(57)【要約】【課題】システムのクロックを切り換えて、露光時間を長くして、低照度撮影に対応する撮像装置において、被写体照度がクロックモード切り換えの閾値付近である場合に、クロックモードが小刻みに切り換わり、それに伴って画像の輝度が小刻みに変化するといった問題を解決する。【解決手段】クロックモードを高クロックモードから低クロックモードへと切り換えるＳ６のステップに進むか否かを判断する閾値Ｙｔｈ＿Ｌと、反対に、低クロックモードから高クロックモードへと切り換えるＳ１０のステップに移行するか否かを判断する閾値Ｙｔｈ＿Ｈとが各々別に設定され、閾値Ｙｔｈ＿Ｈは、閾値Ｙｔｈ＿Ｌより大きく設定されている。【選択図】　図４
2004120262.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体撮像素子を備え、被写体の照度に応じて、第１周波数のクロックで動作する高クロックモードと、上記第１周波数より低い第２周波数のクロックで動作する低クロックモードとを切り換えるクロックモード切り換え手段を有する撮像装置において、
クロックモード切り換え手段における、高クロックモードから低クロックモードへと移行する第１閾値と、低クロックモードから高クロックモードへと移行する第２閾値とが各々別に設定され、上記第２閾値が第１閾値よりも大きいことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
固体撮像素子を備え、被写体の照度に応じて、第１周波数のクロックで動作する高クロックモードと、上記第１周波数より低い第２周波数のクロックで動作する低クロックモードとを切り換えるクロックモード切り換え手段を有する撮像装置において、
クロックモードの切り換わりに伴う画像の輝度変化を緩和して徐々に輝度を変化させる輝度変化緩和手段が設けられていることを特徴とする撮像装置。
【請求項３】
画像の輝度が目標の明るさとなるように、固体撮像素子の露光時間及び／又は固体撮像素子の出力を増幅する増幅手段の増幅率を制御する露光制御手段が設けられており、
上記輝度変化緩和手段は、上記露光時間及び／又は上記増幅率を、クロックモードの切り換わり前後で画像の輝度が同等となるように調整し、その後、上記露光制御手段にて、上記露光時間及び／又は上記増幅率を制御させることで、徐々に輝度を変化させるようになっていることを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
上記第２周波数は、第１周波数の１／Ｎ（Ｎは自然数）であり、
上記輝度変化緩和手段は、高クロックモードから低クロックモードへの切り換わりでは、上記露光時間を最長露光時間の１／Ｎに設定し、低クロックモードから高クロックモードへの切り換わりでは、上記増幅率をＮ倍或いは最大とするようになっていることを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
【請求項５】
固体撮像素子を備え、被写体の照度に応じて、第１周波数のクロックで動作する高クロックモードと、上記第１周波数より低い第２周波数のクロックで動作する低クロックモードとを切り換えるクロックモード切り換え手段を有する撮像装置において、
上記クロックモード切り換え手段にて低クロックモードを強制的に行わせる強制低クロックモード設定手段が設けられている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、固体撮像素子を用いたデジタルカメラ装置等の撮像装置に関するものであり、より詳細には、システムクロックの周波数を切り換えることで、低照度での画質の改善を図ることが可能な撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般にデジタルカメラ装置では、電荷結合素子（ＣＣＤ：Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ）や、Ｃ−ＭＯＳイメージセンサ等の複数の画素がマトリクス状に配置された固体撮像素子（以下、単に撮像素子）を用い、その前段に、像を撮像面に結像させるためのレンズが配置される。撮像素子の出力は、増幅手段であるＡＧＣアンプによりアナログ増幅され、Ａ／Ｄ変換器を介しデジタルデータに変換される。
【０００３】
このようなデジタルカメラ装置においては、通常、露光調整、ホワイトバランス調整等を全て自動制御で行うようになっている。また、このような自動制御以外に、シャッタ速度や、ＡＧＣアンプゲインの設定、ホワイトバランスの設定をユーザが手動にて行い、シャッタ固定、ＡＧＣアンプゲイン固定、ホワイトバランス固定で撮影を行う手動モードを設定できるものもある。
【０００４】
自動制御による露光調整は、光電変換出力より得られる撮像画像の輝度（フレーム輝度）が目標輝度となるように、露光を制御する。露光制御では、撮像素子に設けられた電子シャッタの速度を制御して、撮像素子の露光時間を制御する電子シャッタ制御、及び／又は上記ＡＧＣアンプのゲイン（増幅率）を制御するＡＧＣアンプゲイン制御が行われる。
【０００５】
例えば、暗い環境（低照度環境）での撮影で、被写体の照度が低く、撮像素子からの光電変換出力が低下した場合は、輝度が低下する。輝度を目標輝度まで上げるために、まず、露光時間を長くする電子シャッタ制御が実施される。そして、電子シャッタ制御による露光時間を最長にしても目標の輝度が得られない場合は、次いで、ＡＧＣアンプゲイン制御が行われ、ＡＧＣアンプゲインが徐々に上げられていく。
【０００６】
また、反対に、明るい環境（高照度環境）での撮影で、被写体の照度が高く、撮像素子からの光電変換出力が上昇した場合は、輝度が上昇する。この場合は、輝度を目標輝度まで低下させるために、まず、ＡＧＣアンプゲイン制御が行われ、ＡＧＣアンプゲインが徐々に下げられていく。そして、ＡＧＣアンプゲインを最小値にしても目標の輝度が得られない場合は、次いで、露光時間を長くする電子シャッタ制御が行われる。
【０００７】
ところで、低照度環境での撮影においては、露光制御にて電子シャッタを開ききり、かつ、ＡＧＣアンプゲインを最大としても、入射光量が今だ不足している場合がある。このような場合、撮像素子の信号対雑音比が低下し、ざらつきや色のノイズが多くなり、画像品質が低下する。
【０００８】
この問題に鑑み、従来、暗い環境での撮影において、システムクロック（以下、クロック）の周波数を低下させることで露光時間を長くすることにより、信号対雑音比を改善する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。これにおいては、被写体の照度が低下すると、高い周波数（第１周波数）の高クロックで動作する高クロックモードから、それより低い周波数（第２周波数）の低クロックで動作する低クロックモードへと移行する。クロックの周波数を例えば１／２とすることで、電子シャッタのシャッタ速度は１／２となり、露光時間を２倍にできる。
【０００９】
【特許文献１】
特開平６−９８２２７号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した低クロックモードを採用して露光時間を長くする従来の技術では、被写体の照度に応じてクロックモードを切り換える閾値が一種類である。そのため、被写体の照度がその閾値付近であると、クロックモードが小刻みに切り換わることとなる。低クロックモードでは、露光時間が長くなる分画像が明るくなるが、高クロックモードでは画像は暗い。したがって、被写体の照度が閾値付近となると、明るい画像と暗い撮像が小刻みに交互に出力されるといった問題点がある。
【００１１】
なお、この小刻みな明るさの変化を緩和するためには、低クロックと高クロックの周波数差を少なくすればよいが、周波数差が少ないということはつまり、低クロックモードにて対応できる低照度域が狭くなることであり、低照度での画質の改善を図る効果が低減されてしまう。
【００１２】
また、従来の技術では、クロックモードの切り換わり時に、何らの輝度調整も行わない構成である。そのため、例えばクロックの周波数が１／２に切り換えられた場合、切り換えの瞬間に、露光時間が２倍となり、輝度が大きく変化する。つまり、これによっても、大きな輝度変化が問題となる。
【００１３】
さらに、従来の技術では、通常より周波数の低い低クロックにて各部を機能させる低クロックモードを有する構成でありながら、低クロックモードが実施されるのは、被写体の照度が低い場合のみとなっている。このような構成では、低クロック動作時のさらなるメリットである消費電力削減効果を、十分に引き出すことができない。
【００１４】
【問題を解決するための手段】
本発明の第１の撮像装置は、上記課題を解決するために、固体撮像素子を備え、被写体の照度に応じて、第１周波数のクロックで動作する高クロックモードと、上記第１周波数より低い第２周波数のクロックで動作する低クロックモードとを切り換えるクロックモード切り換え手段を有する撮像装置において、上記クロックモード切り換え手段における、高クロックモードから低クロックモードへと移行する第１閾値と、低クロックモードから高クロックモードへと移行する第２閾値とが各々別に設定され、上記第２閾値が第１閾値よりも大きいことを特徴としている。
【００１５】
上記構成では、高クロックモードから低クロックモードへと移行する第１閾値と、反対に低クロックモードから高クロックモードへと移行する第２閾値とが各々別に設定され、第２閾値が第１閾値よりも高く設定されているので、クロックモードの切り換わりにヒステリシスを持つようになる。
【００１６】
クロックモードの切り換わりにヒステリシスが持たされることで、被写体の照度が高から低へと変化し、第１閾値を超えた時点で、高クロックモードから低クロックモードへと移行し、その後、再び照度が上がって第１閾値より高くなったとしても、照度がさらに高い第２閾値を超えるまでは低クロックモードのままであり、高クロックモードへは移行しない。
【００１７】
したがって、高クロックモードから低クロックモードへと移行する閾値と、低クロックモードから高クロックモードへと移行する閾値とが同じで、クロックモードの切り換わりにヒステリシスを持たない場合のように、被写体の照度が閾値付近となっても、クロックモードが小刻みに切り換わるようなことがなく、クロックモードの切り換わりに応じて画像の明るさ（輝度）が小刻みに変化するといったことがおこらない。
【００１８】
また、本発明の第２の撮像装置は、上記課題を解決するために、固体撮像素子を備え、被写体の照度に応じて、第１周波数のクロックで動作する高クロックモードと、上記第１周波数より低い第２周波数のクロックで動作する低クロックモードとを切り換えるクロックモード切り換え手段を有する撮像装置において、クロックモードの切り換わりに伴う画像の輝度変化を緩和して徐々に輝度を変化させる輝度変化緩和手段が設けられていることを特徴としている。
【００１９】
上記構成では、輝度変化緩和手段が、クロックモードの切り換わりに伴う画像の輝度変化を緩和して徐々に輝度を変化させるようになっている。
【００２０】
したがって、クロックモードが切り換えられた瞬間に、輝度が大きく変化するといったことがおこらない。また、クロックモードの切り換わりに伴う急激な輝度変化を緩和することで、上記したように、被写体の照度が閾値付近となって、クロックモードが小刻みに切り換わったとしても、画像の明るさが小刻みに変化する不具合を抑制することができる。
【００２１】
また、上記第２の撮像装置においては、さらに、画像の輝度が目標の明るさとなるように、固体撮像素子の露光時間及び／又は固体撮像素子の出力を増幅する増幅手段の増幅率を制御する露光制御手段が設けられており、上記輝度変化緩和手段は、上記露光時間及び／又は上記増幅率を、クロックモードの切り換わり前後で画像の輝度が同等となるように調整し、その後、上記露光制御手段にて、上記露光時間及び／又は上記増幅率を制御させることで、徐々に輝度を変化させるようになっていることを特徴とすることもできる。
【００２２】
通常、撮像装置においては、固体撮像素子の露光時間及び／又は固体撮像素子の出力を増幅する増幅手段の増幅率を制御して、画像の輝度が目標の明るさとなるように露光を制御する露光制御手段が設けられている。
【００２３】
上記構成では、輝度変化緩和手段は、この露光制御手段を利用し、上記露光時間及び／又は上記増幅率を、クロックモードの切り換わり前後で画像の輝度が同等となるように調整した後、該露光制御手段にて、上記露光時間及び上記増幅率を制御させることで、輝度を徐々に変化させるようにしている。
【００２４】
これにより、通常備えられている露光制御手段を利用して、輝度変化緩和手段を容易に構成することができる。
【００２５】
そして、特に、この場合、上記第２周波数は、第１周波数の１／Ｎ（Ｎは自然数）であり、上記輝度変化緩和手段は、高クロックモードから低クロックモードへの切り換わりでは、上記露光時間を最長露光時間の１／Ｎに設定し、低クロックモードから高クロックモードへの切り換わりでは、上記増幅率をＮ倍或いは最大とするようになっていることが望ましい。
【００２６】
上記露光制御手段は、輝度を上げるに際しては、上記露光時間を最長となるように制御した後、上記増幅率を上げる制御を行い、輝度を低下させるに際しては、上記増幅率を最小値となるように制御した後、上記露光時間を短くする制御を行うようになっているものが多い。
【００２７】
したがって、このような手順の露光制御手段においては、上記構成のように、高クロックモードから低クロックモードへの切り換わりでは、上記露光時間を最長露光時間の１／Ｎに設定し、低クロックモードから高クロックモードへの切り換わりでは、上記増幅率をＮ倍或いは最大とすることで、制御手順に応じたものとなる。
【００２８】
また、低クロックモードのクロック周波数である第２周波数を、高クロックモードのクロック周波数である第１周波数の１／Ｎ（Ｎは自然数）とすることで、上記露光時間或いは上記増幅率の調整にて、容易にクロックモードの切り換わり前後で画像の輝度を同等とできる。
【００２９】
また、本発明の第３の撮像装置は、上記課題を解決するために、固体撮像素子を備え、被写体の照度に応じて、第１周波数のクロックで動作する高クロックモードと、上記第１周波数より低い第２周波数のクロックで動作する低クロックモードとを切り換えるクロックモード切り換え手段を有する撮像装置において、上記クロックモード切り換え手段にて低クロックモードを強制的に行わせる強制低クロックモード設定手段が設けられていることを特徴としている。
【００３０】
周波数の低いクロックにて各部を機能させる低クロックモードは、被写体の照度が低い場合でも、画像を明るくできるといったメリットに加えて、消費電力を低く抑えることができるといったメリットを有する。
【００３１】
そこで、上記構成では、強制低クロックモード設定手段を設けて、被写体の照度に関わりなく、低クロックモードを強制的に実施させ得る構成としている。
【００３２】
これにより、充電量が少ない場合などは、この強制低クロックモード設定手段にて低クロックモードを強制的に設定することで、残り少ない電力を有効に生かすことができる。
【００３３】
また、本発明は、異なる表現を用いれば、以下のように言い換えることができる。つまり、本発明のデジタルカメラ装置は、固体撮像素子を有し、露光時間制御手段と、撮像素子からの電気的出力の増幅手段と、前記増幅手段出力の１画面分の輝度平均を計算するフレーム輝度計算手段と、撮影される画像が目標の明るさとなるように制御するための露光制御手段と、複数のクロックを出力できる同期クロック発生手段とを有し、撮像素子への入射光量が大きく、前記フレーム輝度が高い場合は、前記同期クロック出力発生手段に高い周波数のクロックを出力させ、前記入射光量が低く、前記フレーム輝度が低い場合は、前記同期クロック出力手段に低い周波数のクロックを出力させ、かつ、入射光量が高い状態から徐々に低くなり、同期クロック出力手段に低い周波数のクロックを発振させるときのフレーム輝度のしきい値と、入射光量が徐々に高くなり、同期クロック出力手段に高い周波数を出力させるときの、フレーム輝度のしきい値との間に一定の差をもたせ、同期クロック切り換わりにヒステリシスをもたせ、低クロック時の同期出力周波数は高クロック時のＮ分の１（Ｎは自然数）に設定できることを特徴としている。
【００３４】
また、さらに、上記構成に、加えて、撮影モードを設定するための設定手段とを有し、前記撮影モード設定手段によって自動モードが設定されている場合に、撮像素子への入射光量が大きく、前記フレーム輝度が高い場合は、前記同期クロック出力発生手段に高い周波数のクロックを出力させ、前記入射光量が低く、前記フレーム輝度が低い場合は、前記同期クロック出力手段に低い周波数のクロックを出力させ、かつ、入射光量が高い状態から徐々に低くなり、同期クロック出力手段に低い周波数のクロックを発振させるときのフレーム輝度のしきい値と、入射光量が徐々に高くなり、同期クロック出力手段に高い周波数を出力させるときの、フレーム輝度のしきい値との間に一定の差をもたせ、同期クロック切り換わりにヒステリシスをもたせ、低クロック時の同期出力周波数は高クロック時のＮ分の１（Ｎは自然数）に設定できることを特徴とすることもできる。
【００３５】
さらに、上記構成に加えて、強制的に前記同期クロック発生手段に低クロック出力を行わせる強制低クロックモード設定手段を有することを特徴とすることもできる。
【００３６】
さらに、上記構成に加えて、同期クロックの切り換わりにおいて、高クロックから低クロックへの切り換わりにおいては、シャッタ速度を最長露光時間の１／Ｎに設定し、自動制御を継続し、低クロックから高クロックへの切り換わりにおいては、ＡＧＣアンプゲイン（増幅手段の増幅率）をＮ倍、もしくは、最大に設定し、自動制御を継続する手段を有することを特徴とすることもできる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の一形態を、図１〜図４を用いて以下に説明する。
【００３８】
図１は、本実施の形態の撮像装置であるデジタルカメラ装置のブロック図である。ここでは、固体撮像素子として、Ｃ−ＭＯＳイメージセンサ１を採用している。レンズ２０を通過した入射光は、赤外カットフィルタ２１で長波長成分が減衰された後、該Ｃ−ＭＯＳイメージセンサ１によって光電変換される。
【００３９】
３は本デジタルカメラ装置のカメラシステム全体の制御を行う制御マイクロコンピュータ（以下、制御マイコンと称する）である。制御マイコン３は、入力された映像信号の輝度平均値（Ｙ）と色信号平均値（Ｉ，Ｑ）とにより、電子シャッタ制御、ＡＧＣアンプゲイン制御、ホワイトバランス自動調整、同期クロック発生部１０の同期クロック設定等を行う。
【００４０】
なお、詳細は後述するが、この制御マイコン３が、本発明のクロックモード切り換える手段であって、かつ、露光制御手段、輝度変化緩和手段としての機能を有し、また、強制低クロックモード設定回路２３とともに、強制低クロックモード設定手段を構成する。
【００４１】
また、制御マイコン３は、制御マイコン３に直結されたＥＥ−ＰＲＯＭ１９から、各種制御データを読み出し、各信号処理部に設定する役目も担う。なお、ＥＥ−ＰＲＯＭ１９の設定値は、パーソナルコンピュータあるいはＰＤＡ等のホスト装置から、外部コネクタ１６、ホストインタフェース１５、及び制御マイコン３を介して書き換えが可能であり、使用するＣ−ＭＯＳイメージセンサ１に応じてチューニングすることが可能である。
【００４２】
２は光電変換されたアナログの映像信号を増幅するＡＧＣアンプ（増幅手段）である。ＡＧＣアンプ２は制御マイコン３により、外部コネクタ１６に接続されたホスト装置のモニター画面上で適切な明るさとなるようにゲインコントロールされる。４はＡＧＣアンプ２で増幅されたアナログの映像信号をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器である。
【００４３】
５は、カメラ信号処理のうち、Ａ／Ｄ変換されたデジタル信号を入力とし、ＯＢオフセットクランプ、輝度信号（Ｙ）、色信号Ｉ，Ｑ値を積算するＹＩＱ値積算部、及びホワイトバランスアンプ等から構成されるブロックである。ＯＢオフセットクランプは、黒レベルの再生を行う。ＹＩＱ値積算部は、自動露光制御に用いる輝度信号（Ｙ）積算値の計算、画面の白成分を抽出し画面上の白い部分が白く出力されるようにＲ画素ゲイン及びＢ画素ゲインを制御するホワイトバランス処理を行うためのＩ値積算及びＱ値積算を行う。ホワイトバランスアンプは、前記Ｉ，Ｑの積算値に基づき、制御マイコン３によって算出されたＲ画素ゲイン、Ｂ画素ゲインを映像信号に乗算する。
【００４４】
６は画素補間ブロックである。Ｃ−ＭＯＳイメージセンサ１上には、１画素につき１色のカラーフィルタが設けられており、前段のブロック５までは、Ｒ（赤）カラーフィルタに対応する画素出力、Ｇ（緑）カラーフィルタに対応する画素出力、Ｂ（青）カラーフィルタに対応する画素出力をそれぞれ〔Ｒ〕，［Ｇ］，［Ｂ］とすると、ある水平ラインでは、〔Ｒ〕，〔Ｇ〕，〔Ｒ〕，〔Ｇ〕，〔Ｒ〕，〔Ｇ〕，〔Ｒ〕，〔Ｇ〕，・・・、また、次のラインでは、［Ｇ］，［Ｂ］，［Ｇ］，［Ｂ］，［Ｇ］，［Ｂ］，［Ｇ］，［Ｂ］，・・・というように、一色のカラーフィルタを通過した光による光電変換結果が順次出力されている。該出力をこの補間ブロック６で、ＲＧＢのうち足りない２色を周囲画素より補い、１画素につき、ＲＧＢ１つの組を生成する。
【００４５】
７は画像の階調を補正し、明るくコントラストの良い画像を作り出す階調補正ブロックである。階調補正ブロック７では、例えば入力信号に対し、中間調を増幅するような補正曲線を与えることにより、画像の画素値分布の最大値と最小値は変化させずに全体的に明るい出力画像を得ることが可能である。
【００４６】
８は、シェーディング補正部で、レンズの周辺光量低下のため生じる画面隅の輝度低下や、赤外カットフィルタにより赤成分が減衰することによって生じる画像の周辺部色むら等を補正する。
【００４７】
９はＲＧＢから輝度成分（Ｙ）と色成分（Ｕ，Ｖ）への変換を行うＲＧＢ→ＹＵＶ変換部である。これにより、メモリーコントローラ１４で、色成分を圧縮してフレームメモリ１７に画像データを格納したり、Ｃアンプ１１により色の濃さのみの調節をしたり、また、エッジ強調ブロック１２で、画像のくっきり感を強調するために輝度信号にのみエッジ強調処理を施すことが可能となる。これらＣアンプ１１及びエッジ強調ブロック１２は、画像品質向上ブロック１８に含まれている。
【００４８】
１０は同期クロック発生部であり、この部分については、図２に詳細図を示す。ここでは、水晶発振子１０ａにより発振された源クロックが、クロックバッファ１０ｅ、１／２分周器１０ｂ、及び１／３分周器１０ｃに供給されている。クロックバッファ１０ｅ、１／２分周器１０ｂ、及び１／３分周器１０ｃからの各クロックは、制御マイコン３の指定により、分周器またはクロックバッファの１つが選択されてタイミング発生器１０ｄに供給される。
【００４９】
クロックバッファ１０ｅの出力が選択されている状態では、源クロックと同一の周波数がタイミング発生器１０ｄに供給される。また、１／２分周器１０ｂが選択されている状態では、源クロックの１／２の周波数がタイミング発生器１０ｄに供給され、１／３分周器１０ｃが選択されている状態では、源クロックの１／３の周波数がタイミング発生器１０ｄに供給される。タイミング発生器１０ｄは、選択的に供給されるクロックを基に、デジタルカメラシステムで使用される各種クロックを生成しシステムに供給する。
【００５０】
画像縮小部１３は、任意の画像サイズを得るために画像サイズの縮小処理を行う。例えば、ＶＧＡ（６４０×４８０ピクセル）のＣ−ＭＯＳイメージセンサ１を使用している場合に、ホスト装置（パソコンやＰＤＡ等）に対してＱＶＧＡ（３２０×２４０ピクセル）を供給したい場合、画像縮小部１３は、制御マイコン３からの指令に基づいて、画像サイズを縦横それぞれ１／２に縮小する。
【００５１】
メモリーコントローラ１４は、デジタル画像をフレームメモリ１７へ格納したり、外部コネクタ１６に接続されたパーソナルコンピュータやＰＤＡ等のホスト装置からホストインタフェース１５を介して与えられる画像読み出しコマンドにより、画像をフレームメモリから読み出しホストインタフェース１５に転送したりする等の動作を行う。
【００５２】
１５はホストインタフェースであり、上述したようにホスト装置からの要求に応じて、メモリーコントローラ１４と協調して画像データをホスト装置へ転送する。また、ホスト装置から、信号処理に用いるパラメータを、制御マイコン３を介してＥＥ−ＰＲＯＭに１９書き込む際にも利用される。
【００５３】
２２は撮影モードを設定するための撮影モード設定回路である。本デジタルカメラ装置では、撮影モードとして、露光調整、ホワイトバランス調整を全て自動で行う自動モードの他、シャッタ固定、ＡＧＣアンプゲイン固定、ホワイトバランス固定等の手動モードを有している。
【００５４】
そして、２３は被写体の照度に関わらず、強制的に低クロックモードで動作させることを可能とする強制低クロックモード設定回路である。
【００５５】
次に、本デジタルカメラ装置におけるクロックモードが切り換わる動作手順を、図４のフローチャートを用いて説明する。クロックモードの切り換えが行われるのは、上記した撮影モード設定回路２２にて、自動モードが設定されている場合であって、かつ、強制低クロックモード設定回路２３にて、強制低クロックモードが設定されていない場合である。したがって、ここでは、自動モードが設定され、かつ、強制低クロックモードが設定されていないことを前提として説明する。なお、動作の主語は、制御マイコン３である。
【００５６】
被写体照度が図３上部のグラフ１に示すように、徐々に暗くなった後、また、徐々に明るくなるという変化を想定する。
【００５７】
まず、自動制御にて電子シャッタ制御及びＡＧＣアンプゲイン制御が施された状態で撮影された１画面分の輝度であるフレーム輝度Ｙを計算する（Ｓ１）。次いで、現在既に低クロックモードであるか否かを判断し（Ｓ２）、既に低クロックモードである場合は、Ｓ９に進む。
【００５８】
Ｓ２にて、低クロックモードで無いと判断した場合は、Ｓ３に進む。ここで、被写体照度が徐々に低下すると、制御マイコン３は、目標のフレーム輝度が得られるまで電子シャッタを徐々に開き露光量を上昇させるように制御する（Ｓ１２）。Ｓ１〜Ｓ３、Ｓ１２のステップを繰り返し、フレーム輝度を調整するうちに、電子シャッタによる露光時間が最長に達すると、次はＡＧＣアンプゲインを上げ、目的のフレーム輝度が得られるように制御する（Ｓ１３）。
【００５９】
被写体照度がさらに低下し、ＡＧＣアンプゲインも最大になると（Ｓ４）、電子シャッタ制御及びＡＧＣアンプゲイン制御では、目標のフレーム輝度を得ることが不可能となり、Ｓ１で計算されるフレーム輝度Ｙは、被写体照度と同じく徐々に低下していく。
【００６０】
そして、Ｓ５において、フレーム輝度Ｙが、あらかじめ設定された閾値値Ｙｔｈ＿Ｌ（第１閾値）以下となっているかどうかが判断される。ここで、Ｙ＜Ｙｔｈ＿Ｌとなっていると判断した場合、Ｓ６に進み、現在のクロックモード、つまり高クロックモードから低クロックモードへと移行する。
【００６１】
Ｓ６で、低クロックモードに移行すると、制御マイコン３によって、低クロックモードのクロックである、１／２分周或いは１／３分周のどちらかが選択される。高クロックモード時は、分周無しの源クロックの周波数（第１周波数）が選択される。低クロックモードで、１／２分周或いは１／３分周のうち、どちらを低クロックの周波数（第２周波数）として選択するかは、ＥＥ−ＰＲＯＭ１９に書き込まれており、デジタルカメラ装置の電源起動時に制御マイコン３によって読み込まれている。以下においては、低クロックモードでは、１／２分周が選択されているものとして説明を進める。
【００６２】
低クロックモードに移行すると、１／２分周が設定されるため、システム全体のクロックが１／２となり、電子シャッタによる最大露光時間が２倍になる。このことにより、２倍の光量をＣ−ＭＯＳイメージセンサ１に供給することができ、光電変換による信号電荷も２倍となるため、信号対雑音比が改善される。また、より暗い場所での撮影も可能となる。
【００６３】
ところで、システムクロックを２倍に切り換えた時点で、瞬間的に露光量が２倍になると、外部コネクタ１６を介して接続されているホスト機器でリアルタイムにカメラ画像をモニターしている場合は、急にモニター中の画像が明るくなるといった不具合が発生する。
【００６４】
そこで、本デジタルカメラ装置では、Ｓ６で低クロックモードに移行し、同期クロックを１／２分周に切り換えるのとほぼ同時に、電子シャッタによる露光時間を１／２倍にし、フレーム輝度が同期クロック切り換え前後で極端に変化しないようにしている（Ｓ７）。つまり、低クロックモードとして、高クロックモードのクロックを１／Ｎ分周（Ｎは自然数）する場合は、切り換えるのとほぼ同時に、電子シャッタによる露光時間を１／Ｎ倍にすればよい。
【００６５】
低照度下では、同期クロック切り換え後は、自動制御によって電子シャッタ制御（露光制御）が実施され（Ｓ８）、電子シャッタの露光時間が徐々に長くなっていくため、モニター画面もなめらかに明るい方向へ変化していく。
【００６６】
そして、低照度撮影において、Ｓ６で低クロックモードへ以降した後、入射光量が徐々に上昇する場合は、次のような動作となる。
【００６７】
まず、ＡＧＣアンプゲインが、目的のフレーム輝度が得られるように、自動制御によって調整され、ある程度入射光量が上昇したところで、ＡＧＣアンプゲインは最小値、つまり０ｄＢとなる（図４のフローチャートでは、この自動制御のステップは不図示）。
【００６８】
このような状態で、Ｓ２にて、低クロックモードが設定されていると判断され、Ｓ９に進み、ここで、入射光量が上昇し、フレーム輝度Ｙが閾値Ｙｔｈ＿Ｈ（第２閾値）を越えたと判断すると、入射光量が十分であるとして、Ｓ１０で、低クロックモードから高クロックモードへ移行する。
【００６９】
このとき、１／２分周から無分周となり、同期クロックの周波数が２倍になるため、電子シャッタによる露光時間が半分になり、Ｃ−ＭＯＳイメージセンサ１への入射光量が１／２となる。そのため上述したように、外部コネクタ１６を介して接続されているホスト機器でリアルタイムにカメラ画像をモニターしている場合は、急にモニター中の画像が暗くなるといった不具合が発生する
そこで、ここでも、Ｓ１１において、Ｓ１０で低クロックモードから高クロックモードに切り換えられるのとほぼ同時に、ＡＧＣアンプゲインを２（Ｎ）倍もしくは、最大ゲインが２（Ｎ）倍に満たない場合はゲインの最大値に設定し、モニター画面な急激な明るさの変化を抑制している。
【００７０】
なお、明るさの調整をするためには、Ｓ１１において、電子シャッタによる露光時間を２（Ｎ）倍にすることも方法としては可能であるが、低照度撮影下において、シャッタ速度を最大露光となるように調整した後、ＡＧＣアンプゲインを上昇させるという制御となっているため、撮影照度が逆に上昇している場合は、ＡＧＣアンプゲインを下げていき、ＡＧＣアンプゲインが最小の０ｄＢとなったところで、電子シャッタを制御するという手順になる。
【００７１】
つまり、低クロックモードから高クロックモードへの切り換わり時点も、低照度状態から、徐々に入射光量が上昇しているので、自動制御にて、ＡＧＣアンプゲインが最大値と最小値である０ｄＢとの間であり、電子シャッタが開ききり、最大露光時間となっている期間がある。
【００７２】
したがって、Ｓ１１では、モニター画面の明るさ変化抑制のため、ＡＧＣアンプゲインを操作する。以降は、自動制御により、目標のフレーム輝度が得られるように、ＡＧＣアンプゲイン、シャッタ速度（シャッタ露光時間）が自動的に調節される（Ｓ８）。
【００７３】
上記Ｓ５、Ｓ９にて用いられる、高クロックモードから低クロックモードへと移行する閾値Ｙｔｈ＿Ｌと、低クロックモードから高クロックモードへと移行する閾値Ｙｔｈ＿Ｈとの関係であるが、Ｙｔｈ＿ＨをＹｔｈＬよりも十分大きな値に設定している。
【００７４】
これにより、クロックモードの切り換わりにヒステリシスが持たされ、クロックモードの切り換わりにヒステリシスが持たされることで、被写体照度が高から低へと変化し、閾値Ｙｔｈ＿Ｌを超えた時点で、高クロックモードから低クロックモードへと移行し、その後、再び照度が上がって閾値Ｙｔｈ＿Ｌより高くなったとしても、照度がさらに大きい閾値Ｙｔｈ＿Ｈを超えるまでは低クロックモードのままであり、高クロックモードへは移行しない。
【００７５】
したがって、クロックモードの切り換わりにヒステリシスを持たない場合のように、被写体照度が閾値付近となっても、クロックモードが小刻みに切り換わるようなことがなく、クロックモードの切り換わりに応じてモニター画面の明るさ（輝度）が小刻みに変化するといったことがおこらない。
【００７６】
次に、図３を用いて、被写体照度が、徐々に下がり、再び上昇するといった変化をする場合の、本デジタルカメラ装置にて撮影を行ったモニター画面の明るさ変化の様子を説明する。
【００７７】
図３の上部に示すグラフ１は、被写体照度変化であり、被写体照度が徐々に低下した後、再び上昇する様子を示している。図３の下部に示すグラフ３は、クロックモードを切り換えた際に、同期クロックの切り換えに伴う輝度変化を抑制する、本デジタルカメラ装置のモニター出力である。
【００７８】
そして、図３の中央部に示すグラフ２は、クロックモードを切り換えた際に、同期クロックの切り換えに伴う輝度変化を抑制するための処理、つまり、図４のフローチャートにおけるＳ７、Ｓ１１の処理を実施しないことだけが本デジタルカメラ装置と異なり、それ以外は全て同じ構成である、本発明の他の実施の形態のデジタルカメラ装置のモニター出力である。以下、輝度変化を抑制する処理を行う前者のデジタルカメラ装置を第１デジタルカメラ装置、輝度変化を抑制する処理を行わない後者のデジタルカメラ装置を、第２デジタルカメラ装置とする。
【００７９】
図３において、時間ａ〜ｂは、被写体照度が十分高く、制御マイコン３がシャッタ速度及びＡＧＣアンプゲインを自動制御し、目標のフレーム輝度が得られている状態である。時間ｂ〜ｃは、被写体照度が低下し、シャッタ速度による露光時間最長かつＡＧＣアンプゲイン最大でも目標のフレーム輝度が得られない状態を示している。
【００８０】
時間ｃにおいて、フレーム輝度Ｙが閾値Ｙｔｈ＿Ｌ以下となり、低クロックモードに切り換わる。このとき、グラフ２にて示す第２デジタルカメラ装置では、システムクロックが１／２となり、露光時間が２倍なっているため、段階的にフレーム輝度が２倍となっている。
【００８１】
これに対し、第１デジタルカメラ装置では、グラフ３に示すように、低クロックモード切り換わりとほぼ同時に、シャッタ速度による露光時間を１／２にし、急激なフレーム輝度変化が抑制され、フレーム輝度Ｙが目標輝度に近づくように徐々にシャッタが開かれフレーム輝度が上昇する。
【００８２】
そして、その後、被写体照度が上昇に転じ、時間ｄにおいて、フレーム輝度が、低クロックモードから高クロックモードに切り換わるフレーム輝度の閾値Ｙｔｈ＿Ｈを越えると、制御マイコン３はシステムクロックを分周無しに戻す。
グラフ２にて示す第２デジタルカメラ装置では、クロックの切り換わりによって、フレーム輝度が２倍になるが、グラフ３に示す第１デジタルカメラ装置では、クロックの切り換えとほぼ同時にＡＧＣアンプゲインを２倍、または、２倍に満たない場合は最大にしているので、急激なフレーム輝度変化が抑制されている。
【００８３】
なお、ここでは、クロックモードの切り換わり直後のフレーム輝度の変化を緩和し、フレーム輝度を自動制御の露光調整にて徐々に変化させる機能を備えた第１デジタルカメラ装置が、該機能を備えていない第２デジタルカメラ装置よりも輝度変化の点で優れていることを説明したが、第２デジタルカメラ装置においても、クロックモードの切り換わりにヒステリシスが持たされていることで、被写体照度が閾値付近となった場合の、モニター画面の小刻みな明るさ変化を防止できるといった効果を具備するものである。
【００８４】
さらに、第１デジタルカメラ装置として、クロックモードの切り換わりにヒステリシスを持たせる構成と、クロックモードの切り換わり直後の輝度変化を抑制する構成とを両方備えた場合を例示したが、クロックモードの切り換わり直後の輝度変化を抑制する構成のみを備えた構成のデジタルカメラ装置としてもよく、これを、第３デジタルカメラ装置と称する。
【００８５】
つまり、第３デジタルカメラ装置は、高クロックモードから低クロックモードへと移行する閾値Ｙｔｈ＿Ｌと、低クロックモードから高クロックモードへと移行する閾値Ｙｔｈ＿Ｈとが同じ値であって、クロックモードの切り換わりにヒステリシスを持たない点のみが第１デジタルカメラ装置と異なり、それ以外は全て同じ構成である。
【００８６】
このような第３デジタルカメラ装置では、クロックモードの切り換わりに伴う画像の輝度変化を緩和して徐々に輝度を変化させる構成となっているので、クロックモードが切り換えられた瞬間に、輝度が大きく変化するといったことがおこらない。したがって、上記したように、被写体照度が閾値付近となって、クロックモードが小刻みに切り換わったとしても、画像の明るさが小刻みに変化する不具合を抑制することができる。
【００８７】
最後に、上記した強制低クロックモードについて説明する。該モードでは、強制的に低クロックで動作するため、低消費電力駆動が可能である。
【００８８】
強制低クロックモードは、図１に示す強制低クロックモード設定回路２３により設定される。強制低クロックモードが設定されると、制御マイコン３による、同期クロック発生部１０における分周器、或いはクロックバッファの選択が、低クロックモードの分周器、ここでは、１／２分周器に固定される。その結果、被写体の照度に関わらず、強制的に低クロックで動作することとなり、強制低クロックモードが強制低クロックモード設定回路２３を用いて解除されるまでは、システムに１／２分周クロックが供給される。
【００８９】
周波数の低いクロックにて各部を機能させる低クロックモードは、消費電力を低く抑えることができるといったメリットを有する。そこで、充電量が少ない場合などは、強制低クロックモードを設定することで、残り少ない電力を有効に生かすことができる。
【００９０】
なお、このような強制的に低クロックモードを実施させる構成は、クロックモードの切り換わりにヒステリシスを持たせる構成、及び／又はクロックモードの切り換わりにおける輝度変化を緩和して徐々に変化させる構成と、必ずしも組み合わせる必要はなく、例えば、前述の従来技術に記載した公報の構成に組み合わせてもよい。
【００９１】
さらに、ここでは、撮影モードとして、自動モードと手動モードを選択できる構成を例示したが、手動モードを設定できない構成であってもよいことは言うまでもない。
【００９２】
【発明の効果】
本発明の第１の撮像装置は、以上のように、固体撮像素子を備え、被写体の照度に応じて、第１周波数のクロックで動作する高クロックモードと、上記第１周波数より低い第２周波数のクロックで動作する低クロックモードとを切り換えるクロックモード切り換え手段を有する撮像装置において、クロックモード切り換え手段における高クロックモードから低クロックモードへと移行する第１閾値と、低クロックモードから高クロックモードへと移行する第２閾値とが各々別に設定され、上記第２閾値が第１閾値よりも大きいことを特徴としている。
【００９３】
上記構成では、クロックモードの切り換わりにヒステリシスを持つようになるので、被写体の照度が閾値付近となっても、クロックモードが小刻みに切り換わるようなことがなく、クロックモードの切り換わりに応じて画像の明るさ（輝度）が小刻みに変化するといったことがおこらないといった効果を奏する。
【００９４】
また、本発明の第２の撮像装置は、以上のように、固体撮像素子を備え、被写体の照度に応じて、第１周波数のクロックで動作する高クロックモードと、上記第１周波数より低い第２周波数のクロックで動作する低クロックモードと切り換えるクロックモード切り換え手段を有する撮像装置において、クロックモードの切り換わりに伴う画像の輝度変化を緩和して徐々に輝度を変化させる輝度変化緩和手段が設けられていることを特徴としている。
【００９５】
上記構成では、輝度変化緩和手段が、クロックモードの切り換わりに伴う画像の輝度変化を緩和して徐々に輝度を変化させるようになっているので、クロックモードが切り換えられた瞬間に、輝度が大きく変化するといったことがおこらない。したがって、クロックモードの切り換わりに伴う急激な輝度変化を緩和することで、上記したように、被写体の照度が閾値付近となって、クロックモードが小刻みに切り換わったとしても、画像の明るさが小刻みに変化する不具合を抑制することができるという効果を奏する。
【００９６】
また、上記第２の撮像装置においては、さらに、画像の輝度が目標の明るさとなるように、固体撮像素子の露光時間及び／又は固体撮像素子の出力を増幅する増幅手段の増幅率を制御する露光制御手段が設けられており、上記輝度変化緩和手段は、上記露光時間及び／又は上記増幅率を、クロックモードの切り換わり前後で画像の輝度が同等となるように調整し、その後、上記露光制御手段にて、上記露光時間及び／又は上記増幅率を制御させることで、徐々に輝度を変化させるようになっていることを特徴とすることもできる。
【００９７】
通常、撮像装置においては、固体撮像素子の露光時間及び／又は固体撮像素子の出力を増幅する増幅手段の増幅率を制御して、画像の輝度が目標の明るさとなるように露光を制御する露光制御手段が設けられているので、これにより、通常備えられている露光制御手段を利用して、輝度変化緩和手段を容易に構成することができるという効果を併せて奏する。
【００９８】
そして、特に、この場合、上記第２周波数は、第１周波数の１／Ｎ（Ｎは自然数）であり、上記輝度変化緩和手段は、高クロックモードから低クロックモードへの切り換わりでは、上記露光時間を最長露光時間の１／Ｎに設定し、低クロックモードから高クロックモードへの切り換わりでは、上記増幅率をＮ倍或いは最大とするようになっていることが望ましい。
【００９９】
これにより、輝度を上げるに際しては、上記露光時間を最長となるように制御した後、上記増幅率を上げる制御を行い、輝度を低下させるに際しては、上記増幅率を最小値となるように制御した後、上記露光時間を短くする制御を行うといった、従来よりある露光制御の制御手順に応じたものとなる。
【０１００】
また、低クロックモードのクロック周波数である第２周波数を、高クロックモードのクロック周波数である第１周波数の１／Ｎ（Ｎは自然数）とすることで、上記露光時間或いは上記増幅率の調整にて、容易にクロックモードの切り換わり前後で画像の輝度を同等とできるという効果を併せて奏する。
【０１０１】
また、本発明の第３の撮像装置は、以上のように、固体撮像素子を備え、被写体の照度に応じて、第１周波数のクロックで動作する高クロックモードと、上記第１周波数より低い第２周波数のクロックで動作する低クロックモードと切り換えるクロックモード切り換え手段を有する撮像装置において、上記クロックモード切り換え手段にて低クロックモードを強制的に行わせる強制低クロックモード設定手段が設けられていることを特徴としている。
【０１０２】
周波数の低いクロックにて各部を機能させる低クロックモードは、消費電力を低く抑えることができるといったメリットを有するので、これにより、充電量が少ない場合などは、この強制低クロックモード設定手段にて低クロックモードを強制的に設定することで、残り少ない電力を有効に生かすことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態を示すもので、固体撮像素子としてＣ−ＭＯＳイメージセンサを用いたデジタルカメラ装置のシステムブロック図である。
【図２】上記デジタルカメラ装置に備えられた同期クロック発生回路の構成を示すブロック図である。
【図３】被写体照度変化に伴う、上記デジタルカメラ装置、及び本発明のその他の実施の形態のデジタルカメラ装置における、フレーム輝度変化を示す説明図である。
【図４】上記デジタルカメラ装置における、クロックモードを切り換える動作手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１　　Ｃ−ＭＯＳイメージセンサ（固体撮像素子）
２　　ＡＧＣアンプ（増幅手段）
３　　制御マイクロコンピュータ（クロックモード切り換え手段、輝度変化緩和手段、露光制御手段、強制クロックモード設定手段）
２３　強制低クロックモード設定回路（強制クロックモード設定手段）
【図１】
2004120262.tif 000003
【図２】
2004120262.tif 000004
【図３】
2004120262.tif 000005
【図４】
2004120262.tif 000006