(57)【要約】【課題】短い周期でのＬＳＩ消費電流変動が大きい機器においても電源回路の出力電圧を必要最低限に設定可能な撮像装置を提供すること。【解決手段】性能評価部は撮像駆動制御部から出力される有効画素区間とブランキング区間を識別する識別信号に基づいて、性能指標を有効画素区間で得られた第一の評価値とブランキング区間で得られた第二の評価値とに選別し、設定電圧算出部は、前記第一の評価値と前記第二の評価値とに基づいて算出された更新マージン電圧と、マージン保管部に保管された固定のマージン電圧とを比較し、その差があらかじめ定められた設定電圧変更しきい値以上の時に更新マージン電圧から更新設定電圧を算出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
定電圧を生成する電源部と、
前記電源部で生成された電圧で動作するＣＰＵと、
光電変換により被写体画像データを取得する撮像センサと、
前記撮像センサの駆動信号を生成する撮像駆動制御部と、を含む撮像装置であって、
前記電源部で生成された電圧値における前記ＣＰＵの性能指標を取得する性能評価部と、
前記性能評価部で得られた性能指標に基づいて前記電源部が生成しＣＰＵに供給する電源の設定電圧値を算出する設定電圧算出部と、
固定のマージン電圧を保管するマージン電圧保管部と、を備え、
前記性能評価部は前記撮像駆動制御部から出力される有効画素区間とブランキング区間を識別する識別信号に基づいて、前記性能指標を有効画素区間で得られた第一の評価値とブランキング区間で得られた第二の評価値とに選別し、
前記設定電圧算出部は、前記第一の評価値と前記第二の評価値とに基づいて算出された更新マージン電圧と、前記マージン保管部に保管された固定のマージン電圧とを比較し、その差があらかじめ定められた設定電圧変更しきい値以上の時に更新マージン電圧から更新設定電圧を算出することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記第一の評価値は有効画素区間の最小値を取得し、第二の評価値はブランキング期間の平均値を取得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】
前記撮像センサから得られた被写体画像データに含まれる特徴量を検出する特徴検出部をさらに備え、前記設定電圧算出部は前記特徴検出部の検出結果に基づいて前記設定電圧変更しきい値を変更することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記特徴検出部で検出する被写体画像データに含まれる特徴量は人物被写体の顔検出数であることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置に関し、特に電源電圧制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
小型化、多ゲート化の要求にともない半導体製造プロセスの微細化が進むＣＰＵは、リーク電流の増加による消費電力増加が問題となっている。また、半導体製造プロセスの微細化は、集積されるトランジスタの動作速度バラつきの増加をもたらし、その結果としてＣＰＵのコアを動作させるのに必要な最低動作電圧のバラつきが増加する。このようなＣＰＵを電子機器製品に組み込む場合には、最低動作電圧が高いＣＰＵでも確実に動作させるために、想定するバラつき上限電圧に対してマージンを持った高い電圧をＣＰＵに供給する必要があり、消費電力増加がさらに顕著になる。
【０００３】
これに対し、トランジスタの動作速度バラつきを抑え、ＣＰＵに適切な駆動電圧を与えることを目的とした、適応型電圧制御（ＡＶＳ：Ａｄａｐｔｉｖｅ  Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｓｃａｌｉｎｇ）と呼ばれる技術がある。これは、現在供給されている電圧でのＣＰＵの動作状況をモニタし、その結果に応じてＣＰＵに供給する電圧を最適に変更する技術である。
【０００４】
特許文献１には、ＬＳＩ内に性能検出部と、前記性能検出部で得られた結果に基づきＬＳＩの最適電圧値を決定する最適電圧決定部と、決定された最適電圧に応じて可変電源の出力電圧を変更するための制御信号を生成する電圧制御信号生成部を備え、標準電源電圧が印加された時に動作周波数または消費電力が規定外となる場合に前記制御信号のデューティ比によって電源出力電圧を変更することを特徴とする半導体装置に関する技術が開示されている。
【０００５】
また、同様の技術として特許文献２には、動作保証された最低電圧値を格納するＲＯＭと、前記ＲＯＭ内に格納された最低電圧値に応じて分圧比を可変可能な分圧回路と、前記分圧回路を電圧監視のフィードバック用分圧抵抗として使用する電源回路を備え、出力電圧が前記ＲＯＭ内に格納された最低電圧値に等しくなるように前記電源回路を制御することを特徴とする技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１２０６８６号公報
【特許文献２】特開２０００−２９５７６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、実際の電子機器装置のプリント基板上に実装して使用する場合は、刻一刻と変化するＬＳＩの消費電流と、電源回路からＬＳＩまでの電源配線の抵抗成分によるＩＲドロップを考慮した電圧設定が必要である。特に有効画素期間とブランキング期間で画像データ量が変化し、それに伴い画像処理ＬＳＩの消費電力が大きく変動する撮像装置では注意が必要である。
【０００８】
上述の特許文献１に開示された従来技術の場合、性能を検出する時にたまたまＬＳＩの負荷が軽かった場合、最適電圧値が過小に評価され、負荷が重くなった時に供給電圧が低すぎて動作停止するという問題がある。
【０００９】
また、特許文献２に開示された従来技術の場合で、分圧回路の位置が電源回路側にあって配線抵抗の影響が考慮されない場合、電源回路端では最低電源電圧を満たすが、ＬＳＩ端では特許文献１と同様にＩＲドロップにより動作停止するという問題がある。また分圧回路の位置がＬＳＩ側にあって配線抵抗の影響が考慮されている場合でも、瞬間的な負荷変動に対して電源回路が追従できず動作停止する可能性がある。これを防ぐためにはＩＲドロップを考慮したマージン電圧を付与する必要があるが、電源配線の配線抵抗は基板毎に異なり、ＬＳＩの消費電流も演算処理内容やＬＳＩの個体差によって異なる。そのため、想定するワースト条件（配線抵抗：最大、消費電流：最大）でも最低電圧値を下回らないように電源回路の出力電圧を高めに設定しなければならない。つまり、配線抵抗の小さい基板やＬＳＩの消費電流が小さい動作モードに関して、多くの電力が無駄になる。
【００１０】
このように、いずれの従来技術においても、短い周期でＬＳＩの消費電流が大きく変化する機器においては大きな問題となる。
【００１１】
本発明の目的は、このような短い周期でのＬＳＩ消費電流変動が大きい機器においても電源回路の出力電圧を必要最低限に設定可能な撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達成するために、本発明に係る撮像装置は、
定電圧を生成する電源部と前記電源部で生成された電圧で動作するＣＰＵと、光電変換により被写体画像データを取得する撮像センサと、前記撮像センサの駆動信号を生成する撮像駆動制御部と、を含む撮像装置であって、前記電源部で生成された電圧値における前記ＣＰＵの性能指標を取得する性能評価部と、前記性能評価部で得られた性能指標に基づいて前記電源部が生成しＣＰＵに供給する電源の設定電圧値を算出する設定電圧算出部と、固定のマージン電圧を保管するマージン電圧保管部と、を備え、前記性能評価部は前記撮像駆動制御部から出力される有効画素区間とブランキング区間を識別する識別信号に基づいて、前記性能指標を有効画素区間で得られた第一の評価値とブランキング区間で得られた第二の評価値とに選別し、前記設定電圧算出部は、前記第一の評価値と前記第二の評価値とに基づいて算出された更新マージン電圧と、前記マージン保管部に保管された固定のマージン電圧とを比較し、その差があらかじめ定められた設定電圧変更しきい値以上の時に更新マージン電圧から更新設定電圧を算出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、短い周期でのＬＳＩ消費電流変動が大きい機器においても電源回路の出力電圧を必要最低限に設定可能な撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例１の撮像装置のブロック構成を示す図である。
【図２】識別信号を示す図である。
【図３】実施例１の設定電圧値を算出するフローを示す図である。
【図４】実施例２の撮像装置のブロック構成を示す図である。
【図５】実施例２の設定電圧値を算出するフローを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、撮像装置の画像処理ＣＰＵに適用した場合について添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【００１６】
（実施例１）
以下、図１および図２を参照して、本発明の第１の実施例における撮像装置の構成について説明する。
【００１７】
撮像装置全体の制御を司るＣＰＵ１内の制御部２から指令を受けた撮像駆動制御部３はその指令に基づきＡＦＥ４を制御する。ＡＦＥ（Ａｎａｌｏｇ  Ｆｒｏｎｔ  Ｅｎｄ）４は、撮像駆動制御部３からの指示に応じた撮像センサ５の駆動制御と撮像センサ５から得られた画像信号をＣＰＵ１に受け渡す役割を担う。撮像駆動制御部３からの指令は、ＡＦＥ４のレジスタ設定などを変更するシリアル通信と、撮像センサ５の水平駆動信号ＨＤと垂直駆動信号ＶＤである。被写体からの光は、このように制御された撮像センサ５によって光電変換され、ＡＦＥ４によってデジタルデータに変換された画像データがＣＰＵ１の画像一時メモリ６に取り込まれる。
【００１８】
スルー画を表示する撮影待機状態の場合は、制御部２からのスルー画用の間引き駆動指令によって撮像センサ５から取り込まれたデータが画像一時メモリ６に展開される。この時、特徴検出部７では撮影時の周囲の明るさや被写体の種類による撮影シーンや、さらに被写体が人物の場合は顔の特徴を検出して顔の位置や大きさを判別する。特徴検出部７で検出された撮影シーンや顔検出の結果に応じ、撮影条件や画像補正部８で行う補正処理の種類や補正対象、補正の強弱を変更する。補正された画像は表示画像変換部９で表示用のデータに変換され、表示ドライバ１０を介して表示部１１に表示される。
【００１９】
ユーザーがレリーズボタンを押下した場合は、撮像駆動制御部３の指示によってＡＦＥ４から本撮影用駆動制御された撮像センサ５から画像データを取り込む。画像一時メモリ６上に展開された画像データは、スルー画時と同様に特徴検出部７で特徴検出された後、その結果に応じて画像補正部８で補正され、記録部１２に静止画あるいは動画として記録される。
【００２０】
なお、簡略化のため図１では図示していないが、ズームやフォーカスなどの動作を行うための光学系レンズや、レンズを駆動するためのモータドライバ、ユーザーの操作入力のための操作部なども備える。
【００２１】
電源部１３は、各種デバイスに必要な電圧・電流を供給する。
【００２２】
なお、簡略化のため、図１では本発明に関係のあるＣＰＵ１のみに供給する記載となっているが、実際には全てのデバイスに供給を行う。電源部１０から供給された電圧はＣＰＵ１内の各種ブロックを動作させるために使用される。
【００２３】
性能評価部１４では、現在供給されている電圧でのＣＰＵ１の動作性能を評価し、その指標である評価値Ｅを得る。動作性能は電源電圧に依存するので、供給される電圧が低いほど評価値も低くなる。ＣＰＵ１の出荷検査時に各個体で最低限の性能が保証される基準評価値ＥｒがＣＰＵ１内部の記録部に記録される。実動作時に得られたＥと基準評価値Ｅｒとを比較することで、供給されている電源電圧の適正電圧値に対する電圧過不足量を算出することができる。本実施例では簡単化のため評価値Ｅは０〜２５５の整数とする。
【００２４】
撮像駆動制御部３は性能評価部１４に対し、図２に示すような垂直駆動信号ＶＤの周期内の垂直有効画素期間ｔｖｅと垂直ブランキング期間ｔｖｂを識別する識別信号を送信する。本実施例ではｔｖｅ期間の時Ｈｉｇｈレベル、ｔｖｂ期間の時Ｌｏｗレベルになるデジタル信号としている。この識別信号を受けた性能評価部１４は、ｔｖｅ期間内に得られた評価値Ｅｖｅと、ｔｖｂ期間内に得られた評価値Ｅｖｂの２種類の評価値グループに振り分ける。振り分けられたこれらの評価値とマージン電圧保存部１５に保存された規定のマージン電圧Ｖｍｄを使って設定電圧値１６とマージン算出部１７にて設定電圧値を算出する処理の流れについて図３のフローチャートを用いて詳細に説明する。
【００２５】
本処理は、評価値収集期間と設定値算出期間に分けられる。評価値収集はＶＤ周期単位で行われ、ＶＤがＨｉｇｈからＬｏｗへ変化するエッジを検出して処理を開始する。ただし、ＶＤと評価値の取得サンプリングは同期しておらず、また撮像センサ５の駆動モードによってｔｖｅとｔｖｂは可変するため、ｔｖｅ期間内とｔｖｂ期間内でそれぞれ何個の評価値が取得できるかは不明である前提での処理としている。なお、評価値Ｅのサンプリング周波数を１０ｋＨｚとすると、サンプリング周期は１００ｕｓとなり、３０ｆｐｓの動画時にはＶＤ周期中に約３００のサンプルを得ることができる計算となる。
【００２６】
まず、演算で使用する変数Ｅｖｂ＿ＡＶＥ、ΣＥｖｂ、ｎを０に、Ｅｖｅ＿ＭＩＮを２５５に初期化する（Ｓ３０１）。それぞれの変数の意味は後述する。
【００２７】
次に、ＶＤが一周期過ぎたかどうかをＶＤの立下りエッジを検出することで判定する（Ｓ３０２）。一周期過ぎてなければ評価値Ｅｖを取得し（Ｓ３０３）、この時の識別信号のＨｉｇｈ／Ｌｏｗを判定することでｔｖｅ期間内かｔｖｂ期間内かを判別する（Ｓ３０４）。ｔｖｅ期間内では画像処理が行われＣＰＵ１の消費電流変動が大きいため、それにともない評価値Ｅｖも変動する。前述のように供給される電圧が低いと評価値も小さくなるので、ｔｖｅ期間の評価値の最小値Ｅｖｅ＿ＭＩＮを取得することで最も低い電圧値を得ることができる。従って、Ｓ３０４での判定の結果ｔｖｅ期間だった場合は、評価値の最小値探索を行う。すなわち、ＥｖがＥｖｅ＿ＭＩＮより小さいかを判定し（Ｓ３０５）、小さかった場合はＥｖを新しいＥｖｅ＿ＭＩＮとして格納し（Ｓ３０６）、Ｓ３０２に戻る。大きかった場合は何もせずＳ３０２に戻る。
【００２８】
Ｓ３０２に戻ると再度ＶＤ一周期経過判定を行うが、図２で示したように通常ＶＤ一周期内にはｔｖｅ期間とｔｖｂ期間が一回ずつ存在するので、上記の最小値探索はｔｖｅ期間中続けられ、ｔｖｅ期間が終わると続いてｔｖｂ期間が始まる。ｔｖｂ期間では画像データが無くＣＰＵ１の消費電流変動が小さいため、ｔｖｂ期間内の評価値Ｅｖｂの平均値Ｅｖｂ＿ＡＶＥを求め、ＣＰＵ出荷時に予め検査された基準の評価値Ｅｒと比較することで、定常状態における電圧過不足量ΔＶＤＣを得ることができる。従って、Ｓ３０４での判定の結果ｔｖｂ期間だった場合は、評価値収集期間では評価値Ｅｖｂを取得しながら順次平均値Ｅｖｂ＿ＡＶＥを算出する。まず、変数ｎをカウントアップし、Ｅｖｂの累積値ΣＥｖｂにＥｖを足し合わせ新しい累積値ΣＥｖｂを算出する（Ｓ３０７）。
【００２９】
次に、得られたΣＥｖｂを用いて数式１に従い新しい平均値Ｅｖｂ＿ＡＶＥを算出する（Ｓ３０８）。
Ｅｖｂ＿ＡＶＥ  ＝  ΣＥｖｂ／ｎ                 （数式１）
この処理後Ｓ３０２に戻り、再度ＶＤ一周期の経過判定をする。同様に上記の平均値演算はｔｖｂ期間内で繰り返され、最終的にはｔｖｂ期間内での全評価値の平均値を得ることができる。ｔｖｂ期間が終わると、ＶＤがＬｏｗになりＶＤ一周期が経過し、評価値収集期間が終了する。
【００３０】
次に評価値収集期間で得られたＥｖｂ＿ＡＶＥ、Ｅｖｅ＿ＭＩＮを用いて設定電圧値を算出する。まずＥｖｂ＿ＡＶＥと基準評価値Ｅｒと変換係数Ｋを用い、数式２に従い定常的な電圧過不足量ΔＶＤＣを算出する（Ｓ３０９）。
ΔＶＤＣ＝Ｋ＊（Ｅｖｂ＿ＡＶＥ−Ｅｒ）／Ｅｒ            （数式２）
次に、Ｅｖｅ＿ＭＩＮとＥｖｂ＿ＡＶＥを用い、数式３に従い過渡的な電圧過不足量ΔＶＡＣを算出する（Ｓ３１０）。
ΔＶＡＣ＝Ｋ＊（Ｅｖｅ＿ＭＩＮ−Ｅｖｂ＿ＡＶＥ）／Ｅｖｂ＿ＡＶＥ      （数式３）
次に、マージン電圧保存部１５に保存された規定のマージン電圧ＶｍｄとＳ３１０で算出したΔＶＡＣとの差の絶対値が規定マージン変更しきい値Ｖｔｈ１より大きいか判定する（Ｓ３１１）。大きい場合は、既定のマージン電圧ＶｍｄからΔＶＡＣへマージン電圧の変更が必要という判断になる。ここで、電圧変更量を示すΔＶＤＣ＋ΔＶＡＣの絶対値が、電圧変更しきい値Ｖｔｈ２より大きいかどうか判定する（Ｓ３１２）。大きい場合は電圧変更の必要ありと判断され、現在の設定値ＶｃにΔＶＤＣ＋ΔＶＡＣを足し合わせて新しいＶｃを算出し（Ｓ３１３）、電源部１３に新しい設定電圧値Ｖｃを送信し（Ｓ３１４）、終了する。
【００３１】
一方、Ｓ３１１でＶｍｄとΔＶＡＣの差の絶対値がＶｔｈ１より小さいと判断された場合は、既定のマージン電圧Ｖｍｄからマージン電圧の変更の必要なしという判断になる。ここで同様に電圧変更量を示すΔＶＤＣ＋Ｖｍｄの絶対値が、電圧変更しきい値Ｖｔｈ２より大きいかどうか判定する（Ｓ３１５）。大きい場合は電圧変更の必要ありと判断され、現在の設定値ＶｃにΔＶＤＣ＋Ｖｍｄを足し合わせて新しいＶｃを算出し（Ｓ３１６）、電源部１３に新しい設定電圧値Ｖｃを送信し（Ｓ３１４）、終了する。
【００３２】
Ｓ３１２、Ｓ３１５でそれぞれの電圧変更量がＶｔｈ２より小さいと判断された場合は、電圧変更量が微小だとして何もせず終了する。
【００３３】
（実施例２）
実施例２では、上記実施例１の構成に対し、特徴検出部７での特徴検出結果に応じて、設定電圧値を変更するかどうかの判断を変更する構成が追加となっている。本実施例では、顔検出の検出数に応じた処理を追加した場合を例に取って説明する。
【００３４】
図４に示すように、特徴検出部７で検出した顔検出数Ｆは、制御部２を介してマージン算出部１７に伝達される。
【００３５】
次に、図５のフローチャートを用いて処理の流れを説明する。
【００３６】
開始からΔＶＡＣを算出するＳ５１０までは、図３のＳ３０１からＳ３１０と同じである。ここで、上述のように特徴検出部７から顔検出数Ｆを取得する（Ｓ５１１）。
【００３７】
次に、得られた顔検出数Ｆから、電圧オフセットＶｏｆｓｔを求め、これを数式４に示すように電圧変更しきい値Ｖｔｈ２に加算して新しいしきい値Ｖｔｈ２とする（Ｓ５１２）。
Ｖｔｈ２＝Ｖｔｈ２＋Ｖｏｆｓｔ（Ｆ）             （数式４）
ここで、Ｖｏｆｓｔは顔検出数の増加にともなって増えるＣＰＵ１の消費電流変動のＩＲドロップ分を考慮した電圧であり、本実施例では数式５に示すように顔検出数が一つ増えるごとに５ｍＶを加算している。
Ｖｏｆｓｔ（Ｆ）＝５＊Ｆ    ［ｍＶ］             （数式５）
これ以降のＳ５１３からＳ５１８までの処理は、図３のＳ５１１からＳ５１６に対応し同じ処理である。すなわち、顔検出数Ｆが大きいほどＶｏｆｓｔが大きくなり、それにともなってＶｔｈ２が大きくなるため、設定電圧が変更されにくくなる効果がある。これにより、ＣＰＵ１消費電流変動が大きくなるときには設定電圧変更を控え、急激な電圧低下によるＣＰＵの動作停止などのリスクを減らすことができる。
【００３８】
以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。上述の実施形態の一部を適宜組み合わせてもよい。
【００３９】
例えば、上記実施の形態では、撮像センサにＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ：電荷結合素子）を用い、その駆動とアナログ画像データのデジタルサンプリングをＡＦＥにて実現しているが、Ａ／Ｄを内蔵したＣＭＯＳセンサでも実現可能である。
【００４０】
また、ｔｖｅ期間の最小値探索やｔｖｂ期間の平均化演算を、データを順次取得しながら演算する方法で実現しているが、ＶＤ周期での全データを一次メモリにストックし、一括演算で実現することも可能である。
【００４１】
また、特徴検出部で検出する被写体画像データに含まれる特徴量として顔検出数を用いているが、ＣＰＵの処理負荷が変わる特徴量であれば適用可能である。例えば画像の空間周波数や、動画の場合の被写体の移動速度などである。
【００４２】
また、上述の実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムを、記録媒体から直接、或いは有線／無線通信を用いてプログラムを実行可能なコンピュータを有するシステム又は装置に供給し、そのプログラムを実行する場合も本発明に含む。従って、本発明の機能処理をコンピュータで実現するために、該コンピュータに供給、インストールされるプログラムコード自体も本発明を実現するものである。つまり、本発明の機能処理を実現するためのコンピュータプログラム自体も本発明に含まれる。その場合、プログラムの機能を有していれば、オブジェクトコード、インタプリタにより実行されるプログラム、ＯＳに供給するスクリプトデータ等、プログラムの形態を問わない。プログラムを供給するための記録媒体としては、例えば、ハードディスク、磁気テープ等の磁気記録媒体、光／光磁気記憶媒体、不揮発性の半導体メモリでもよい。また、プログラムの供給方法としては、コンピュータネットワーク上のサーバに本発明を形成するコンピュータプログラムを記憶し、接続のあったクライアントコンピュータはがコンピュータプログラムをダウンロードしてプログラムするような方法も考えられる。
【符号の説明】
【００４３】
１  ＣＰＵ、２  制御部、３  撮像駆動制御部、４  ＡＦＥ、５  撮像センサ、
６  画像一時メモリ、７  特徴検出部、８  画像補正部、９  表示画像変換部、
１０  表示ドライバ、１１  表示部、１２  記録部、１３  電源部、１４  性能評価部、
１５  マージン電圧保存部、１６  設定電圧算出部、１７  マージン算出部
【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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