JP2007166088A

JP2007166088A - 撮像装置

Info

Publication number: JP2007166088A
Application number: JP2005357842A
Authority: JP
Inventors: Shoichi Nakadokoro; 正一中所
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2005-12-12
Filing date: 2005-12-12
Publication date: 2007-06-28

Abstract

【課題】低輝度被写体に対する視認性を向上させるためには、ゲインを高くして映像信号を増幅させることが容易な手法ではあるが、ノイズやシェーディング等の信号変動の問題で、容易にゲインを高くすることができない。
【解決手段】撮像部駆動条件によって映像信号ノイズや変動が最適となるようにS/Hパルスを設定する事に応じて、映像信号の感度設定条件を可変させる。
【選択図】図７

Description

本発明は、静止画像や動画像を撮像、表示、記憶、記録、再生する撮像装置に関し、特にS/N改善及び感度向上に関するものである。

近年、デジタルカメラ、携帯電話等に用いられるＣＣＤなどの撮像素子は、小型化・高画素化が急速に進み、センサ感度が低下し低輝度被写体に対する視認性劣化が問題となっている。

低輝度被写体に対する視認性を向上させるためには、ゲインを高くして映像信号を増幅させることが容易な手法ではあるが、ノイズやシェーディング等の問題で、容易にゲインを高くすることができない。また、撮像素子の高画素化に伴い、撮像素子の読み出しクロック周波数も上昇傾向にあり、相関二重サンプリング回路などで映像信号をサンプリングするサンプルホールドパルスの位相余裕がなくなり、撮像素子の出力に乗ったノイズや変動の影響を受けやすくなってしまい、ゲインアップの妨げとなっている。

従来例では、ノイズ低減を目的としたノイズ低減モード時に撮像素子の駆動周波数を下げ、撮像周波数以外の第２のクロック周期を有するノイズの位置を避けるように、サンプルホールドパルスを生成する手法が提案されている（特許文献１参照。）。
特開２００３−２２４７７８号公報

上記従来例のように、１種類の既知のクロック周期ノイズに対しては回避可能であるが、現実には数種類の周期が存在し、また、原発振周期以外にクロック間の差分周期がノイズとなって現れることがあるため、すべての成分を回避することは困難である。

本発明は、かかる課題を解決するために、本出願に係る第１の発明の目的は、相関二重サンプリング回路などで撮像信号をサンプルホールドする場合、駆動条件の変更、例えば駆動周波数を低下させたことに伴い、サンプルホールドパルスの位相タイミングを変更し、S/N改善できる撮像装置を提供することである。

本出願に係る第２の発明の目的は、相関二重サンプリング回路などで撮像信号をサンプルホールドする場合、駆動周波数が低下した時、サンプルホールドパルスの位相タイミングを変更することに応じて、映像信号の感度設定条件を可変させる撮像装置を提供することである。

上記目的を達成するため、本出願に係る第１の発明は、被写体を撮像素子上に光学的に結像する結像手段と、前記被写体の光学像を電気信号に変換する撮像素子と、前記撮像素子による光電変換後の電気信号を処理する信号処理手段と、感度条件に応じて所定のゲイン或いは露光時間を制御する露出制御手段と、前記信号処理手段からの出力信号を処理し演算を行う演算処理手段と、画像を表示するための画像表示手段と、前記演算処理された信号を記録する記録手段と、記録または再生のモードを選択可能なモード選択手段とを備えた装置において、
前記信号処理手段の駆動条件を可変させる手段を有し、前記信号処理手段に対して前記撮像素子からの出力信号をサンプルするサンプルホールドパルスが入力され、前記駆動条件に応じて、サンプリングパルスのタイミング設定を行う事を特徴とする。

上記目的を達成するため、本出願に係る第２の発明は、請求項１記載の撮像装置において、前記信号処理手段の駆動条件に応じて、前記信号処理手段からの出力信号ノイズが最適となるように、前記サンプルホールドパルスのタイミング設定を行うことを特徴とする。

上記目的を達成するため、本出願に係る第３の発明は、請求項２記載の撮像装置において、前記信号処理手段の駆動条件とは、前記信号処理手段の駆動周波数であることを特徴とする。

上記目的を達成するため、本出願に係る第４の発明は、被写体を撮像素子上に光学的に結像する結像手段と、前記被写体の光学像を電気信号に変換する撮像素子と、前記撮像素子による光電変換後の電気信号を処理する信号処理手段と、感度条件に応じて所定のゲイン或いは露光時間を制御する露出制御手段と、前記信号処理手段からの出力信号を処理し演算を行う演算処理手段と、画像を表示するための画像表示手段と、前記演算処理された信号を記録する記録手段と、記録または再生のモードを選択可能なモード選択手段とを備えた装置において、
前記信号処理手段の駆動条件を可変させる手段を有し、前記信号処理手段に対して前記撮像素子からの出力信号をサンプルするサンプルホールドパルスが入力され、前記駆動条件によって前記信号処理手段からの出力信号ノイズが最適となるようにサンプルホールドパルスのタイミング設定を行うことに応じて、前記露出制御手段の設定条件を可変させることを特徴とする。

上記目的を達成するため、本出願に係る第５の発明は、請求項４記載の撮像装置において、前記信号処理手段の駆動条件とは、前記信号処理手段の駆動周波数であることを特徴とする。

上記目的を達成するため、本出願に係る第６の発明は、請求項５記載の撮像装置において、前記信号処理手段の駆動周波数を低下させた場合、前記露出制御手段で高感度設定とすることを特徴とする。

上記目的を達成するため、本出願に係る第７の発明は、請求項６記載の撮像装置において、前記高感度設定とは、前記撮像素子からの出力信号を増幅させるアナログゲインアップ、かつ或いはデジタルゲインアップ、かつ或いは前記撮像素子の露光時間を長く設定することを特徴とする。

上記目的を達成するため、本出願に係る第８の発明は、被写体を撮像素子上に光学的に結像する結像手段と、前記被写体の光学像を電気信号に変換する撮像素子と、前記撮像素子による光電変換後の電気信号を処理する信号処理手段と、感度条件に応じて所定のゲイン或いは露光時間を制御する露出制御手段と、前記信号処理手段からの出力信号を処理し演算を行う演算処理手段と、画像を表示するための画像表示手段と、前記演算処理された信号を記録する記録手段と、記録または再生のモードを選択可能なモード選択手段とを備えた装置において、
前記画像表示手段でのスルー画像表示、かつ或いは動画撮影、かつ或いは静止画撮影が前記モード選択手段によって選択され、前記露出制御手段で予め設定されたアナログゲイン、かつ或いはデジタルゲイン、かつ或いはシャッター秒時、かつ或いは絞りの設定範囲限界に設定されてもなお露出アンダーとなった時、前記駆動周波数を低下させ、前記アナログゲイン、かつ或いは前記デジタルゲイン、かつ或いは前記シャッター秒時、かつ或いは前記絞りの設定上限を上げることを特徴とする。

上記目的を達成するため、本出願に係る第９の発明は、被写体を撮像素子上に光学的に結像する結像手段と、前記被写体の光学像を電気信号に変換する撮像素子と、前記撮像素子による光電変換後の電気信号を処理する信号処理手段と、感度条件に応じて所定のゲイン或いは露光時間を制御する露出制御手段と、前記信号処理手段からの出力信号を処理し演算を行う演算処理手段と、画像を表示するための画像表示手段と、前記演算処理された信号を記録する記録手段と、記録または再生のモードを選択可能なモード選択手段とを備えた装置において、
前記モード選択手段によって静止画撮影が選択され、シャッター秒時設定を変更できないモードにおいて、絞り値が固定、或いは開放限界にあってなお露出アンダーとなる場合、前記駆動周波数を低下させ、前記アナログゲイン、かつ或いは前記デジタルゲインの設定上限を上げることを特徴とする。

上記目的を達成するため、本出願に係る第１０の発明は、被写体を撮像素子上に光学的に結像する結像手段と、前記被写体の光学像を電気信号に変換する撮像素子と、前記撮像素子による光電変換後の電気信号を処理する信号処理手段と、感度条件に応じて所定のゲイン或いは露光時間を制御する露出制御手段と、前記信号処理手段からの出力信号を処理し演算を行う演算処理手段と、画像を表示するための画像表示手段と、前記演算処理された信号を記録する記録手段と、記録または再生のモードを選択可能なモード選択手段とを備えた装置において、
前記画像表示手段でのスルー画像表示時は、前記駆動周波数を低下させ、前記アナログゲイン、かつ或いは前記デジタルゲイン、かつ或いは前記シャッター秒時、かつ或いは前記絞りの設定上限を上げることを特徴とする。

本発明によれば、S/Nの改善やシェーディングなど映像信号の変動キャンセル量が向上することにより感度アップが可能となり、低輝度時の視認性を向上させることが可能となる。

（実施例１）
以下、図面を参照して本発明の実施例１を説明する。

図１は本発明の実施例１における撮像システム及び表示装置の外観の一例を示す図である。図１において１はデジタルカメラ、２は本体部、１０は撮影レンズ、４８はストロボ発光部、５４はモード表示用LCD、６２はレリーズスイッチ、７２は録画・再生・パソコンとの通信用等のモード切り替えスイッチ、１０４は光学ファインダである。

＜撮像システムの構成説明＞
図２は本発明の実施例１の構成を示す図である。

１０は撮影レンズ、１２は絞り機能を備えるシャッター、１４は光学像を電気信号に変換する撮像素子、１５は撮像素子１４から出力される電気信号から黒レベルを引いた映像信号を抽出する相関二重サンプリング回路、１６は相関二重サンプリング回路１５のアナログ信号出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器である。

１８は撮像素子１４、ＣＤＳ１５、Ａ／Ｄ変換器１６、Ｄ／Ａ変換器２６にクロック信号や制御信号を供給するタイミング発生回路であり、メモリ制御回路２２及びシステム制御回路５０により制御される。

２０は画像処理回路であり、Ａ／Ｄ変換器１６からのデータ或いはメモリ制御回路２２からのデータに対して所定の画素補間処理や色変換処理を行う。

また、画像処理回路２０においては、撮像した画像データを用いて所定の演算処理を行い、得られた演算結果に基づいてシステム制御回路５０が露光制御手段４０、測距制御手段４２に対して制御を行う、TTL（スルー・ザ・レンズ）方式のAF（オートフォーカス）処理、AE（自動露出）処理、ＥＦ（ストロボプリ発光）処理を行っている。

さらに、画像処理回路２０においては、撮像した画像データを用いて所定の演算処理を行い、得られた演算結果に基づいてTTL方式のAWB（オートホワイトバランス）処理も行っている。

２２はメモリ制御回路であり、Ａ／Ｄ変換器１６、タイミング発生回路１８、画像処理回路２０、画像表示メモリ２４、Ｄ／Ａ変換器２６、メモリ３０、圧縮・伸長回路３２を制御する。

Ａ／Ｄ変換器１６のデータが画像処理回路２０、メモリ制御回路２２を介して、或いはＡ／Ｄ変換器１６のデータが直接メモリ制御回路２２を介して、画像表示メモリ２４或いはメモリ３０に書き込まれる。

２４は画像表示メモリ、２６はＤ／Ａ変換器、２８はTFT LCD等から成る画像表示部であり、画像表示メモリ２４に書き込まれた表示用の画像データはＤ／Ａ変換器２６を介して画像表示部２８により表示される。

画像表示部２８を用いて撮像した画像データを逐次表示すれば、電子ファインダ機能を実現することが可能である。

３０は撮影した静止画像や動画像を格納するためのメモリであり、所定枚数の静止画像や所定時間の動画像を格納するのに十分な記憶量を備えている。

これにより、複数枚の静止画像を連続して撮影する連写撮影やパノラマ撮影の場合にも、高速かつ大量の画像書き込みをメモリ３０に対して行うことが可能となる。

また、メモリ３０はシステム制御回路５０の作業領域としても使用することが可能である。

３２は適応離散コサイン変換（ＡＤＣＴ）、ウェーブレット変換等により画像データを圧縮伸長する圧縮・伸長回路であり、メモリ３０に格納された画像を読み込んで圧縮処理或いは伸長処理を行い、処理を終えたデータをメモリ３０に書き込む。

４０は絞り機能を備えるシャッター１２を制御する露光制御手段であり、ストロボ４８と連携することによりストロボ調光機能も有するものである。

４２は撮影レンズ１０のフォーカシングを制御する測距制御手段、４４は撮影レンズ１０のズーミングを制御するズーム制御手段、４６はバリアである保護手段１０２の動作を制御するバリア制御手段である。

４８はストロボであり、AF補助光の投光機能、ストロボ調光機能も有する。

露光制御手段４０、測距制御手段４２はTTL方式を用いて制御されており、撮像した画像データを画像処理回路２０によって演算した演算結果に基づき、システム制御回路５０が露光制御手段４０、測距制御手段４２に対して制御を行う。

５０は撮像装置１００全体を制御するシステム制御回路、５２はシステム制御回路５０の動作用の定数、変数、プログラム等を記憶するメモリである。

５４はシステム制御回路５０でのプログラムの実行に応じて、文字、画像、音声等を用いて動作状態やメッセージ等を表示する液晶表示装置、スピーカー等の表示部であり、撮像装置１００の操作部近辺の視認し易い位置に単数或いは複数個所設置され、例えばLCDやLED、発音素子等の組み合わせにより構成されている。

また、表示部５４は、その一部の機能が光学ファインダ１０４内に設置されている。

表示部５４の表示内容のうち、LCD等に表示するものとしては、例えば、シングルショット/連写撮影表示、セルフタイマー表示、圧縮率表示、記録画素数表示、記録枚数表示、残撮影可能枚数表示、シャッタースピード表示、絞り値表示、露出補正表示、ストロボ表示、赤目緩和表示、マクロ撮影表示、ブザー設定表示、時計用電池残量表示、電池残量表示、エラー表示、複数桁の数字による情報表示、記録媒体２００の着脱状態表示、通信I/F動作表示、日付け・時刻表示、外部コンピュータとの接続状態を示す表示、等がある。

また、表示部５４の表示内容のうち、光学ファインダ１０４内に表示するものとしては、例えば、合焦表示、撮影準備完了表示、手振れ警告表示、ストロボ充電表示、ストロボ充電完了表示、シャッタースピード表示、絞り値表示、露出補正表示、記録媒体書き込み動作表示、等がある。

さらに、表示部５４の表示内容のうち、LED等に表示するものとしては、例えば、合焦表示、撮影準備完了表示、手振れ警告表示、ストロボ充電表示、ストロボ充電完了表示、記録媒体書き込み動作表示、マクロ撮影設定通知表示、二次電池充電状態表示、等がある。

そして、表示部５４の表示内容のうち、ランプ等に表示するものとしては、例えば、セルフタイマー通知ランプ、等がある。このセルフタイマー通知ランプは、AF補助光と共用して用いても良い。

５６は電気的に消去・記録可能な不揮発性メモリであり、例えばEEPROM、フラッシュメモリ等が用いられる。

６０、６２、６４、７０及び７２は、システム制御回路５０の各種の動作指示を入力するための操作手段であり、スイッチやダイアル、タッチパネル、視線検知によるポインティング、音声認識装置等の単数或いは複数の組み合わせで構成される。

ここで、これらの操作手段の具体的な説明を行う。

６０は電源スイッチ（メインスイッチ）で、画像処理装置１００の電源オン、電源オフの各モードを切り替え設定することが出来る。また、画像処理装置１００に接続された各種付属装置の電源オン、電源オフの設定も合わせて切り替え設定することが出来る。

６２はシャッタースイッチSW1で、不図示のシャッターボタンの操作途中でONとなり、AF（オートフォーカス）処理、AE（自動露出）処理、AWB（オートホワイトバランス）処理、ＥＦ（ストロボプリ発光）処理等の動作開始を指示する。

６４はシャッタースイッチSW2で、不図示のシャッターボタンの操作完了でONとなり、撮像素子１４から読み出した信号をＡ／Ｄ変換器１６、メモリ制御回路２２を介してメモリ３０に画像データを書き込む露光処理、画像処理回路２０やメモリ制御回路２２での演算を用いた現像処理、メモリ３０から画像データを読み出し、圧縮・伸長回路３２で圧縮を行い、記録媒体２００に画像データを書き込む記録処理という一連の処理の動作開始を指示する。

７０は各種ボタンやタッチパネル等からなる操作部で、メニューボタン、セットボタン、マクロボタン、マルチ画面再生改ページボタン、ストロボ設定ボタン、単写/連写/セルフタイマー切り替えボタン、メニュー移動＋（プラス）ボタン、メニュー移動−（マイナス）ボタン、再生画像移動＋（プラス）ボタン、再生画像−（マイナス）ボタン、撮影画質選択ボタン、露出補正ボタン、日付/時間設定ボタン、画像表示ON/OFFボタン、圧縮モードスイッチ、撮影直後に撮影した画像データを画像表示部２８を用いて自動再生表示するクイックレビュー機能を設定するクイックレビュースイッチ、撮影及び或いは再生を実行する際に各種機能の選択及び切り替えを設定する選択/切り替えスイッチ、撮影及び或いは再生を実行する際に各種機能の決定及び実行を設定する決定/実行スイッチ等がある。

なお、圧縮モードスイッチにおいては、JPEG（Joint Photographic Experts Group）圧縮の圧縮率を選択するため、或いは撮像素子の信号をそのままデジタル化して記録媒体に記録するCCDRAWモードを選択するためのスイッチである。

JPEG圧縮のモードは、例えばノーマルモードとファインモードが用意されている。

撮像装置１００の利用者は、撮影した画像のデータサイズを重視する場合はノーマルモードを、撮影した画像の画質を重視する場合はファインモードを、それぞれ選択して撮影を行うことが出来る。

JPEG圧縮のモードに於いては、撮像素子１４から読み出されてＡ／Ｄ変換器１６、画像処理回路２０、メモリ制御回路２２を介して、メモリ３０に書き込まれた画像データを読み出し、圧縮・伸長回路３２により設定した圧縮率に圧縮し、記録媒体２００に記録を行う。

CCDRAWモードでは、撮像素子１４の色フィルタの画素配列に応じて、ライン毎にそのまま画像データを読み出して、Ａ／Ｄ変換器１６、メモリ制御回路２２を介して、メモリ３０に書き込まれた画像データを読み出し、記録媒体２００に記録を行う。

７２はモードダイアルスイッチで、自動撮影モード、撮影モード、パノラマ撮影モード、再生モード、マルチ画面再生・消去モード、PC接続モード等の各機能モードを切り替え設定することが出来る。

８０は電源制御手段で、電池検出回路、DC-DCコンバータ、通電するブロックを切り替えるスイッチ回路等により構成されており、電池の装着の有無、電池の種類、電池残量の検出を行い、検出結果及びシステム制御回路５０の指示に基づいてDC-DCコンバータを制御し、必要な電圧を必要な期間、記録媒体を含む各部へ供給する。

８２はコネクタ、８４はコネクタ、８６はアルカリ電池やリチウム電池等の一次電池やNiCd電池やNiMH電池、Li-ion電池等の二次電池、ACアダプター等からなる電源手段である。

９０はメモリカードやハードディスク等の記録媒体とのインタフェース、９２はメモリカードやハードディスク等の記録媒体と接続を行うコネクタである。

１０２は、撮像装置１００のレンズ１０を含む撮像部を覆う事により、撮像部の汚れや破損を防止するバリアである保護手段である。

１０４は光学ファインダであり、画像表示部２８による電子ファインダ機能を使用すること無しに、光学ファインダのみを用いて撮影を行うことが可能である。また、光学ファインダ１０４内には、表示部５４の一部の機能、例えば、合焦表示、手振れ警告表示、ストロボ充電表示、シャッタースピード表示、絞り値表示、露出補正表示などが設置されている。

２００はメモリカードやハードディスク等の記録媒体である。

記録媒体２００は、半導体メモリや磁気ディスク等から構成される記録部２０２、撮像装置１００とのインタフェース２０４、撮像装置１００と接続を行うコネクタ２０６を備えている。

なお、記録媒体２００は本実施例では撮像装置１００に内蔵される構成として説明している。

＜撮像装置１００の動作説明＞
図３は本実施例１における撮像装置１００の主ルーチンのフローチャートを示す。

電池交換等の電源投入により、システム制御回路５０はフラグや制御変数等を初期化すると共に、撮像装置１００各部の初期化処理を行う（Ｓ１０１）。

システム制御回路５０は、電源スイッチ６０の設定位置を判断し、電源スイッチ６０が電源OFFに設定されていたならば（Ｓ１０２）、各表示部の表示を終了状態に変更し、フラグや制御変数等を含む必要なパラメータや設定値、設定モードを不揮発性メモリ５６に記録し、電源制御手段８０により画像表示部２８を含む撮像装置１００各部の不要な電源を遮断する等の所定の終了処理を行った後（Ｓ１０３）、Ｓ１０２に戻る。

電源スイッチ６０が電源ONに設定されていたならば（Ｓ１０２）、Ｓ１０４に進む。

システム制御回路５０は、電源制御手段８０により電池等により構成される電源８６の残容量や動作情況が撮像装置１００の動作に問題があるか否かを判断し（Ｓ１０４）、問題があるならば表示部５４及び或いは画像表示部２８を用いて画像や音声により所定の警告表示を行った後に（Ｓ１０５）、Ｓ１０２に戻る。

電源８６に問題が無いならば（Ｓ１０４）、Ｓ１０６に進む。

システム制御回路５０は、表示部５４を用いて画像や音声により撮像装置１００の各種設定状態の表示を行う。なお、画像表示部２８の画像表示がONであったならば、画像表示部２８も用いて画像や音声により撮像装置１００の各種設定状態の表示を行う（Ｓ１０６）。

システム制御回路５０は、モードダイアル７２の設定位置を判断し、モードダイアル７２が撮影モードに設定されていなかったならば（Ｓ１０７）、Ｓ１０９に進む。

モードダイアル７２が撮影モードに設定されていたならば（Ｓ１０７）、システム制御回路５０は、撮影モード処理を実行し（Ｓ１０８）、処理を終えたならばＳ１０２に戻る。

この撮影モード処理（Ｓ１０８）の詳細は図６を用いて後述する。

システム制御回路５０は、モードダイアル７２の設定位置を判断し、モードダイアル７２が再生モードに設定されていなかったならば（Ｓ１０９）、Ｓ１０２に戻る。

モードダイアル７２が再生モードに設定されていたならば（Ｓ１０９）、再生モード処理を実行し（Ｓ１１０）、処理を終えたならばＳ１０２に戻る。

上記のように、撮像装置１００の利用者は、撮像装置１００を携帯して撮影、再生を随時行うことが可能である。

図４に、相関二重サンプリング回路（CDS）１５の機能説明を行う。３０１は光学像を電気信号に変換する撮像素子、３０２はDCカップリングコンデンサ、３０３、３０４は、タイミング発生回路１８から与えられる信号をトリガとし、撮像素子のフィードスルー部、信号部をS/HするS/Hパルススイッチ、３０５は撮像素子３０１のフィードスルー部の電荷を充電するコンデンサ、３０６は撮像素子３０１の信号部の電荷を充電するコンデンサ、３０７は相関二重サンプリング回路（CDS）、３０８はプログラマブルゲインアンプ（ＰＧＡ）、３１７は相関二重サンプリング回路（３０７）及びＰＧＡ（３０８）へのゲイン設定手段、３１０は３１１のOB_clampがアクティブな期間に撮像素子（３０１）のＯＢ部をサンプリングするサンプルホールド回路、３１２は３１５のVrefを基準とし、３１０の出力とのレベル差を積分する積分回路、３１６は積分回路（３１２）の出力を撮像素子（３０１）のフィードスルー部のタイミングでＯＮし、オフセットを加算するスイッチである。まず、撮像素子（３０１）から出力された信号は、３０２でDCカップリングされ、３０５、３０６の積分コンデンサにてフィードスルーレベル、信号レベルの電荷が充電される。３０７においてコンデンサ３０５、３０６で充電された電圧の差分を出力し、撮像素子３０１から映像信号が出力される。３０７および３０８において、映像信号が適正レベルとなるよう増幅が行われ、CDS１５の出力を得る（３０９）。デジタルカメラの場合、３０７および３０８での増幅はISO感度設定に相当する。映像信号の増幅は３０７、３０８以外に、A/D１６以降で行っても良い。ＰＧＡ（３０８）により増幅された撮像素子からの信号は、ＯＢレベルをサンプルするサンプルホールド回路（３１０）に入力され、３１１のOB_clampがアクティブな期間にサンプリングを行い、Vrefを基準とした積分回路（３１２）で積分され、３０１のフィードスルー部にフィードバックされる。

次に、図５に相関二重サンプリング回路３０７において、撮像素子３０１の信号をサンプリングするサンプルホールドパルスタイミングについて説明する。５０１は、撮像素子３０１の出力信号であり、カップリングコンデンサ３０２でDCカップリングされる。５０２、５０３はタイミング発生回路１８から３０３、３０４に与えられるサンプルホールドスイッチングパルスであり、LOW期間中、３０３、３０４のスイッチがONする。５０２、５０３がLOW期間中、積分コンデンサ３０５、３０６に充電されるため、３０５、３０６での時定数が短ければ、蓄積電荷量に大きく影響するのは５０２、５０３がLOWからHighに移行するタイミングとなる。５０１には、さまざまなノイズ成分やシェーディングなどの変動成分が乗っており、５０２、５０３のタイミングによっては、ノイズや変動成分をサンプリングしてしまう可能性がある。特に、撮像素子の駆動周波数が高い場合、５０１のフィードスルー部、信号部をサンプルする５０２、５０３の位相余裕がなくなってくるため、５０２、５０３の位相変動が起こった場合、ノイズや変動成分をサンプリングしてしまう可能性が高くなる。逆に撮像素子の駆動周波数が低い場合、５０２、５０３の位相余裕が増え、５０２、５０３のタイミングが多少変動してもノイズや変動の影響を受けにくくなり、かつ相関二重サンプリング３０７、およびPGA３０８の回路側で発生するノイズが小さくなるため、高周波駆動時に比べS/Nが改善され、変動の影響を抑えることができる。このように、撮像素子の駆動周波数が変わった場合には、各周波数における最適なタイミングに５０２、５０３位相を設定することで、最適なS/N条件を得ることができる。

図６は、図３、Ｓ１０８の撮影モード処理の詳細なフローチャートを示す。

システム制御回路５０は、タイミング発生回路１８に対して相関二重サンプリング回路（CDS）１５の駆動周波数を可変するか否かの指示を与え（Ｓ２０１）、可変する場合にはＳ２０２に進みS/Hパルスを最適位相に変更し、クロックを可変しない場合には、そのままＳ２０３に進む。

システム制御回路５０は、シャッタースイッチSW1が押されていないならば（Ｓ２０３）、撮影モード処理ルーチン（Ｓ１０８）を終了する。

シャッタースイッチSW1が押されたならば（Ｓ２０３）、システム制御回路５０は、タイミング発生回路１８に対して相関二重サンプリング回路（CDS）１５の駆動周波数を可変するか否かの指示を与え（Ｓ２０４）、可変する場合にはＳ２０５に進みS/Hパルスを最適位相に変更し、クロックを可変しない場合には、そのままＳ２０６に進む。

システム制御回路５０は、撮像手段を起動し（Ｓ２０６）、撮像素子１４からの画像信号データを用いて所定の演算処理を行い、得られた演算結果に基づいて測距制御手段に対し測距処理を行ってレンズ１０の焦点を被写体に合わせAF制御を行う（Ｓ２０７）。

システム制御回路５０は、露光制御手段４０を起動して、適正露出にするように絞り手段、シャッター手段を用い、絞り制御値、シャッター制御値、撮像感度値から被写体輝度を算出するAE制御を行う（Ｓ２０８）。次に、システム制御回路５０は、撮像素子１４からの画像信号データを用いて所定の演算処理を行い、得られた演算結果がホワイトバランスとして適正と判断されるまで画像処理回路２０を用いて、ＡＷＢ（オートホワイトバランス）制御を行う（Ｓ２０９）。

次に、６４のシャッタースイッチSW2が押されたら（Ｓ２１０）、システム制御回路５０は、露光制御手段４０を起動して、適正に調光できるようにＥＦ制御（Ｓ２１１）を行う。

そして、インターフェース９０、コネクタ９２を介して、メモリーカード等の記録媒体２００への画像データ書き込みを行う（Ｓ２１２）。６４のシャッタースイッチSW２が押されない場合、SW２が押されるまで待機する。

このようにする事により、システム制御回路からクロック周波数変更の要求があった場合、周波数切り替えに応じて、S/Hパルス位相を最適化し、S/Nや変動成分の影響を最小限に抑えることができる。

（実施例２）
次に、図面を参照して本発明の実施例２を説明する。図１から図５は、本実施例２と同様であるため説明を省く。

図７に実施例２における撮影モード処理（Ｓ１０８）の詳細なフローチャートを示す。システム制御回路５０は、タイミング発生回路１８に対して相関二重サンプリング回路（CDS）１５の駆動周波数を低下させるか否かの指示を与え（Ｓ６０１）、低下させる場合にはＳ６０２に進みS/Hパルスを最適位相に変更し、露出制御テーブル１（Ｓ６０３）に進む。クロックを変化させない場合には、露出制御テーブル２（Ｓ６０４）に進む。露出制御テーブル１（Ｓ６０３）、露出制御テーブル２（Ｓ６０４）では、PGA３０８、絞り（Av）１２、不図示のシャッター速度（Tv）を設定し、映像信号が適正露出になるようパラメータ設定を行う。ここで、露出制御テーブル１（Ｓ６０３）の設定パラメータは、露出制御テーブル２（Ｓ６０４）に対し、低輝度側まで追従可能な設定範囲を確保させている。つまり、露出制御テーブル１（Ｓ６０３）の方が高感度側まで撮影可能であるが、これはＳ６０１で駆動周波数が下げられ、映像信号のS/Nや変動が改善されたことにより、感度アップが可能になるためである。露出制御テーブルにおいて、PGA、Av、Tvのどのパラメータを優先するかは、カメラのプログラム線図に依存する。例えば、Tv優先モードの場合、Tvは固定値であるため可変できず、Av,PGAのゲインを変更して適正露出とする。ここで、Avが開放限界にある場合、適正露出とするためにはPGAゲイン設定を変更する。これより、Tv優先モードの場合には、露出制御テーブル１は露出制御テーブル２より高いゲイン設定を設定することになる。

露出制御テーブル１（Ｓ６０３）、露出制御テーブル２（Ｓ６０４）で設定された露出追従範囲で、スルー画像表示が行われる（Ｓ６０５）。ちなみに、カメラのモードに応じて駆動周波数を変更しても良く、例えばスルー画像表示の場合は常に駆動周波数を低下させる設定としても良い。

システム制御回路５０は、シャッタースイッチSW1が押されていないならば（Ｓ６０６）、Ｓ６０１に戻る。シャッタースイッチSW1が押されたならば（Ｓ６０６）、システム制御回路５０は、タイミング発生回路１８に対して相関二重サンプリング回路（CDS）１５の駆動周波数を低下させるか否かの指示を与え（Ｓ６０７）、低下させる場合にはＳ６０８に進みS/Hパルスを最適位相に変更し、露出制御テーブル３（Ｓ６０９）に進む。クロックを変化させない場合には、露出制御テーブル４（Ｓ６１０）に進む。露出制御テーブル３（Ｓ６０９）、露出制御テーブル４（Ｓ６１０）では、PGAゲイン３０８、絞り１２、不図示のシャッター速度を設定し、映像信号が適正露出になるようパラメータ設定を行う。ここで、露出制御テーブル３（Ｓ６０９）の設定パラメータは、露出制御テーブル４（Ｓ６１０）に対し、低輝度側まで追従可能な設定範囲を確保させている。つまり、露出制御テーブル３（Ｓ６０９）の方が高感度側まで撮影可能であるが、これはＳ６０１で駆動周波数が下げられ、映像信号のS/Nや変動が改善されたことにより、感度アップが可能になるためである。

次に、システム制御回路５０は、撮像素子１４からの画像信号データを用いて所定の演算処理を行い、得られた演算結果に基づいて測距制御手段に対し測距処理を行ってレンズ１０の焦点を被写体に合わせAF制御を行う（Ｓ６１１）。

システム制御回路５０は、露光制御手段４０を起動して、適正露出にするように絞り手段、シャッター手段を用い、絞り制御値、シャッター制御値、撮像感度値から被写体輝度を算出するAE制御を行う（Ｓ６１２）。このとき、露出パラメータ設定範囲は、露出制御テーブル３（Ｓ６０９）、露出制御テーブル４（Ｓ６１０）の設定範囲内となる。

次に、システム制御回路５０は、撮像素子１４からの画像信号データを用いて所定の演算処理を行い、得られた演算結果がホワイトバランスとして適正と判断されるまで画像処理回路２０を用いて、ＡＷＢ（オートホワイトバランス）制御を行う（Ｓ６１３）。

次に、６４のシャッタースイッチSW2が押されたら（Ｓ６１４）、システム制御回路５０は、露光制御手段４０を起動して、適正に調光できるようにＥＦ制御（Ｓ６１５）を行う。

そして、インターフェース９０、コネクタ９２を介して、メモリーカード等の記録媒体２００への画像データ書き込みを行う（Ｓ６１６）。６４のシャッタースイッチSW２が押されない場合、SW２が押されるまで待機する。

図７では、クロック周波数を予め変更した場合に関して説明したが、AEで露出アンダーと判断されてからクロック周波数を低下させ、露出制御テーブルにおいて設定範囲を可変しても良い。

上述したように、駆動周波数が下がり映像信号ノイズが最適となるようにS/Hパルスを設定する事に応じて、露出パラメータの設定を変化させ、高周波時に比べS/Nやシェーディングなどの変動を劣化させることなく、低輝度側まで露出追従可能なシステムを実現できる。

本発明の撮像装置の外観図。本発明の撮像装置の構成ブロック図。本実施例における撮像装置の主ルーチンのフローチャート。本実施例における相関二重サンプリング回路の機能説明。本実施例における撮像素子のサンプリングタイミング。本実施例１における撮像装置の撮影モード処理ルーチンのフローチャート。本実施例２における撮像装置の撮影モード処理ルーチンのフローチャート。

符号の説明

１デジタルカメラ
２本体部
１０撮影レンズ
１２シャッター
１４撮像素子
１５相関二重サンプリング回路
１６Ａ／Ｄ変換器
１８タイミング発生回路
２０画像処理回路
２２メモリ制御回路
２４画像表示メモリ
２６Ｄ／Ａ変換器
２８画像表示部
３０メモリ
３２画像圧縮・伸長回路
４０露光制御手段
４２測距制御手段
４４ズーム制御手段
４６バリア制御手段
４８ストロボ
５０システム制御回路
５２メモリ
５４表示部
５６不揮発性メモリ
６０電源スイッチ（メインスイッチ）
６２シャッタースイッチＳＷ１
６４シャッタースイッチＳＷ２
７０操作部
７２モードダイアルスイッチ
８０電源制御手段
８２コネクタ
８４コネクタ
８６電源手段
９０インタフェース
９２コネクタ
１００撮像装置
１０２保護手段
１０４光学ファインダ
２００記録媒体
２０２記録部
２０４インタフェース
２０６コネクタ

Claims

被写体を撮像素子上に光学的に結像する結像手段と、前記被写体の光学像を電気信号に変換する撮像素子と、前記撮像素子による光電変換後の電気信号を処理する信号処理手段と、感度条件に応じてゲイン或いは露光時間を制御する露出制御手段と、前記信号処理手段からの出力信号を処理し演算を行う演算処理手段と、画像を表示するための画像表示手段と、前記演算処理された信号を記録する記録手段と、記録または再生のモードを選択可能なモード選択手段とを備えた装置において、
前記信号処理手段の駆動条件を可変させる手段を有し、前記信号処理手段に対して前記撮像素子からの出力信号をサンプルするサンプルホールドパルスが入力され、前記駆動条件に応じて、サンプリングパルスのタイミング設定を行う事を特徴とする撮像装置。
請求項１記載の撮像装置において、前記信号処理手段の駆動条件に応じて、前記信号処理手段からの出力信号ノイズが所定状態となるように、前記サンプルホールドパルスのタイミング設定を行うことを特徴とする撮像装置。
請求項２記載の撮像装置において、前記信号処理手段の駆動条件とは、前記信号処理手段の駆動周波数であることを特徴とする撮像装置。
被写体を撮像素子上に光学的に結像する結像手段と、前記被写体の光学像を電気信号に変換する撮像素子と、前記撮像素子による光電変換後の電気信号を処理する信号処理手段と、感度条件に応じてゲイン或いは露光時間を制御する露出制御手段と、前記信号処理手段からの出力信号を処理し演算を行う演算処理手段と、画像を表示するための画像表示手段と、前記演算処理された信号を記録する記録手段と、記録または再生のモードを選択可能なモード選択手段とを備えた装置において、
前記信号処理手段の駆動条件を可変させる手段を有し、前記信号処理手段に対して前記撮像素子からの出力信号をサンプルするサンプルホールドパルスが入力され、前記駆動条件によって前記信号処理手段からの出力信号ノイズが所定状態となるようにサンプルホールドパルスのタイミング設定を行うことに応じて、前記露出制御手段の設定条件を可変させることを特徴とする撮像装置。
請求項４記載の撮像装置において、前記信号処理手段の駆動条件とは、前記信号処理手段の駆動周波数であることを特徴とする撮像装置。
請求項５記載の撮像装置において、前記信号処理手段の駆動周波数を低下させた場合、前記露出制御手段で高感度設定とすることを特徴とする撮像装置。
請求項６記載の撮像装置において、前記高感度設定とは、前記撮像素子からの出力信号を増幅させるアナログゲインアップ、かつ或いはデジタルゲインアップ、かつ或いは前記撮像素子の露光時間を長く設定することを特徴とする撮像装置。
被写体を撮像素子上に光学的に結像する結像手段と、前記被写体の光学像を電気信号に変換する撮像素子と、前記撮像素子による光電変換後の電気信号を処理する信号処理手段と、感度条件に応じてゲイン或いは露光時間を制御する露出制御手段と、前記信号処理手段からの出力信号を処理し演算を行う演算処理手段と、画像を表示するための画像表示手段と、前記演算処理された信号を記録する記録手段と、記録または再生のモードを選択可能なモード選択手段とを備えた装置において、
前記画像表示手段でのスルー画像表示、かつ或いは動画撮影、かつ或いは静止画撮影が前記モード選択手段によって選択され、前記露出制御手段で予め設定されたアナログゲイン、かつ或いはデジタルゲイン、かつ或いはシャッター秒時、かつ或いは絞りの設定範囲限界に設定されてもなお露出アンダーとなった時、前記駆動周波数を低下させ、前記アナログゲイン、かつ或いは前記デジタルゲイン、かつ或いは前記シャッター秒時、かつ或いは前記絞りの設定上限を上げることを特徴とする撮像装置。
被写体を撮像素子上に光学的に結像する結像手段と、前記被写体の光学像を電気信号に変換する撮像素子と、前記撮像素子による光電変換後の電気信号を処理する信号処理手段と、感度条件に応じてゲイン或いは露光時間を制御する露出制御手段と、前記信号処理手段からの出力信号を処理し演算を行う演算処理手段と、画像を表示するための画像表示手段と、前記演算処理された信号を記録する記録手段と、記録または再生のモードを選択可能なモード選択手段とを備えた装置において、
前記モード選択手段によって静止画撮影が選択され、シャッター秒時設定を変更できないモードにおいて、絞り値が固定、或いは開放限界にあってなお露出アンダーとなる場合、前記駆動周波数を低下させ、前記アナログゲイン、かつ或いは前記デジタルゲインの設定上限を上げることを特徴とする撮像装置。
被写体を撮像素子上に光学的に結像する結像手段と、前記被写体の光学像を電気信号に変換する撮像素子と、前記撮像素子による光電変換後の電気信号を処理する信号処理手段と、感度条件に応じてゲイン或いは露光時間を制御する露出制御手段と、前記信号処理手段からの出力信号を処理し演算を行う演算処理手段と、画像を表示するための画像表示手段と、前記演算処理された信号を記録する記録手段と、記録または再生のモードを選択可能なモード選択手段とを備えた装置において、
前記画像表示手段でのスルー画像表示時は、前記駆動周波数を低下させ、前記アナログゲイン、かつ或いは前記デジタルゲイン、かつ或いは前記シャッター秒時、かつ或いは前記絞りの設定上限を上げることを特徴とする撮像装置。