JP4436513B2

JP4436513B2 - Imaging device

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Publication number: JP4436513B2
Application number: JP2000000305A
Authority: JP
Inventors: 圭一森; 英明吉田
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2000-01-05
Filing date: 2000-01-05
Publication date: 2010-03-24
Anticipated expiration: 2020-01-05
Also published as: JP2001197376A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、固体撮像素子を用いた撮像装置、特にストロボ等の被写体照明手段による露光成分に関する、電荷リークに基づく飽和レベルの低下を改善した撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子撮像装置は近年広く普及するにいたっており、特に静止画撮影に使用されるデジタルカメラ（本明細書では特記しない限りデジタル化された電子スチルカメラをこのように称することとする。なお、本発明に係る技術は、アナログ電子スチルカメラにも共通するものであるが、これらを代表するものとして、以下ではデジタルカメラについて説明することとする。）は、銀塩カメラに匹敵する存在に近づきつつある。静止画カメラとしての機能要求は多岐に渡るが、撮像に際しての露光制御は特に重視されており、銀塩カメラにおいて達成された各種露光機能は、ほぼ同様に可能ならしめられており、更に銀塩カメラでは為し得ない機能の実現が図られている。
【０００３】
例えば、ＣＣＤ撮像素子において電荷蓄積を制御することによって実現されるいわゆる電子シャッタは、通常の銀塩カメラのメカニカルシャッタでは実現不可能な高速シャッタが実現可能なものであり、これを有効活用するためにプログレッシブスキャン（順次走査）型のＣＣＤ撮像素子も使用されている。
【０００４】
一方、デジタルカメラでは、撮像素子に起因する様々な不具合（例えば画質劣化要因）も存在しており、したがってデジタルカメラにおいては、これらが顕在化しないように、さまざまな手当てを施すことによって実用に供せられている。
【０００５】
特開平９−１６３２３９号公報に記載されている技術は、このような不具合のうちインターレーススキャン（飛越走査）型のＣＣＤ撮像素子をメカニカルシャッタと組み合わせて使用した場合に生じる、蓄積電荷リークに起因するライン間レベル差の問題を取り上げており、撮像素子の基板バイアス電圧を時間的に制御することで電荷リークを防ぎ、あるいは各フィールド画像の電荷リークを同一にすることで問題の解決を図っている。
【０００６】
次に、この蓄積電荷リーク現象について詳しく説明する。この現象は、縦形オーバーフロードレイン構造のＣＣＤを用いてブルーミング抑圧制御を行なう場合に顕著に生じるものである。周知の如く、ブルーミングはフォトダイオードに蓄積できる信号電荷量に限度があるため、照度の高い光のスポットが入射したときに、光電変換により生じた信号電荷がフォトダイオードから溢れ出して隣接したフォトダイオードや電荷転送部に流れ込み、画像崩れを生じさせる現象である。
【０００７】
図５は、縦形オーバーフロードレイン構造のインターライン型ＣＣＤの構造を示すブロック図である。このインターライン型ＣＣＤは、複数列の垂直シフトレジスタ300 と、隣接するフォトダイオード301 と、フォトダイオード301 に蓄えられた信号電荷を垂直シフトレジスタ300 に読出すトランスファーゲート領域302 と、垂直シフトレジスタ300 の一端に設けられた水平シフトレジスタ303 と、信号電荷を検出する信号検出器304 とで構成されている。
【０００８】
図６は、図５におけるＡ−Ａ線の断面を示す図である。図６において、400 はＮ型半導体基板で、該Ｎ型半導体基板400 には接合の浅いＰウェルの第１領域401 と、接合の深いＰウェルの第２領域402 とが形成されている。第１領域401 の接合Ｎ型領域が形成された領域部分は、フォトダイオード、いわゆる光電変換領域403 として作用する。
【０００９】
第２領域402 には埋込みチャネル404 からなる垂直シフトレジスタが形成されている。その主面には絶縁層406 を介して転送電極405 が配置されている。光電変換領域403 と埋込みチャネル404 は、高いＰ型不純物層からなるチャネルストップ領域407 によって分離されている。
【００１０】
また、光電変換領域403 と対応する埋込みチャネル404 との間には、トランスファーゲート領域408 が配置されている。更に、光電変換領域403 以外の領域は金属層409 で遮光されている。ブルーミング抑制は、Ｎ型半導体基板400 と、Ｐウェルの第１領域401 及び第２領域402 との接合に、逆バイアス電圧である基板バイアス電圧Ｖ_SUB410 を印加し、光電変換領域403 直下のＰウェルの第１領域401 を完全に空乏化（空乏層化）するようになっている。
【００１１】
図７は、図６におけるＢ−Ｂ線上の深さ方向における電位分布を示す図である。トランスファーゲート領域408 がオン状態になると、光電変換領域403 のＮ型領域の電圧が曲線501aのようにセットされる。このとき、浅いＰウェルの第１領域401 は完全に空乏化するように基板バイアス電圧Ｖ_SUB410 を印加する（Ｈレベル）。
【００１２】
光電変換領域403 で光情報を蓄積するときは、トランスファーゲート領域408 をオフ状態にする。光電変換領域403 のＮ型領域の電位は、蓄積される電子によって曲線501bのように低くなる。電荷蓄積量が増加して、この電位がトランスファーゲート領域408 のチャネル電位を超えて低下すると、電荷が転送路に溢れ出し、ブルーミングを生じるが、実際には基板バイアス電圧Ｖ_SUB410 が上記所定のＨレベル印加されているから、上記ブルーミングが生じる以前に光電変換領域403 のＮ型領域と第１領域401 の接合が順方向になり（曲線501c）、新たに発生した光電荷はポテンシャル障壁を乗り超えてＮ型半導体基板400 に排出され、ブルーミングが抑制される。（なお、このときのポテンシャル障壁に対応する蓄積電荷量を、以下ではオーバーフローレベルと呼ぶ。）このように縦形オーバーフロードレイン構造のＣＣＤでは、基板バイアス電圧Ｖ_SUB410 によってブルーミング抑制を実現している。
【００１３】
そして、基板バイアス電圧Ｖ_SUB410 を更に大きくすることにより、曲線503 に示すように発生した電荷を全て基板400 に掃きだすことが可能になる。この機能を利用して、基板電圧Ｖ_SUBに電荷排出パルスと呼ばれる常時よりも高い電圧パルスを印加することによって、電荷蓄積の実効的開始すなわち電子シャッタの「開」を制御することも行われている。この場合、電子シャッタの「閉」については、順次走査型のＣＣＤ撮像素子であれば、上記転送電極405 に通常の電荷転送時の印加パルス（転送クロック）よりも高い電圧の電荷移送パルス（移送パルスＴＧ）を印加して、蓄積された電荷を垂直シフトレジスタに移送することによって、純電子的に行なうことができる。また飛越走査型のＣＣＤ撮像素子の場合は、メカニカルシャッタによって遮光することでシャッタを閉じ、その後に奇偶各フィールドの読み出しタイミングに対応して２回の移送パルスＴＧを出力して、画像信号を読み出す必要がある。
【００１４】
ここで本発明が問題とする上記電荷リークとは、例えばメカニカルシャッタの遮光後に顕著になるものであって、オーバーフローレベル以下の蓄積電荷の一部が時間と共に失われるために、信号の飽和レベルが低下する現象である。この原因は、電子の量子力学的ゆらぎによって、上記オーバーフローレベルを乗り越えて基板側に排出されてしまうためであるとされている。このとき（新たな光電荷の発生がなければ）電荷がリークするのに伴って蓄積部の電位も下がることから、リーク電流は遮光後の時間経過に連れて減衰する。その結果、蓄積電荷量すなわち撮像素子出力の飽和信号量（飽和レベル）は、遮光後の経過時間に対して図８に一例を示したような対数関数的な減衰特性を示すことになる。もとよりこれは量子力学的効果であるから、取り扱う電荷量が充分多い場合には無視し得るが、近年の撮像素子の高画素化によって画素当たりの電荷量が極めて小さくなっているために、顕在化しつつある現象である。
【００１５】
ところで、従来この現象は、飛越走査型ＣＣＤ撮像素子においては、上記したとおり時間差のある２回の移送パルスＴＧによる信号読み出しが必須であるため、奇数フィールドと偶数フィールドの蓄積電荷量が一致しなくなる、という観点でのみ捉えられていた。したがって、上記引用文献においても、例えば基板バイアス電圧Ｖ_SUBをブルーミング抑圧が不要な遮光後に充分引き下げることによりオーバーフローレベルを充分高くし、電荷リークを事実上なくすことによって問題の解決を図っている。また、順次走査型ＣＣＤ撮像素子では１回の移送パルスＴＧによって電子的にシャッタ閉が行われるから、この観点による不具合は生じない。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来は見過ごされていた、上記電荷リークがもたらす他の重大な弊害が存在している。すなわち被写体照明手段として、特にストロボ（エレクトロニックフラッシュ）に代表されるような発光タイミングを制御できる照明を利用した撮影の際に生じる飽和信号量の低下現象である。以下照明はストロボであるとして、また撮像素子は順次走査型ＣＣＤであるとして、ストロボ撮影において広く使用されているところの、いわゆる「先幕シンクロ露光」を例に取って、図９のタイムチャートによって説明する。まず外光を含めた露光全体は、最後のＶ_SUBパルスの出力によって、時刻ｔ₁において電子的にシャッタ開となった後に、所定の露光時間経過後の時点ｔ₂において移送パルスＴＧが出力され、電子的にシャッタが閉じられることによってなされる。この際、通常は転送路内の不要電荷排出のため、移送パルスＴＧの出力直前まで垂直シフトレジスタ300 が通常の画像読み出し時よりも高レートの高速排出モードで駆動されている。そして移送パルスＴＧによる画像信号の移送が行われた後に、速やかに垂直シフトレジスタ300 の通常駆動による画像信号の読み出しが行われる。
【００１７】
ストロボ使用時には上記シャッタ開のタイミングである時刻ｔ₁の直後に、ストロボ発光制御信号ＳＴＢＯＮが出力され（時刻ｔ₃）、ストロボが点弧し、その後公知の露出制御手法（例えばダイレクト測光・測距調光演算・プリ発光測光など）によって、時刻ｔ₄にストロボ停止信号ＳＴＢＯＦＦが出力され、ストロボは消弧する。発光停止までに遅延を含むこともあるので、実際に発光停止する時点は区別してｔ₅で示している。なお、図９において、Ｖ_SUB（バイアス）は基板バイアス電圧で、通常はＨレベルに設定されている。また、Ｖ_CCDは垂直転送路であるＶＣＣＤの駆動パルスを示している。
【００１８】
さて、この時点ｔ₅で撮像素子の各画素の蓄積領域には、ストロボ光の被写体反射光による信号電荷が蓄積されているが、その後は（外光による影響を除けば）新たな光電荷の発生はないから、上記したような電荷リークが発生し、したがって移送パルスＴＧによるシャッタ閉（露光終了）までの時間に応じて、より大きな実質的な飽和レベル低下が生じることになる。上記図８に示した特性例の撮像素子の場合は、発光停止から移送パルスＴＧによるシャッタ閉（露光終了）まで１〜２ｍｓあると、飽和レベルは約70％まで低下してしまうことになる。
【００１９】
なお、実際には外光も存在しているから現象は更に複雑であるが、少なくとも日中シンクロや長時間（夜景）シンクロ撮影のように、主にストロボによって主要被写体が照明され、外光によっては主に背景しか照明されないような撮影シーンの場合には、主要被写体に着目すれば外光の影響は小さいから、本質は変わらない。すなわち、少なくともストロボ光成分のみに着目した場合には、発光停止以後移送パルスＴＧが出力されるまでの時間Ｔｄ（＝ｔ₂−ｔ₅）に応じて、飽和信号レベルの低下が生じることになる。これは、結果的に「ストロボ撮影では白飛びが生じ易いカメラ」になることを意味する。特に、この現象が顕著に生じた場合は、白と見做しうるレベルに至る前に飽和してしまう「灰色飛び」を生じてしまう畏れさえある。
【００２０】
上記従来の技術は、この問題に対しては無効である。すなわち、少なくともメカニカルシャッタ閉以後に基板バイアス電圧Ｖ_SUBを可変するものであるから、シャッタ閉よりも以前の時点で起こる上記ストロボ光成分に関する電荷リークに対処することはできないものである。
【００２１】
また、仮に新規な試みとして、順次走査型撮像素子を使った場合には、露光終了に先立ちストロボ発光終了時点ｔ₅で、一旦移送パルスＴＧを出すことによって、ストロボ光成分に関して光電荷がリークする前に転送路への電荷移送を行うことが一つの解決策になり得るが、飛越走査型撮像素子の場合は、転送路が同時に受容可能な画素数が全画素数の最大１／２しかないため、このような方法は使用できないものである。
【００２２】
本発明は、上記従来の撮像装置における上記問題点を解消するためになされたもので、上記ストロボ光などの照明光成分に関する電荷リークによって生じる飽和レベルの低下を、撮像素子の走査型を問わず改善することが可能な、高画質な撮像装置を実現することを目的とする。
【００２３】
更に詳細に述べると、請求項１に係る発明は、照明手段を用いた場合においても照明光成分に関して画像の飽和レベルの低下を生じないようにすることが可能で、また照明手段を用いた照明光撮影において、外光成分に関するブルーミング特性の劣化を考慮しつつ、照明光成分に関して画像の飽和レベルの低下を減じることが可能で、且つ従来の撮像画像に対して画質の劣化を生じないようにしつつ、照明光成分に関して画像の飽和レベルの低下を生じないようにすることが可能な撮像装置を提供することを目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するため、請求項１に係る発明は、固体撮像素子と、該固体撮像素子の基板バイアス電圧の設定を含む該固体撮像素子の駆動制御を行う駆動手段と、被写体照明手段を制御する照明制御手段と、前記駆動手段及び前記照明制御手段を制御して露光を制御する露光制御手段とを備え、該露光制御手段は、当該撮影対象たる画像の撮影に際して、前記照明制御手段の発光終了制御時点直後に、前記固体撮像素子の基板バイアス電圧の設定値を制御することにより、該基板バイアス電圧の設定値に対応して定まるブルーミング抑圧レベルを可変制御すると共に、前記発光終了制御時点から所定時間経過後に前記露光を終了するように構成されており、被写体像の外光成分を測光する測光手段を更に備え、前記露光制御手段は、前記ブルーミング抑圧レベルの可変制御を、前記測光手段の測光結果に基づいて行なうように構成されており、且つ前記測光手段は、前記被写体像の外光成分に関するピーク値を検出するピーク検出手段を備えており、前記露光制御手段は、前記ピーク検出手段により検出された前記ピーク値が所定のブルーミング発生レベルを超えない場合には、前記照明制御手段による発光終了制御時点直後に前記ブルーミング抑圧レベルを低下させるようにして、撮像装置を構成するものである。このように構成した撮像装置においては、照明光発光終了制御時点直後に基板バイアス電圧を変えてブルーミング抑圧レベルを変化させるようにしているので、照明光成分に関して画像の飽和レベルの低下を生じないようにすることが可能となり、また測光手段による外光成分に関する測光結果に基づいてブルーミング抑圧レベルを制御するようにしているので、照明光撮影において、外光成分に関するブルーミング特性の劣化を考慮しつつ、照明光成分に関して画像の飽和レベルの低下を減じることが可能となり、更に測光手段のピーク検出手段により検出される外光成分に関するピーク値が所定のブルーミング発生レベルを超えない場合に、発光終了制御時点直後にブルーミング抑圧レベルを変化させるようにしているので、従来の撮像画像に対して画質の劣化を生じないようにしつつ、照明光成分に関して画像の飽和レベルの低下を生じないようにすることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
次に、実施の形態について説明する。図１は、本発明に係る撮像装置の第１の実施の形態のディジタルカメラを示すブロック構成図である。１は撮像レンズ系、２はフォーカスアクチュエータとズームアクチュエータとからなるレンズ駆動機構、３は露出制御機構、４はローパスフィルタ及び赤外カットフィルタからなる光学フィルタ系、５はＣＣＤ撮像素子、６はＣＣＤドライバ、７はＡＤコンバータを含むプリプロセス回路、８はデジタルプロセス回路で、ハードとしてメモリを含み、全てのデジタルプロセス処理を行うものである。９はメモリカードインターフェース、10はメモリカード、11はＬＣＤ画像表示系、12は主たる構成としてマイコン含むシステムコントローラ、13は操作スイッチ系、14は表示用ＬＣＤを含む操作表示系、15はストロボ、16はレンズドライバ、17は露出制御ドライバである。そして、システムコントローラ12内には、露出制御ドライバ17に送出されるストロボ制御信号に基づいて、ＣＣＤ撮像素子５の基板バイアス電圧の切り換え設定の制御を行う露光制御部12−１を備えている。
【００２６】
本実施の形態のデジタルカメラにおいては、システムコントローラ12が全ての制御を統括的に行なっており、特にＣＣＤ撮像素子５が順次走査型であることを利用して、ＣＣＤドライバ６によりＣＣＤ撮像素子５の駆動を制御して、露光（電荷蓄積）及び信号の読み出しを行ない、それをプリプロセス回路７を介してデジタルプロセス回路８に取り込んで、各種信号処理を施した後に、カードインターフェース９を介してメモリカード10に記録するものである。また、上記露光に際してストロボ15を使用する場合には、特に露出制御ドライバ17を制御してストロボ15に発光開始、停止の各制御信号を送ることにより、ストロボを発光させるようになっている。
【００２７】
本実施の形態のデジタルカメラにおいては、以下に詳述するストロボを使用する場合の露光制御を除けば、公知のデジタルカメラと同様の動作及び制御が行われるものであって、そのような公知の動作及び制御については説明を省略する。
【００２８】
さてストロボ撮影に際しては、上記従来技術の図９に示す制御態様に換えて、図２に示すような制御を行なう。図９に示す制御と異なる点は時刻ｔ₅の直後の時刻ｔ₆において、基板バイアス電圧Ｖ_SUBをＨレベル（ブルーミングが充分抑圧された、通常の、すなわち従来例と同じレベル）からＬレベル〔電圧レベル（絶対値）が低下した、したがってブルーミング抑圧の程度が低下したレベル〕に変化させている点である。このとき、ポテンシャルは図７の曲線502 に示したように変わり、オーバーフローレベルが高くなるから、それ以後はストロボ光成分による露光電荷のリークは生じない。なお、基板バイアス電圧Ｖ_SUBの制御は、露出制御ドライバ17に送出されるストロボ制御信号に基づいて切り換え設定される、システムコントローラ12内の露光制御部12−１からの制御信号により、ＣＣＤドライバ６を介して行われる。
【００２９】
以後は、所定の露光時間に達した時刻ｔ₂において移送パルスＴＧを出力して、その間に生じた外光成分も含めた全露光電荷を転送路に移送する。この時点で確定する画像データについて見れば、露光の外光成分に関してはブルーミング抑圧レベルが低下しているから、これによる若干の画質低下を生じるが、ストロボ光成分に対する電荷リークが生じない、したがって飽和レベル低下のない良好なストロボ撮影画像が得られる。一般にストロボ撮影においては、主要被写体は主としてストロボ光成分によって構成されることが多いから、総合的には高画質が得られることになる。その後、速やかに垂直シフトレジスタ300 の通常駆動によって画像信号を読み出す。
【００３０】
このようにして得られた撮像信号は、プリプロセス回路７及びデジタルプロセス回路８による適宜各種信号処理を経て、メモリカード10に記録あるいはＬＣＤ画像表示系11に表示される。記録あるいは表示される画像はストロボ光成分に対する飽和レベル低下が生じていない高画質な画像である。
【００３１】
上記実施の形態において、基板バイアス電圧Ｖ_SUBを変化させるタイミングｔ₆が発光停止時点ｔ₅から遅れれば、その遅れに対応して図８に例示した減衰特性のような飽和レベルの低下が生じるから、遅れは小さい程よい。図８に例示したような特性のＣＣＤ撮像素子に対しては、遅れが約５μｓ以下であれば、ほぼ理想的である。実際のところｔ₅と同時にすることもできる。すなわち、ＳＴＢＯＦＦ信号の出力後現実にストロボが発光停止するまでの時間を見込んで、基板バイアス電圧Ｖ_SUBを変化させればよい。ただ、発光停止の遅延時間は状況によって異なったりばらついたりすることもあるから、場合によってはｔ₅以前に移送パルスＴＧがでる危険が大きくなるものである。
【００３２】
もっとも、通常ＳＴＢＯＦＦ信号を出力した後の余剰発光量は、本来の露光量よりも充分小さいことから、ｔ₆とｔ₅が多少逆転しても実用上は大きな問題にはならない。したがって、上記では厳密を期してｔ₄，ｔ₅，ｔ₆を区別しているものの、本発明の適用範囲としては、これらを区別することなく同一視した、したがってｔ₄，ｔ₅，ｔ₆の前後関係に若干の逆転が生じているような制御態様をも含むものである。
【００３３】
なお、上記では遅延ｔ₆−ｔ₅（以後Ｔδと称する）が５μｓ以下であれば理想的であると述べたが、もとよりこれは必須ではない。例えば、仮にＴδが50μｓであったとしても、90％近い飽和レベルを確保可能であるから、例えば使用されることの多いシャッタ速１／100 秒＝10ｍｓの場合の飽和レベルが約65％以下であるのに対して、改善効果は極めて大きいと言える。
【００３４】
このような考察をさらに進めると、上記実施の形態では、時刻ｔ₅におけるストロボ発光停止から時刻ｔ₂におけるシャッタ閉としての移送パルスＴＧの出力に至る期間Ｔｄについては詳しく述べていないが、本実施の形態の撮像素子の特性の場合ではＴｄが数10〜数100 μを境に飽和レベルの低下が顕著になるものであって、Ｔｄがそれ以上の場合には本発明の効果が特に顕著に顕われるということが言える。
【００３５】
さて上記第１の実施の形態に基づいて説明したとおり、本発明はストロボ光成分に対する飽和レベル低下を生じさせない優れたものであるが、一方外光成分に対するブルーミング抑圧特性の低下を伴うものであるから、撮影絵柄によっては、これによる問題の発生の畏れなしとは言えない。この点に配慮して改善をはかったものを、第２〜第４の実施の形態として、次に説明する。
【００３６】
図３は第２の実施の形態に係るデジタルカメラを示すブロック構成図である。この実施の形態では、システムコントローラ12内に外光のピーク値検出機能を有する外光測光部12−２を備えており、上記ストロボを用いた本露光（静止画撮像）に先立って、外光による画像信号をデジタルプロセス回路８に取り込み、システムコントローラ12に設けた上記外光測光部12−２で、この情報を解析することにより測光を行なう。このような画像信号そのものを用いた測光は、従来から「オートアイリス」などとして使用されてきた技術であり、撮像映像信号自体を用いることにより「イメージャ測光」とも呼ばれる公知のものであるから、その公知の部分については説明を省略する。すなわち、事前に適当な露出値（絞り・シャッタの設定：この設定を得るためにもイメージャ測光が利用される）で露光を行なった外光による画像信号を解析して、その一画面の最大輝度レベル（ピークレベル）を求める。そして、ストロボを用いた静止画撮像である当該本露光の時の露出値を適用した場合、このピークの箇所における（外光による）蓄積電荷量がどのような値になるかを求めて、これが所定値以下であるとき（ケースＡ）には、上記第１の実施の形態と同じく図２に示した態様の制御を行なうものとし、所定値を超える場合（ケースＢ）には、上記従来例と同じく図９に示した態様の制御を行なうようにするものである。
【００３７】
上記所定値の設定例としては、従来の制御（基板バイアス電圧レベル＝Ｈ）におけるオーバーフローレベル（すなわち図７のポテンシャル図における曲線501cに相当するような電荷量）が、典型的な例としてまず挙げられる。このように所定値を設定することで、外光成分によるブルーミングの問題が生じるおそれがない場合には、第１の実施の形態と同様のストロボ光成分に関する飽和レベル低下のない高画質が得られ、一方外光成分によるブルーミングの問題が生じるおそれがある場合にも、少なくとも従来と同様の（従来に対して劣化要素のない）画質を確保することができる。
【００３８】
ただこの場合、従来に対して劣化要素がないという長所はあるが、ケースＢの場合には全く改善効果が得られないということになるから、上記所定値の設定を現オーバーフローレベルよりも若干高めに設定して、妥協的解決を図ることもできる。これを第２の実施の形態の変形例として挙げる。
【００３９】
次に、上記第２の実施の形態及びその変形例とは別に、第３の実施の形態として、基板バイアス電圧Ｖ_SUBのレベルの時刻ｔ₆後の設定値を、レベルＨとＬの中間的な値（例えばレベルＨとＬの平均値など）に設定するようにしたものが挙げられる。この場合、ストロボ光成分に関するリーク防止効果は第１の実施の形態の場合よりも若干低下する代わりに、外光成分に関するブルーミング抑圧特性の低下度合も小さく留まるから、上記第１の実施の形態の有する問題点が、妥協的にではあるが改善されることになる。この第３の実施の形態の制御を上記第２の実施の形態と組み合わせて、第２の実施の形態のケースＢについてのみ、第３の実施の形態の制御を採用することは、また極めて有効な変形例となる。すなわち、この変形例の場合、ケースＡにおいては第１の実施の形態と同等の改善された画像が得られ、ケースＢに関しても外光成分に関して若干のブルーミングの劣化を許容することで、ストロボ光成分に関する飽和レベルの改善を図ることができる。
【００４０】
次に第４の実施の形態のブロック図を図４に示す。この実施の形態は、上記第２の実施の形態のデジタルカメラと同様に測光情報を利用するものではあるが、システムコントローラ12内に外光成分によるブルーミング発生領域及び発生レベルなどのブルーミング発生状況を把握するブルーミング発生状況把握部12−３を備え、外光によるブルーミング発生を更に詳細に認識して、これによって基板バイアス電圧Ｖ_SUBの制御を行なうものである。この第４の実施の形態のデジタルカメラは、上記第２の実施の形態と同様の外光測光部12−２によるイメージャ測光機能を有しているが、単にピークレベルを求めるものではなく、各画素毎の測光値（測光時の露出値及び各画素の信号レベル）を基に、ストロボを用いた静止画撮像である当該本露光のときの露出値を適用した場合、各画素における（外光による）蓄積電荷量がどのような値になるかを求める。そして、これを従来の制御（基板バイアス電圧レベル＝Ｈ）におけるオーバーフローレベルと比較参照することで、画面のどの部分でブルーミングが生じるかを判定する。（このとき必要に応じて、オーバーフローレベルよりどの程度大きいかを認識すれば、各画素におけるブルーミング発生の度合をも情報化することもできる。）そして、ブルーミング発生領域によって、本露光時の基板バイアス電圧Ｖ_SUB制御を使い分ける。
【００４１】
具体例を挙げれば、例えば画面中央部に画面対角長の１／２を直径とする円領域を設定し、もし外光によるブルーミング発生が予測されても、その領域が全てこの中央円領域外であれば、ストロボ光飽和レベル低下防止を優先させて、本露光時には上記第１の実施の形態と同じ図２に示した態様の制御を用いるが、ブルーミング発生領域が中央円領域内に存在する場合には、従来と同じ図９に示した態様の制御（あるいは第３の実施の形態の制御）を採用する。
【００４２】
また、上記括弧書きのようにブルーミングの度合をも情報化している場合には、上記具体例に加えて、仮に中央円領域内にブルーミングが存在しても、その程度が軽微な場合は、ストロボ光飽和レベル低下防止を優先させて、本露光時の制御に上記第１の実施の形態と同じ図２に示した態様の制御を用いるなどの変形例も挙げられる。
【００４３】
要するに、この第４の実施の形態の意図は、撮影画面中で外光成分によるブルーミングがどのように発生するかを測光結果から把握し、その状況に応じてブルーミング抑圧を低下させられると判断される限りは限界ぎりぎりまで、ストロボ光露光直後の基板バイアス電圧Ｖ_SUB（従ってブルーミング抑圧レベル）の引き下げ制御を実行するところにあるものである。
【００４４】
なお、この他にも様々な実施の形態が考えられる。例えば、上記各実施の形態においては撮像素子５は順次（プログレッシブ）走査型のものとして説明したが、これは説明を簡単にするために採用したものであって、本発明は上記目的にも記したように、むしろ撮像素子の走査型を問わず等しく適用可能なところに、一つの特徴を有するものである。すなわち、飛越（インターレース）走査型の撮像素子を用いた場合は、公知の従来動作としての静止画撮像を行なうために、例えばメカニカルシャッタなどの光学シャッタを併用して、少なくとも上記順次走査型の実施の形態では移送パルスＴＧの出力で実現している時刻ｔ₂における露光終了動作を、光学シャッタの遮光によって行なわなければならない（その後各フィールドに対応した複数回の移送パルスＴＧを出力して信号を読み出す）点が、上記各実施の形態と異なるが、それ以外は上記各実施の形態と全く同様の構成をとることによって、全く同様の効果を得ることができる。
【００４５】
また、上記各実施の形態ではストロボ15は本体に一体的に内蔵されているものを示したが、これをいわゆる外付けストロボとして、カメラからはそのストロボに対して制御信号を送る構成にしてもよい。
【００４６】
また、照明装置は必ずしも上記各実施の形態のようにストロボである必要はなく、任意の照明装置を使用できる。そして、照明の発光自体を制御する形式であっても、例えば連続的な発光光源に回転セクタ（シャッタ）などを組み合わせて、照射の有無を制御する形式であってもよい。いずれの場合も、その照明による被写体露光が終了する時点を、上記ストロボの消弧時点と同等に見做すことで、本発明に好適に適用することができる。
【００４７】
以上、本発明のいくつかの実施の形態を具体的に示したが、本発明はこれらに限られることなく、特許請求の範囲に記載の限りにおいて、如何なる態様をも取り得るものであることは言うまでもない。
【００４８】
【発明の効果】
以上実施の形態に基づいて説明したように、本発明によれば、ストロボに代表される被写体照明手段を用いた場合においても、電荷リークに起因する飽和レベルの低下が生じることのない高画質な画像を得ることが可能な撮像装置を実現することができる。更に詳細に述べると、発光終了制御時点直後にブルーミング抑圧レベルを変化させるように構成しているので、照明光成分に関して画像の飽和レベルの低下を生じないようにすることができ、また外光成分に関する測光結果に基づいてブルーミング抑圧レベルを制御するように構成しているので、照明光撮影において、外光成分に関するブルーミング特性の劣化を考慮しつつ、照明光成分に関して画像の飽和レベルの低下を減じるようにすることができ、更にまた外光成分に関するピーク値が所定のブルーミング発生レベルを超えない場合に、照明光の発光終了制御時点直後にブルーミング抑圧レベルを変化させるように構成しているので、従来の撮影画像に対して画質の劣化を生じないようにしつつ、ストロボ光成分に関して画像の飽和レベルの低下を生じないようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る撮像装置の第１の実施の形態のデジタルカメラを示すブロック構成図である。
【図２】図１に示したデジタルカメラにおいて、ストロボ撮影を行う際の制御態様を示すタイミングチャートである。
【図３】本発明の第２の実施の形態のデジタルカメラを示すブロック構成図である。
【図４】本発明の第４の実施の形態のデジタルカメラを示すブロック構成図である。
【図５】縦形オーバーフロードレイン構造のインターライン型ＣＣＤ撮像素子の構成を示す概略ブロック図である。
【図６】図５に示したＣＣＤ撮像素子のＡ−Ａ線に沿った断面を示す図である。
【図７】図６に示したＣＣＤ撮像素子の断面図におけるＢ−Ｂ線に沿った深さ方向における電位分布を示す図である。
【図８】ＣＣＤ撮像素子出力の飽和レベルの遮光後の経過時間に対する減衰特性を示す図である。
【図９】従来のＣＣＤデジタルカメラにおいてストロボ撮影を行う際の制御態様を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
１レンズ系
２レンズ駆動機構
３露出制御機構
４フィルタ系
５ＣＣＤ撮像素子
６ＣＣＤドライバ
７プリプロセス回路
８デジタルプロセス回路
９メモリカードインターフェース
10 メモリカード
11 ＬＣＤ画像表示系
12 システムコントローラ
12−１露光制御部
12−２外光測光部
12−３ブルーミング発生状況把握部
13 操作スイッチ系
14 操作表示系
15 ストロボ
16 レンズドライバ
17 露出制御ドライバ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to an image pickup apparatus using a solid-state image pickup device, and more particularly to an image pickup apparatus in which a reduction in saturation level due to charge leakage is improved with respect to an exposure component by subject illumination means such as a strobe.
[0002]
[Prior art]
  In recent years, electronic imaging devices have become widespread, and in particular, a digital camera used for still image shooting (a digital electronic still camera is referred to as such unless otherwise specified in this specification). Although the technology according to the invention is common to analog electronic still cameras, the digital camera will be described below as a representative example of these, while approaching the existence comparable to a silver salt camera. is there. Although there are various functional requirements for still-image cameras, exposure control during imaging is particularly emphasized, and the various exposure functions achieved in silver-salt cameras are made possible in a similar manner. Realization of functions that cannot be achieved with a camera.
[0003]
  For example, a so-called electronic shutter realized by controlling charge accumulation in a CCD image sensor can realize a high-speed shutter that cannot be realized by a mechanical shutter of a normal silver salt camera, and is used effectively. In addition, a progressive scan (sequential scan) type CCD image pickup device is also used.
[0004]
  On the other hand, there are various problems (for example, image quality deterioration factors) caused by the image sensor in the digital camera. Therefore, in the digital camera, it is put into practical use by applying various measures so that these are not manifested. It has been.
[0005]
  The technique described in Japanese Patent Laid-Open No. 9-163239 is caused by accumulated charge leakage that occurs when an interlace scan (interlaced scan) type CCD image pickup device is used in combination with a mechanical shutter. The problem of level difference between lines is taken up, and charge leakage is prevented by temporally controlling the substrate bias voltage of the image sensor, or the problem is solved by making the charge leakage of each field image the same. .
[0006]
  Next, the accumulated charge leakage phenomenon will be described in detail. This phenomenon is remarkable when blooming suppression control is performed using a CCD having a vertical overflow drain structure. As is well known, since blooming has a limit on the amount of signal charge that can be stored in a photodiode, when a light spot with high illuminance is incident, the signal charge generated by photoelectric conversion overflows from the photodiode and is adjacent to the photodiode. This is a phenomenon that flows into the charge transfer section and causes image collapse.
[0007]
  FIG. 5 is a block diagram showing the structure of an interline CCD having a vertical overflow drain structure. This interline CCD includes a plurality of columns of vertical shift registers 300, adjacent photodiodes 301, a transfer gate region 302 for reading out signal charges stored in the photodiodes 301 to the vertical shift registers 300, and vertical shift registers 300. And a signal detector 304 for detecting signal charges.
[0008]
  6 is a diagram showing a cross section taken along line AA in FIG. In FIG. 6, reference numeral 400 denotes an N-type semiconductor substrate on which a first P-well first region 401 having a shallow junction and a second P-well second region 402 having a deep junction are formed. The region where the junction N-type region of the first region 401 is formed functions as a photodiode, so-called photoelectric conversion region 403.
[0009]
  In the second region 402, a vertical shift register comprising a buried channel 404 is formed. A transfer electrode 405 is disposed on the main surface via an insulating layer 406. The photoelectric conversion region 403 and the buried channel 404 are separated by a channel stop region 407 made of a high P-type impurity layer.
[0010]
  Further, a transfer gate region 408 is disposed between the photoelectric conversion region 403 and the corresponding buried channel 404. Further, areas other than the photoelectric conversion area 403 are shielded from light by the metal layer 409. In order to suppress blooming, a substrate bias voltage V, which is a reverse bias voltage, is applied to the junction between the N-type semiconductor substrate 400 and the first region 401 and the second region 402 of the P well._SUB410 is applied so that the first region 401 of the P well immediately below the photoelectric conversion region 403 is completely depleted (depleted layer).
[0011]
  FIG. 7 is a diagram showing a potential distribution in the depth direction on the line BB in FIG. When the transfer gate region 408 is turned on, the voltage of the N-type region of the photoelectric conversion region 403 is set as shown by a curve 501a. At this time, the substrate bias voltage V is set so that the first region 401 of the shallow P well is completely depleted._SUB410 is applied (H level).
[0012]
  When storing optical information in the photoelectric conversion region 403, the transfer gate region 408 is turned off. The potential of the N-type region of the photoelectric conversion region 403 is lowered as shown by a curve 501b due to accumulated electrons. When the amount of charge accumulation increases and this potential drops below the channel potential of the transfer gate region 408, the charge overflows into the transfer path and causes blooming. In practice, however, the substrate bias voltage V_SUBSince 410 is applied with the predetermined H level, before the blooming occurs, the junction between the N-type region of the photoelectric conversion region 403 and the first region 401 is in the forward direction (curve 501c), and the newly generated photocharge is generated. Gets over the potential barrier and is discharged to the N-type semiconductor substrate 400 to suppress blooming. (The accumulated charge amount corresponding to the potential barrier at this time is hereinafter referred to as an overflow level.) In such a CCD having a vertical overflow drain structure, the substrate bias voltage V_SUB410 suppresses blooming.
[0013]
  And substrate bias voltage V_SUBBy further increasing 410, it is possible to sweep out all the generated charges to the substrate 400 as shown by the curve 503. Using this function, the substrate voltage V_SUBIn addition, by applying a voltage pulse higher than usual, called a charge discharge pulse, the effective start of charge accumulation, that is, the “opening” of the electronic shutter is controlled. In this case, with regard to “closing” of the electronic shutter, in the case of a progressive scanning CCD image pickup device, a charge transfer pulse (transfer) having a voltage higher than the applied pulse (transfer clock) at the time of normal charge transfer is applied to the transfer electrode 405. This can be done purely electronically by applying a pulse TG) and transferring the accumulated charge to a vertical shift register. In the case of an interlaced CCD image sensor, the shutter is closed by shielding light with a mechanical shutter, and then two transfer pulses TG are output corresponding to the read timing of each odd / even field to read out the image signal. There is a need.
[0014]
  Here, the above-described charge leakage which is a problem of the present invention becomes prominent, for example, after the light of the mechanical shutter is shielded, and a part of the accumulated charge below the overflow level is lost with time. It is a phenomenon that decreases. The reason is that the quantum mechanical fluctuation of electrons overcomes the overflow level and is discharged to the substrate side. At this time (as long as no new photocharge is generated), the potential of the storage portion decreases as the charge leaks, so that the leak current attenuates with the passage of time after light shielding. As a result, the accumulated charge amount, that is, the saturation signal amount (saturation level) of the image sensor output shows a logarithmic attenuation characteristic as shown in FIG. 8 with respect to the elapsed time after light shielding. Naturally, this is a quantum mechanical effect, so it can be ignored if the amount of charge handled is large enough, but it has become apparent because the amount of charge per pixel has become extremely small due to the recent increase in the number of pixels in the image sensor. It is a phenomenon that is going on.
[0015]
  By the way, in the past, in the interlaced scanning CCD image pickup device, since the signal reading by two transfer pulses TG having a time difference is indispensable as described above, the accumulated charge amounts in the odd and even fields do not match. , Was only captured from the perspective of. Therefore, also in the above cited reference, for example, the substrate bias voltage V_SUBThe problem is solved by making the overflow level sufficiently high by substantially lowering the light after the light shielding that does not require blooming suppression and virtually eliminating the charge leakage. Further, in the progressive scanning CCD image pickup device, the shutter is electronically closed by one transfer pulse TG, so that there is no problem with this viewpoint.
[0016]
[Problems to be solved by the invention]
  By the way, there are other serious problems that have been overlooked in the past and that are caused by the charge leakage. In other words, this is a phenomenon in which the saturation signal amount is lowered when photographing using the illumination that can control the light emission timing as represented by a strobe (electronic flash) as the subject illumination means. In the following, it is assumed that the illumination is a strobe and the image sensor is a progressive scanning CCD, and the so-called “front curtain sync exposure”, which is widely used in strobe photography, is taken as an example and is shown in the time chart of FIG. explain. First of all, including the external light, the final exposure_SUBDepending on the output of the pulse, time t₁At time t after a predetermined exposure time elapses after the shutter is electronically opened at₂Is performed by outputting a transfer pulse TG and electronically closing the shutter. At this time, normally, the vertical shift register 300 is driven in a high-speed discharge mode at a higher rate than normal image reading until the output of the transfer pulse TG to discharge unnecessary charges in the transfer path. Then, after the image signal is transferred by the transfer pulse TG, the image signal is quickly read by normal driving of the vertical shift register 300.
[0017]
  Time t when the shutter is open when using the flash₁Immediately after, the strobe emission control signal STBON is output (time t_Three), The strobe is fired, and then the time t is determined by a known exposure control method (for example, direct metering, distance metering, pre-flash metering, etc.)_FourThe strobe stop signal STBOFF is output to the strobe, and the strobe is extinguished. Since there may be a delay before the light emission is stopped, the time point at which the light emission actually stops is distinguished by t_FiveIs shown. In FIG. 9, V_SUB(Bias) is a substrate bias voltage, and is normally set to H level. Also, V_CCDIndicates driving pulses of the VCCD which is a vertical transfer path.
[0018]
  Now, at this time t_FiveIn the storage area of each pixel of the image sensor, signal charges due to the subject reflected light of the strobe light are accumulated, but no new photo charges are generated thereafter (except for the influence of external light). Therefore, a larger substantial saturation level lowers according to the time until the shutter is closed (end of exposure) by the transfer pulse TG. In the case of the imaging device having the characteristic example shown in FIG. 8, the saturation level is reduced to about 70% if there is 1 to 2 ms from the stop of light emission to the closing of the shutter by the transfer pulse TG (end of exposure).
[0019]
  The phenomenon is even more complicated because there is actually external light, but at least the main subject is illuminated by the strobe, at least during daytime synchronization and long-time (night view) synchronization shooting. In the case of a shooting scene in which only the background is mainly illuminated, the essence does not change because the influence of external light is small if attention is paid to the main subject. That is, when attention is focused on at least the strobe light component, the time Td (= t) from when the light emission is stopped until the transfer pulse TG is output.₂-T_Five), The saturation signal level is lowered. This means that, as a result, a “camera that tends to cause whiteout in flash photography” is obtained. In particular, when this phenomenon occurs remarkably, it may even cause a “gray jump” that saturates before reaching a level that can be regarded as white.
[0020]
  The above prior art is ineffective for this problem. That is, at least after the mechanical shutter is closed, the substrate bias voltage V_SUBTherefore, it is impossible to cope with the charge leakage related to the strobe light component occurring before the shutter is closed.
[0021]
  Further, as a new attempt, when a sequential scanning type image pickup device is used, the strobe light emission end time t prior to the end of exposure._FiveThus, it can be one solution to transfer the charge to the transfer path before the photoelectric charge leaks with respect to the strobe light component by issuing the transfer pulse TG. Since the number of pixels that can be simultaneously accepted by the transfer path is only ½ of the total number of pixels, such a method cannot be used.
[0022]
  The present invention has been made to solve the above-described problems in the conventional imaging apparatus, and the reduction in the saturation level caused by the charge leakage related to the illumination light component such as the strobe light can be reduced regardless of the scanning type of the imaging element. An object of the present invention is to realize a high-quality image pickup apparatus that can be improved.
[0023]
  More detailsIn other words, the invention according to claim 1 can prevent a decrease in the saturation level of the image with respect to the illumination light component even when the illumination means is used, and in illumination light photographing using the illumination means. It is possible to reduce the decrease in the saturation level of the image with respect to the illumination light component while taking into account the deterioration of the blooming characteristic with respect to the external light component, and to prevent the image quality from deteriorating with respect to the conventional captured image. An object of the present invention is to provide an imaging apparatus capable of preventing a decrease in the saturation level of an image with respect to a light component.
[0024]
[Means for Solving the Problems]
  In order to solve the above problems, the invention according to claim 1 includes: a solid-state imaging device; a driving unit that performs driving control of the solid-state imaging device including setting of a substrate bias voltage of the solid-state imaging device; and a subject illumination unit. An illumination control means for controlling, and an exposure control means for controlling the exposure by controlling the driving means and the illumination control means, and the exposure control means is configured to control the illumination control means when photographing the image to be photographed. Immediately after the light emission end control time point, by controlling the set value of the substrate bias voltage of the solid-state imaging device, the blooming suppression level determined corresponding to the set value of the substrate bias voltage is variably controlled, and the light emission end control time point is reached. Configured to end the exposure after elapse of a predetermined time fromThe exposure control means is configured to perform variable control of the blooming suppression level based on a photometry result of the photometry means; and The photometry means includes a peak detection means for detecting a peak value related to an external light component of the subject image, and the exposure control means determines that the peak value detected by the peak detection means has a predetermined blooming occurrence level. If not, the blooming suppression level is lowered immediately after the light emission end control time by the illumination control means.Thus, an imaging apparatus is configured. In the imaging apparatus configured as described above, the blooming suppression level is changed by changing the substrate bias voltage immediately after the illumination light emission end control time, so that the saturation level of the image does not decrease with respect to the illumination light component. It becomes possible toIn addition, since the blooming suppression level is controlled based on the photometric result of the external light component by the photometric means, the illumination light component is imaged while taking into account the degradation of the blooming characteristic of the external light component in illumination light photography. When the peak value related to the external light component detected by the peak detection means of the photometry means does not exceed the predetermined blooming occurrence level, the blooming suppression level immediately after the light emission end control time can be reduced. Therefore, it is possible to prevent the image saturation level of the illumination light component from being lowered while preventing the image quality from deteriorating with respect to the conventional captured image.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  Next, embodiments will be described. FIG. 1 is a block configuration diagram showing a digital camera according to a first embodiment of an imaging apparatus according to the present invention. 1 is an imaging lens system, 2 is a lens driving mechanism comprising a focus actuator and a zoom actuator, 3 is an exposure control mechanism, 4 is an optical filter system comprising a low-pass filter and an infrared cut filter, 5 is a CCD imaging device, and 6 is a CCD. A driver, 7 is a preprocess circuit including an AD converter, and 8 is a digital process circuit, which includes a memory as hardware and performs all digital process processing. 9 is a memory card interface, 10 is a memory card, 11 is an LCD image display system, 12 is a system controller including a microcomputer as a main configuration, 13 is an operation switch system, 14 is an operation display system including a display LCD, 15 is a strobe, 16 Is a lens driver, and 17 is an exposure control driver. The system controller 12 includes an exposure control unit 12-1 that controls switching setting of the substrate bias voltage of the CCD image sensor 5 based on a strobe control signal sent to the exposure control driver 17.
[0026]
  In the digital camera according to the present embodiment, the system controller 12 performs all the control in an integrated manner. In particular, the CCD image pickup device 5 is driven by the CCD driver 6 by utilizing the fact that the CCD image pickup device 5 is a progressive scanning type. Is controlled, and exposure (charge accumulation) and signal readout are performed, taken into the digital process circuit 8 via the pre-process circuit 7 and subjected to various signal processing, and then via the card interface 9. It is recorded on the memory card 10. Further, when the strobe 15 is used for the exposure, the strobe 15 is caused to emit light by controlling the exposure control driver 17 and sending control signals for starting and stopping the light emission to the strobe 15.
[0027]
  In the digital camera according to the present embodiment, except for exposure control when using a strobe described in detail below, the same operation and control as a known digital camera are performed. Description of operation and control is omitted.
[0028]
  In strobe photography, control as shown in FIG. 2 is performed instead of the control mode shown in FIG. The difference from the control shown in FIG._FiveT immediately after₆Substrate bias voltage V_SUBIs changed from the H level (normally the blooming is sufficiently suppressed, that is, the same level as the conventional example) to the L level (the voltage level (absolute value) is decreased, and thus the blooming suppression level is decreased)). Is a point. At this time, the potential changes as shown by a curve 502 in FIG. 7 and the overflow level becomes high, and thereafter, leakage of exposure charge due to the strobe light component does not occur. The substrate bias voltage V_SUBThis control is performed via the CCD driver 6 by a control signal from the exposure control unit 12-1 in the system controller 12 that is switched and set based on a strobe control signal sent to the exposure control driver 17.
[0029]
  Thereafter, the time t when the predetermined exposure time is reached.₂A transfer pulse TG is output at, and all exposure charges including external light components generated in the meantime are transferred to the transfer path. Looking at the image data determined at this point, since the blooming suppression level is reduced for the external light component of exposure, this causes a slight deterioration in image quality, but there is no charge leakage for the strobe light component, and therefore saturation. A good stroboscopic image without level reduction can be obtained. In general, in strobe shooting, a main subject is often composed mainly of strobe light components, so that a high image quality can be obtained overall. Thereafter, the image signal is quickly read out by normal driving of the vertical shift register 300.
[0030]
  The imaging signal thus obtained is recorded on the memory card 10 or displayed on the LCD image display system 11 through appropriate signal processing by the preprocess circuit 7 and the digital process circuit 8. The recorded or displayed image is a high-quality image in which the saturation level does not decrease with respect to the strobe light component.
[0031]
  In the above embodiment, the substrate bias voltage V_SUBTo change the timing t₆Is the time t_FiveIf the delay is delayed, the saturation level is reduced as shown in FIG. 8 corresponding to the delay. Therefore, the smaller the delay, the better. For a CCD image pickup device having the characteristics illustrated in FIG. 8, a delay of about 5 μs or less is almost ideal. T_FiveYou can do it at the same time. That is, after the output of the STBOFF signal, the time until the strobe actually stops emitting light is estimated, and the substrate bias voltage V_SUBCan be changed. However, the delay time for stopping light emission may vary or vary depending on the situation._FiveThere is a greater risk that the transfer pulse TG will occur before.
[0032]
  However, since the surplus light emission amount after outputting the normal STBOFF signal is sufficiently smaller than the original exposure amount, t₆And t_FiveEven if it is slightly reversed, it will not be a big problem in practice. Therefore, the above is strictly t_Four, T_Five, T₆However, the scope of application of the present invention is to identify them without distinction, and therefore t_Four, T_Five, T₆It also includes a control mode in which a slight reversal occurs in the context.
[0033]
  In the above, the delay t₆-T_FiveAlthough it is said that it is ideal if (hereinafter referred to as Tδ) is 5 μs or less, it is not essential. For example, even if Tδ is 50 μs, a saturation level close to 90% can be secured. For example, when the shutter speed is often used, 1/100 seconds = 10 ms, the saturation level is about 65% or less. On the other hand, the improvement effect is extremely large.
[0034]
  When this consideration is further advanced, in the above embodiment, the time t_FiveT from the flash emission stop at₂In the case of the characteristics of the image sensor of the present embodiment, the saturation level decreases when Td is several tens to several hundreds μ in the case of the characteristics of the image sensor of the present embodiment. It becomes conspicuous, and it can be said that the effect of the present invention is particularly prominent when Td is more than that.
[0035]
  As described above based on the first embodiment, the present invention is superior in that it does not cause a decrease in the saturation level with respect to the strobe light component, but is accompanied by a decrease in blooming suppression characteristics with respect to the external light component. Therefore, depending on the picture taken, it cannot be said that there are no problems caused by this. What has been improved in consideration of this point will be described below as second to fourth embodiments.
[0036]
  FIG. 3 is a block diagram showing a digital camera according to the second embodiment. In this embodiment, the system controller 12 includes an external light metering unit 12-2 having a function of detecting the peak value of external light. Prior to the main exposure (still image capturing) using the strobe light, the external light The external light photometering unit 12-2 provided in the system controller 12 analyzes the information to take a photometer. Photometry using such an image signal itself is a technique that has been conventionally used as “auto iris” and the like, and since it is a well-known technique called “imager photometry” by using an imaged video signal itself, The description of this part is omitted. That is, the maximum luminance of one screen is analyzed by analyzing the image signal of the external light that has been exposed in advance with an appropriate exposure value (aperture / shutter setting: imager photometry is also used to obtain this setting). Find the level (peak level). Then, when the exposure value at the time of the main exposure, which is still image imaging using a strobe, is applied, the value of the accumulated charge amount (due to external light) at this peak position is obtained. When the value is equal to or smaller than the predetermined value (case A), the control shown in FIG. 2 is performed as in the first embodiment. When the predetermined value is exceeded (case B), the conventional example is used. In the same manner, the control shown in FIG. 9 is performed.
[0037]
  As an example of setting the predetermined value, an overflow level (that is, a charge amount corresponding to the curve 501c in the potential diagram of FIG. 7) in the conventional control (substrate bias voltage level = H) is given as a typical example. It is done. By setting the predetermined value in this way, when there is no possibility of causing a blooming problem due to an external light component, the same high image quality without a decrease in saturation level regarding the strobe light component as in the first embodiment can be obtained. On the other hand, even when there is a possibility that a blooming problem due to an external light component may occur, it is possible to ensure at least the same image quality as that of the related art (having no deterioration factor as compared with the prior art).
[0038]
  However, in this case, there is an advantage that there is no deterioration factor as compared with the conventional case, but in case B, no improvement effect is obtained. Therefore, the predetermined value setting is slightly higher than the current overflow level. To achieve a compromise solution. This is given as a modification of the second embodiment.
[0039]
  Next, apart from the second embodiment and its modification, a substrate bias voltage V as a third embodiment is described._SUBLevel t₆A later set value is set to an intermediate value between levels H and L (for example, an average value of levels H and L). In this case, the leak prevention effect related to the strobe light component is slightly lower than in the case of the first embodiment, and the degree of reduction in the blooming suppression characteristic related to the external light component remains small. The problems we have will be improved, albeit with a compromise. It is also very effective to combine the control of the third embodiment with the second embodiment and adopt the control of the third embodiment only for the case B of the second embodiment. This is a modified example. In other words, in the case of this modification, an improved image equivalent to that of the first embodiment is obtained in the case A, and even in the case B, a slight blooming deterioration is allowed with respect to the external light component. It is possible to improve the saturation level of the components.
[0040]
  Next, a block diagram of the fourth embodiment is shown in FIG. Although this embodiment uses photometric information in the same manner as the digital camera of the second embodiment, the blooming occurrence state such as a blooming occurrence region and a generation level due to an external light component is stored in the system controller 12. A blooming occurrence state grasping unit 12-3 for grasping is provided to recognize blooming occurrence due to external light in more detail._SUBThe control is performed. The digital camera of the fourth embodiment has an imager photometry function by the external light photometry unit 12-2 similar to that of the second embodiment, but does not simply obtain the peak level. Based on the photometric value for each pixel (exposure value at the time of photometry and the signal level of each pixel), when the exposure value for the main exposure, which is still image capturing using a strobe, is applied, Determine the value of the accumulated charge amount. Then, by comparing this with the overflow level in the conventional control (substrate bias voltage level = H), it is determined in which part of the screen blooming occurs. (At this time, if necessary, it is possible to inform the degree of occurrence of blooming in each pixel by recognizing how much it is larger than the overflow level.) Then, the substrate bias at the time of main exposure is determined by the blooming occurrence area. Voltage V_SUBUse different controls.
[0041]
  As a specific example, for example, a circular area whose diameter is 1/2 of the diagonal length of the screen is set in the center of the screen, and even if blooming due to external light is predicted, the entire area is outside this central circular area. If this is the case, priority is given to preventing the strobe light saturation level from being lowered, and the same control as shown in FIG. 2 for the first embodiment is used during the main exposure, but the blooming occurrence region exists in the central circle region. In this case, the control of the mode shown in FIG. 9 (or the control of the third embodiment) that is the same as the conventional one is employed.
[0042]
  If the degree of blooming is also computerized as in the parenthesis, in addition to the above specific example, even if blooming is present in the central circle area, There is a modification in which priority is given to preventing the light saturation level from being lowered and the control in the mode shown in FIG. 2 is used for the control during the main exposure.
[0043]
  In short, the intent of the fourth embodiment is to determine how blooming due to external light components occurs in the shooting screen from the photometric results, and to determine that blooming suppression can be reduced depending on the situation. Substrate bias voltage V immediately after stroboscopic light exposure to the limit as much as possible_SUBTherefore, the reduction control of the blooming suppression level is executed.
[0044]
  Various other embodiments are conceivable. For example, in each of the above embodiments, the image pickup device 5 has been described as a progressive (progressive) scanning type. However, this is used for the sake of simplicity, and the present invention is also described for the above purpose. As described above, the present invention has one feature where it is equally applicable regardless of the scanning type of the image sensor. That is, when an interlaced scanning type image sensor is used, at least the above-described progressive scanning type is used in combination with an optical shutter such as a mechanical shutter in order to capture a still image as a known conventional operation. In the form of, the time t realized by the output of the transfer pulse TG₂The point that the exposure end operation in FIG. 4 must be performed by shielding the optical shutter (after that, a plurality of transfer pulses TG corresponding to each field is output and the signal is read out) is different from the above embodiments, but otherwise By adopting the same configuration as that of each of the above embodiments, the same effect can be obtained.
[0045]
  Further, in each of the above embodiments, the strobe 15 is integrally incorporated in the main body. However, this is a so-called external strobe, and a control signal is sent from the camera to the strobe. Good.
[0046]
  In addition, the lighting device is not necessarily a strobe as in the above embodiments, and any lighting device can be used. And the form which controls the light emission itself of illumination, or the form which controls the presence or absence of irradiation by combining a rotation sector (shutter) etc. with the continuous light emission light source, for example may be sufficient. In any case, the present invention can be suitably applied to the present invention by regarding the time point when the subject exposure by the illumination is completed as the time point when the strobe is extinguished.
[0047]
  Although several embodiments of the present invention have been specifically shown above, the present invention is not limited to these embodiments, and can take any form within the scope of the claims. Needless to say.
[0048]
【The invention's effect】
  As described above based on the embodiments, according to the present invention, even when subject lighting means typified by a strobe is used, high image quality that does not cause a decrease in saturation level due to charge leakage occurs. An imaging device capable of obtaining an image can be realized.In more detail,Since it is configured to change the blooming suppression level immediately after the light emission end control time point, it is possible to prevent the saturation level of the image from decreasing with respect to the illumination light component.And againSince it is configured to control the blooming suppression level based on the photometric result regarding the light component, the saturation level of the image is reduced with respect to the illumination light component while taking into account the degradation of the blooming characteristic regarding the external light component in illumination light photography. Can be reducedAnd again outsideWhen the peak value related to the light component does not exceed the predetermined blooming occurrence level, the configuration is such that the blooming suppression level is changed immediately after the illumination light emission end control time, so that the image quality is deteriorated with respect to the conventional photographed image. It is possible to prevent the saturation level of the image from being lowered with respect to the strobe light component.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block configuration diagram showing a digital camera according to a first embodiment of an imaging apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a timing chart showing a control mode when performing strobe shooting in the digital camera shown in FIG. 1;
FIG. 3 is a block diagram showing a digital camera according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a block diagram showing a digital camera according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic block diagram showing a configuration of an interline CCD image sensor having a vertical overflow drain structure.
6 is a view showing a cross section taken along the line AA of the CCD image pickup device shown in FIG. 5;
7 is a diagram showing a potential distribution in the depth direction along the line BB in the cross-sectional view of the CCD image pickup device shown in FIG. 6;
FIG. 8 is a diagram illustrating an attenuation characteristic with respect to an elapsed time after shading of a saturation level of a CCD image sensor output.
FIG. 9 is a timing chart showing a control mode when performing strobe shooting in a conventional CCD digital camera.
[Explanation of symbols]
  1 Lens system
  2 Lens drive mechanism
  3 Exposure control mechanism
  4 Filter system
  5 CCD image sensor
  6 CCD driver
  7 Preprocess circuit
  8 Digital process circuit
  9 Memory card interface
  10 Memory card
  11 LCD image display system
  12 System controller
  12-1 Exposure control unit
  12-2 External light metering section
  12-3 Blooming Occurrence Status Monitor
  13 Operation switch system
  14 Operation display system
  15 Strobe
  16 Lens driver
  17 Exposure control driver

Claims

A solid-state imaging device; a driving unit that performs driving control of the solid-state imaging device including setting of a substrate bias voltage of the solid-state imaging device; an illumination control unit that controls a subject illumination unit; the driving unit; and the illumination control unit. Exposure control means for controlling the exposure by controlling the exposure control means, when photographing the image to be photographed, immediately after the light emission end control time of the illumination control means, the substrate bias voltage of the solid-state imaging device by controlling the set value, the blooming suppression level determined in response to the setting value of the substrate bias voltage with variable control, is configured to terminate the exposure after a predetermined time has elapsed from the light emitting end control point A light metering unit for metering an external light component of the subject image, wherein the exposure control unit performs variable control of the blooming suppression level. The photometry unit is configured to perform based on a photometry result, and the photometry unit includes a peak detection unit that detects a peak value related to an external light component of the subject image, and the exposure control unit includes the peak detection unit. When the peak value detected by the above does not exceed a predetermined blooming occurrence level, the blooming suppression level is reduced immediately after the light emission end control time by the illumination control means. apparatus.