａｒｒａｙ）４−１と、第１のＡ／Ｄ変換器５−１と、第２のＣＤＳ回路３−２と、第２のＰＧＡ４−２と、第２のＡ／Ｄ変換器５−２と、信号処理回路６と、ＦＤＡ検出器７と、駆動回路８とを含む。
【０００８】
固体撮像素子１は、たとえば、ＣＣＤイメージセンサによって構成される。ＣＣＤイメージセンサは、撮像面上に結像された被写体像の明るさに応じて、当該撮像面に構成されている各画素に対応して信号電荷を蓄積する。撮像素子１には、駆動回路８から垂直駆動パルス信号および水平駆動パルス信号がそれぞれ供給される。撮像素子１の各画素に対応する蓄積電荷は、垂直駆動パルス信号によって１回垂直転送された後に、水平駆動パルス信号によって水平ラインを構成する画素数に応じて水平転送される。水平転送された蓄積電荷は、撮像素子１から順に出力され、後述するフローティングディヒュージョンアンプ（以下、ＦＤＡとする）で電圧信号に変換され、撮像信号としてＣＤＳ回路へ出力される。
【０００９】
撮像素子１は、このような蓄積電荷の垂直転送機構、水平転送機構、ならびにＦＤＡをそれぞれ２系統備え、並列に動作させることが可能に構成されている。これにより、撮像素子１の撮像面の第１の領域１−１で蓄積された電荷による信号は、第１のＦＤＡ２−１を介して第１のＣＤＳ回路３−１へ出力され、撮像素子１の撮像面の第２の領域１−２で蓄積された電荷による信号は、第２のＦＤＡ２−２を介して第２のＣＤＳ回路３−２へ出力される。
【００１０】
第１のＣＤＳ回路３−１は、入力された撮像信号に含まれるノイズを除去する。ノイズ除去された撮像信号は、第１のＰＧＡ４−１内の直流再生回路によってＤＣレベル調整が施された後に、ゲイン調整回路によってゲイン調整が行われる。第１のＰＧＡ４−１から出力されたアナログ画像信号は、Ａ／Ｄ変換器５−１によってデジタル信号に変換される。デジタル変換後の画像データは、信号処理部６に入力される。
【００１１】
第２のＣＤＳ回路３−２は、第１のＣＤＳ回路３−１と同様に、入力された撮像信号に含まれるノイズを除去する。ノイズ除去された撮像信号は、第２のＰＧＡ４−２内の直流再生回路によってＤＣレベル調整が施された後に、ゲイン調整回路によってゲイン調整が行われる。ゲイン調整後のアナログ画像信号は、Ａ／Ｄ変換器５−２によってデジタル信号に変換され、デジタル変換後の画像データが信号処理部６に入力される。
【００１２】
信号処理回路６は、Ａ／Ｄ変換器５−１および５−２から入力された画像データを１画面に合成する。信号処理回路６はさらに、画像データに対してガンマ補正、色温度調整などの画像処理を施す。画像処理後の画像データは、所定の記録フォーマットに処理された後で不図示のメモリカードなどの記録媒体に記録されたり、不図示の表示用モニタに対する表示用の画像データに処理されて出力される。
【００１３】
駆動回路８は、撮像素子１が不要電荷排出、電荷蓄積、および蓄積電荷を出力するために必要な駆動信号をそれぞれ発生し、各駆動信号を撮像素子１へ供給する。駆動回路８は、コントロール回路（不図示）から入力される動作指示によって撮像素子１に対する駆動信号の供給を開始する。コントロール回路からの動作指示には、撮像素子１の電荷蓄積時間および撮像感度の指示が含まれる。
【００１４】
コントロール回路（不図示）は、カメラ全体の制御を行う。コントロール回路には、不図示の輝度検出回路によって検出された被写体輝度を示す情報が入力される。コントロール回路にはさらに、不図示の絞り値設定操作部材、シャッター秒時設定操作部材、および撮像感度設定操作部材による各設定値を示す情報もそれぞれ入力される。コントロール回路は、カメラがレリーズ操作されると、上記各設定操作部材による設定値の情報、および被写体輝度の情報に基づいて所定の露出演算を行い、駆動回路８に対して動作指示信号を出力するとともに、不図示のシャッター装置に対して幕開指示信号を出力する。
【００１５】
本実施の形態による電子スチルカメラは、シャッター装置に幕開指示をしないで撮像素子１を遮光したまま電荷蓄積を行う暗黒撮影動作を行う。暗黒撮影動作は、たとえば、シャッター秒時が１秒より長い場合に、レリーズ半押し操作に応じて行う。暗黒撮影動作をレリーズ半押し操作で行うのは、レリーズ全押し操作に応じて行う撮影用の電荷蓄積の前に暗黒撮影動作を行うためである。
【００１６】
暗黒撮影動作時に撮像素子１の各画素に蓄積される電荷は、当該画素を構成する光電変換素子（フォトダイオード）に流れる暗電流によって蓄積される。暗電流は、フォトダイオードの入射光量に関係なく流れるもので、その値は画素ごとにバラツキを有する。また、本実施の形態の撮像素子１のように撮像面上の領域ごとに信号を出力する構成では、各領域ごとの電荷転送機構の転送効率の差によって領域間に電荷信号のバラツキを有することがある。そこで、ＦＤＡ検出器７は暗黒撮影時の撮像信号を利用し、撮像素子１の撮像面の領域間の撮像信号レベルを揃えるようにする。
【００１７】
ＦＤＡ検出器７には、撮像素子１の撮像領域のうち、第１の領域１−１および第２の領域１−２の境界Ｌを含む当該撮像領域の中央部の画素に対応する撮像信号が、第１のＣＤＳ回路３−１および第２のＣＤＳ回路３−２を介してそれぞれ入力される。図２は、撮像素子１の画素配置を説明する図である。撮像素子１は、たとえば、水平方向に３０００ドット、垂直方向に２０００ドットの画素が配列されている。撮像素子１の水平方向の画素並びのうち、図２の上部に位置する水平ラインを１Ｈとする。また、図２の上から２番目の水平ラインを２Ｈとする。以降同様に、上から３番目に位置する水平ラインを３Ｈ、上から４番目に位置する水平ラインを４Ｈ…とする。
【００１８】
撮像素子１から蓄積電荷を出力させる際に、図２の上部の画素位置に対応する蓄積電荷から出力させる場合は、水平ライン１Ｈ、水平ライン２Ｈ、水平ライン３Ｈ、…、水平ライン２０００Ｈの順に蓄積電荷が出力される。蓄積電荷の垂直転送方向が図２の下から上へ向かう向きであり、第１の領域１−１内の蓄積電荷の水平転送方向が図２の右から左へ向かう方向である場合は、第１のＦＤＡ２−１は図２の左上部に配設される。また、第２の領域１−２内の蓄積電荷の水平転送方向が図２の左から右へ向かう方向である場合は、第２のＦＤＡ２−２は図２の右上部に配設される。
【００１９】
第１の領域１−１に関してＦＤＡ検出器７へ入力されるのは、水平ライン９５１Ｈ〜水平ライン１０５０Ｈ上の１００ライン分で、境界Ｌ寄りの２０ドットの計２００ドットの画素に対応する信号（Ｓｉｇ１−１とする）である。第２の領域１−２に関してＦＤＡ検出器７へ入力されるのは、水平ライン９５１Ｈ〜水平ライン１０５０Ｈ上の１００ライン分で、境界Ｌ寄りの２０ドットの計２００ドットの画素に対応する信号（Ｓｉｇ１−２とする）である。
【００２０】
ＦＤＡ検出器７は、Ｓｉｇ１−１およびＳｉｇ１−２のレベルをいずれか低い方に合わせるように、信号レベルが高い方のＦＤＡの変換効率を下げるように設定変更する。なお、ＦＤＡ検出器７には、コントロール回路（不図示）から暗黒撮影時に変換効率設定変更指示が入力される。
【００２１】
本発明は、上述した電子スチルカメラの撮像素子１の複数の領域間において、信号レベルを合わせるようにしたものである。
【００２２】
図３は、ＦＤＡ検出器７で行われる変換効率設定変更処理の流れを説明するフローチャートである。図３による処理は、コントロール回路（不図示）から変換効率設定変更指示が入力されると起動する。図３のステップＳ１において、ＦＤＡ検出器７は、第１のＣＤＳ回路３−１から上記Ｓｉｇ１−１を入力してステップＳ２へ進む。ステップＳ２において、ＦＤＡ検出器７は、第２のＣＤＳ回路３−２から上記Ｓｉｇ１−２を入力してステップＳ３へ進む。
【００２３】
ステップＳ３において、ＦＤＡ検出器７は、Ｓｉｇ１−１の平均値Ａを算出してステップＳ４へ進む。ステップＳ４において、ＦＤＡ検出器７は、Ｓｉｇ１−２の平均値Ｂを算出してステップＳ５へ進む。ステップＳ５において、ＦＤＡ検出器７は、Ａ＜Ｂが成立するか否かを判定する。ＦＤＡ検出器７は、Ａ＜Ｂが成立する場合にステップＳ５を肯定判定し、ステップＳ６へ進む。ＦＤＡ検出器７は、Ａ＞Ｂが成立する場合にステップＳ５を否定判定し、ステップＳ７へ進む。ＦＤＡ検出器７は、Ａ＝Ｂが成立する場合にステップＳ５を否定判定し、図３による処理を終了する。Ａ＝Ｂが成立する場合には、変換効率を変更する必要がない。
【００２４】
ステップＳ６において、ＦＤＡ検出器７は、第２のＦＤＡ２−２の変換効率を現状のＡ／Ｂ倍に設定変更し、図３による処理を終了する。ステップＳ７において、ＦＤＡ検出器７は、第１のＦＤＡ２−１の変換効率を現状のＢ／Ａ倍に設定変更し、図３による処理を終了する。
【００２５】
以上のように、レリーズ半押し操作に応じた暗黒撮影動作を行ってＦＤＡ２−１（もしくは２−２）の変換効率を設定変更し、その後のレリーズ全押し操作に応じてシャッター装置の幕を開いて撮影動作を行う。撮影時の撮像信号は、ＦＤＡ２−１（もしくは２−２）が設定変更された後の変換効率によって電荷信号→電圧信号へ変換したものである。
【００２６】
以上説明した実施の形態についてまとめる。
（１）撮像素子１は、蓄積電荷の垂直転送機構、水平転送機構、ならびにＦＤＡからなる撮像信号出力機構をそれぞれ２系統備え、これら２系統を並列に動作させるように構成したので、１系統の撮像信号出力機構しか備えない撮像素子に比べて、撮像領域の全画素に対応する撮像信号を早く出力させることができる。
【００２７】
（２）撮像素子１は、シャッター秒時が１秒より長い場合に暗黒撮影動作を行う。暗黒撮影動作は、撮像素子１の撮像面を遮光して行う電荷蓄積動作で、暗電流で蓄積された電荷による撮像信号を得るためのものである。ＦＤＡ検出器７は、上記２系統の撮像信号出力機構に対応する第１の領域１−１および第２の領域２−２間で、暗黒撮影動作後に出力される撮像信号の信号レベルが低い方に信号レベルを揃えるように、信号レベルが高い方のＦＤＡの変換効率を低く設定変更するようにした。この結果、第１の領域１−１および第２の領域２−２間の暗電流の差、転送効率の差に起因して長秒時の撮影時に生じやすい輝度差を抑制することができる。とくに、夜景撮影などの画像において、領域１−１および領域１−２の境界に対応する位置に輝度差が生じることがなく、高品位の画像が得られる。
【００２８】
（３）暗黒撮影動作をレリーズ半押し操作に応じて行うようにしたので、レリーズ全押し操作に応じて行う撮影用の電荷蓄積に先だって暗黒撮影動作を行うことができる。撮影者は、レリーズ操作を行うだけでよいので、レリーズ操作以外の操作で暗黒撮影動作を行う場合に比べて、撮影者を煩わせることがない。
【００２９】
（４）ＦＤＡ検出器７は、上記（２）の撮像信号の信号レベルが低い方に信号レベルを揃えるとき、第１の領域１−１に対応する信号Ｓｉｇ１−１、および第２の領域２−２に対応する信号Ｓｉｇ１−２のそれぞれの信号レベルの平均値を低い方の平均値に揃えるようにした。Ｓｉｇ１−１およびＳｉｇ１−２は、それぞれ水平ライン９５１Ｈ〜水平ライン１０５０Ｈの１００ライン分で、境界Ｌ寄りの２０ドットの計２００ドットの画素に対応する信号である。この結果、全画素に対応する信号の平均値を算出する場合に比べて、ＦＤＡ検出器７の処理を軽減できる。
【００３０】
以上の説明では、シャッター秒時（露光時間）１秒以上の長秒時に暗黒撮影動作を行うようにしたが、暗黒撮影動作を行うか否かは１秒以上に限らず、１／２秒以上でも、４秒以上であってもよい。
【００３１】
一般に、撮像素子１のフォトダイオードに流れる暗電流は、フォトダイオードの温度上昇とともに増加する特性を有し、たとえば、１０℃の上昇で約２倍に増加する。このため、暗黒撮影動作を行うシャッター秒時は、温度に応じて変化させるとよい。この場合には、温度検出センサによる検出温度が高くなると、より短いシャッター秒時から（たとえば、１／２秒以上）暗黒撮影動作を行い、温度検出センサによる検出温度が低くなると、より長いシャッター秒時（たとえば、２秒以上）で暗黒撮影動作を行うようにする。
【００３２】
Ｓｉｇ１−１およびＳｉｇ１−２の平均値を算出する画素数は、上記２００ドット分に限らず、１００ドット分にしてもよいし、５００ドット分にしてもよい。
【００３３】
撮像素子１は、有効画素領域を左右に分割するように第１の領域１−１および第２の領域１−２を有する例を説明したが、上下に分割するするものでもよい。
【００３４】
また、撮像素子１の領域分割数は２に限らず、４分割するものでもよい。この場合には、４系統で出力される撮像信号レベルの最も低いレベルに他の３つの撮像信号レベルを合わせるように変換効率を設定変更する。
【００３５】
上述した例では、第１の領域１−１に対応する信号Ｓｉｇ１−１、および第２の領域２−２に対応する信号Ｓｉｇ１−２の信号レベルを揃えるために、ＦＤＡ検出器７が撮像素子１のＦＤＡ２−１（もしくは２−２）の変換効率を設定変更するようにした。この代わりに、ＦＤＡ検出器７がＰＧＡ４−１（もしくは４−２）におけるゲイン調整時のゲインの制御値を設定変更してもよい。
【００３６】
暗黒撮影動作を行うタイミングとして、レリーズ半押し操作に応じて行う例を説明したが、カメラのメインスイッチオン時に行うようにしてもよい。
【００３７】
電子スチルカメラを例にあげて説明したが、複数コマの画像を連続して撮像するカメラ、いわゆる動画を撮像するカメラにも本発明を適用してよい。
【００３８】
特許請求の範囲における各構成要素と、発明の実施の形態における各構成要素との対応について説明する。レベル調整手段は、たとえば、ＦＤＡ２−１（２−２）によって構成される。制御手段は、たとえば、ＦＤＡ検出器７によって構成される。信号処理回路は、たとえば、ＰＧＡ４−１（４−２）によって構成される。なお、本発明の特徴的な機能を損なわない限り、各構成要素は上記構成に限定されるものではない。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、撮像装置の複数の領域ごとの撮像信号レベルによる輝度差を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による電子スチルカメラの撮像部の概要を示すブロック図である。
【図２】撮像素子の画素配置を説明する図である。
【図３】ＦＤＡ検出器で行われる変換効率設定変更処理の流れを説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１…撮像素子、　　　　　　　　　　　１−１，１−２…領域、
２−１，２−２…ＦＤＡ、　　　　　　３−１，３−２…ＣＤＳ回路、
４−１，４−２…ＰＧＡ　　　　　　　５−１，５−２…Ａ／Ｄ変換器、
６…信号処理回路、　　　　　　　　　７…ＦＤＡ検出器、
８…駆動回路
【図１】
2004064404.tif 000003
【図２】
2004064404.tif 000004
【図３】
2004064404.tif 000005