JPWO2006085464A1

JPWO2006085464A1 - 撮像装置

Info

Publication number: JPWO2006085464A1
Application number: JP2007502572A
Authority: JP
Inventors: 中川　和子; 和子中川; 高山　淳; 淳高山
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2005-02-10
Filing date: 2006-02-02
Publication date: 2008-06-26
Also published as: US20090153713A1; CN101112081A; US7916197B2; CN100579178C; WO2006085464A1

Abstract

撮像装置１は、入射光を電気信号に線形変換する線形変換モードと、対数変換する対数変換モードとを入射光量に基づいて切り換える複数の画素Ｇ11〜Ｇmnを有する撮像素子２と、電気信号に対して信号処理を行う信号処理部３とを備え、信号処理部３は、撮像素子２の露光時間に起因して当該撮像素子２の入出力特性が変動する場合に、この撮像素子２から出力される電気信号の変動補正を行う変動補正部３０と、対数変換モードに由来の電気信号を、線形変換モードに由来の状態に変換する特性変換を行う線形化部３１とを有する。

Description

本発明は、入射光を電気信号に変換する撮像素子を有する撮像装置に関する。

従来、デジタルカメラ等の撮像装置には、入射光を電気信号に変換する複数の画素を有する撮像素子が設けられている。これら複数の画素は、入射光量に基づいて電気信号への変換モードを切り換えるようになっており、より詳細には、入射光を電気信号に線形変換する線形変換モードと、対数変換する対数変換モードとを切り換えるようになっている。また、撮像素子の後段には、対数変換モード由来の電気信号を線形変換モード由来の状態に変換するか、或いは線形変換モード由来の電気信号を対数変換モード由来の状態に変換する特性変換を行う信号処理部が設けられており、電気信号全体を線形変換モード由来または対数変換モード由来の状態に統一して電気信号の処理を容易化するようになっている。

このような撮像素子によれば、線形変換モードのみを行う撮像素子と比較して電気信号のダイナミックレンジが広くなるため、輝度範囲の広い被写体を撮影した場合であっても、全輝度情報を電気信号で表現することができる。

ところで、上記の複数の画素は、画素の違いに起因して、入出力特性にばらつきを有している。そのため、このようなばらつきを解消する方法として、各画素からの出力を補正して基準出力値に一致させる方法がある（例えば、特許文献１，２参照）。
特開平１１−２９８７９９号公報特開平５−３０３５０号公報

しかしながら、上記特許文献に開示の補正方法では、撮影条件や環境条件などの駆動条件によって入出力特性が変動する場合に、基準条件における基準出力値と、実際の画素の出力値とのズレを補正することができない。そのため、電気信号全体を正確に線形変換モードまたは対数変換モード由来の状態に統一することができない。

本発明の課題は、電気信号を正確に線形変換または対数変換由来の状態に統一することができる撮像装置を提供することである。

請求の範囲第１項に記載の発明は、撮像装置において、
入射光を電気信号に線形変換する線形変換モードと、入射光を電気信号に対数変換する対数変換モードとを入射光量に基づいて切り換える複数の画素を有する撮像素子と、
撮像素子から対数変換されて出力された基準電気信号を、対数変換する前の電気信号を線形変換して得られる電気信号に変換して出力する変換部と、
撮像素子から対数変換されて出力される電気信号が、前記基準電気信号からずれている場合、前記基準電気信号に合うように補正する補正部と、
補正された電気信号を前記変換部に与える回路と、
を有することを特徴とする。
また、請求の範囲第８項に記載の発明は、撮像装置において、
所定光量までの間、入射光量に基づいた電気信号に線形変換して出力し、その後、入射光量に基づいた電気信号に対数変換して出力する複数の画素を有する撮像素子と、
撮像素子から対数変換されて出力された基準電気信号を、対数変換する前の電気信号を線形変換して得られる電気信号に変換して出力する変換部と、
撮像素子から対数変換されて出力される電気信号が、前記基準電気信号からずれている場合、前記基準電気信号に合うように補正する補正部と、
補正された電気信号を前記変換部に与える回路と、
を有することを特徴とする。

また、請求の範囲第１２項に記載の発明は、撮像装置において、
所定光量までの間、入射光量に基づいた電気信号に線形変換して出力し、その後、入射光量に基づいた電気信号に対数変換して出力する複数の画素を有する撮像素子と、
線形変換から対数変換に切り換わる点での変曲点信号を導出する導出部と、
導出部で導出された変曲点信号と撮像素子から出力された電気信号とを比較する比較部と、
比較の結果、変曲点信号が大きい場合、撮像素子から対数変換されて出力された基準電気信号を、対数変換する前の電気信号を線形変換して得られる電気信号に変換して出力する変換部と、
撮像素子から対数変換されて出力される電気信号が、前記基準電気信号からずれている場合、前記基準電気信号に合うように補正する補正部と、
補正された電気信号を前記変換部に与える回路と、
を有することを特徴とする。

本発明によれば、対数変換された電気信号を正確に、線形変換由来の状態に統一することができる。さらに、本発明によれば、対数変換された電気信号を複雑な回路を使用することなく、線形変換由来の状態に統一することができる。

本発明に係る撮像装置の概略構成を示すブロック図である。撮像素子の構成を示すブロック図である。画素及び線形化部の動作を説明するための図である。露光時間と変曲点との関係を示す図である。制御電圧と変曲点との関係を示す図である。画素の構成を示す回路図である。信号処理部及び変曲信号導出部を示すブロック図である。補正係数αを示す図である。変動補正及び特性変換の処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１撮像装置
２撮像素子
３信号処理部
３０変動補正部
３１線形化部（特性変換部）
３２係数導出部
３２ａルックアップテーブル
３３演算処理部
３４変曲信号導出部
３４ａルックアップテーブル
Ｇ11〜Ｇmn 画素

［実施の形態］
以下、図面を参照しつつ、本発明の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１の概略構成を示すブロック図である。

この図に示すように、撮像装置１は、レンズ群１０及び絞り１１を介して入射光を受光する撮像素子２を備えている。これらレンズ群１０及び絞り１１としては、従来より公知のものが用いられている。

撮像素子２は、図２に示すように、行列配置（マトリクス配置）された複数の画素Ｇ11〜Ｇmn（但し、ｎ，ｍは１以上の整数）を有している。

各画素Ｇ11〜Ｇmnは、入射光を光電変換して電気信号を出力するものである。これら画素Ｇ11〜Ｇmnは、入射光量に基づいて電気信号への変換モードを切り換えるようになっており、本実施の形態においては、図３に実線で示すように、所定入射光量ｔｈ未満の入射光量に対しては入射光を線形変換する線形変換モードを、所定入射光量ｔｈ以上の入射光量に対しては入射光を対数変換する対数変換モードを行うようになっている。

ここで、線形変換モードと対数変換モードとが切り換えられる境界、いわゆる変曲点は撮像素子２における画素Ｇ11〜Ｇmnの駆動条件、例えば撮影時での露光時間や制御電圧などによって変化するようになっている。具体的には、図４に示すように、露光時間が「ｔ1」〜「ｔ3」の順に短くなるほど、変曲点での出力信号値（以下、変曲出力信号値Ｈとする）と前記所定入射光量ｔｈとは「Ｉ」〜「III」の順に大きくなる。また、図５に示すように、制御電圧が「Ｖ1」〜「Ｖ3」の順に小さくなるほど、画素Ｇ11〜Ｇmnの変曲出力信号値Ｈは「ＩＶ」〜「ＶＩ」の順に大きくなる。なお、図４，図５中、「ａ1」〜「ａ3」，「ｂ」〜「ｄ」，「ａ」，「ｄ1」〜「ｄ3」はそれぞれ定数である。このうち、露光時間ｔ1〜ｔ3の駆動条件下での線形変換モードにおける入出力特性の傾きａ1〜ａ3は、当該露光時間ｔ1〜ｔ3に対して比例関係を有している。また、制御電圧Ｖ1〜Ｖ3の駆動条件下での対数変換モードにおける入出力特性の切片ｄ1〜ｄ3は、当該制御電圧Ｖ1〜Ｖ3に対して比例関係を有している。以下、所定入射光量ｔｈが最も小さいとき、つまり、線形変換モードの行われる割合が最も小さく、対数変換モードの行われる割合が最も大きいときの露光時間ｔ1を、基準露光時間とする。

これら画素Ｇ11〜Ｇmnのレンズ群１０側には、それぞれレッド（Red）、グリーン（Green）及びブルー（Blue）のうち何れか１色のフィルタ（図示せず）が配設されている。また、画素Ｇ11〜Ｇmnには、図２に示すように、電源ライン２０や信号印加ラインＬA1〜ＬAn，ＬB1〜ＬBn，ＬC1〜ＬCn、信号読出ラインＬD1〜ＬDmが接続されている。なお、画素Ｇ11〜Ｇmnには、クロックラインやバイアス供給ライン等のラインも接続されているが、図２ではこれらの図示を省略している。

信号印加ラインＬA1〜ＬAn，ＬB1〜ＬBn，ＬC1〜ＬCnは画素Ｇ11〜Ｇmnに対して信号φv，φVPS（図６参照）を与えるようになっている。これら信号印加ラインＬA1〜ＬAn，ＬB1〜ＬBn，ＬC1〜ＬCnには、垂直走査回路２１が接続されている。この垂直走査回路２１は、後述の信号生成部４８（図１参照）からの信号に基づいて信号印加ラインＬA1〜ＬAn，ＬB1〜ＬBn，ＬC1〜ＬCnに信号を印加するものであり、信号を印加する対象の信号印加ラインＬA1〜ＬAn，ＬB1〜ＬBn，ＬC1〜ＬCnをＸ方向に順次切り換えるようになっている。

信号読出ラインＬD1〜ＬDmには、各画素Ｇ11〜Ｇmnで生成された電気信号が導出されるようになっている。これら信号読出ラインＬD1〜ＬDmには定電流源Ｄ1〜Ｄm及び選択回路Ｓ1〜Ｓmが接続されている。

定電流源Ｄ1〜Ｄmの一端（図中下側の端部）には、直流電圧ＶPSが印加されるようになっている。

選択回路Ｓ1〜Ｓmは、各信号読出ラインＬD1〜ＬDmを介して画素Ｇ11〜Ｇmnから与えられるノイズ信号と撮像時の電気信号とをサンプルホールドするものである。これら選択回路Ｓ1〜Ｓmには、水平走査回路２２及び補正回路２３が接続されている。水平走査回路２２は、電気信号をサンプルホールドして補正回路２３に送信する選択回路Ｓ1〜Ｓmを、Ｙ方向に順次切り換えるものである。また、補正回路２３は、選択回路Ｓ1〜Ｓmから送信されるノイズ信号及び撮像時の電気信号に基づき、当該電気信号からノイズ信号を除去するものである。

なお、選択回路Ｓ1〜Ｓm及び補正回路２３としては、特開平２００１−２２３９４８号公報に開示のものを用いることができる。また、本実施の形態においては、選択回路Ｓ1〜Ｓmの全体に対して補正回路２３を１つのみ設けることとして説明するが、選択回路Ｓ1〜Ｓmのそれぞれに対して補正回路２３を１つずつ設けることとしても良い。

以上の撮像素子２には、図１に示すように、アンプ１２及びＡＤコンバータ１３を介して、黒基準設定部１４及び信号処理部３がこの順に接続されている。

黒基準設定部１４は、デジタル信号の最低レベルを設定するものである。

信号処理部３は、対数変換モードによって撮像素子２から出力される電気信号に対して信号処理を行うものであり、線形化部３１及び変動補正部３０を備えている。

線形化部３１は、本発明における特性変換部であり、撮像素子２からの出力信号を線形変換モード由来の状態に統一するようになっている。この線形化部３１は、図７に示すように、セレクタ３１ｂ、基準変換テーブル３１ａ及び出力部３１ｃを備えている。なお、図７では、ＡＤコンバータ１３や制御装置４６等の図示を省略している。

セレクタ３１ｂは、撮像素子２からの電気信号と前記変曲出力信号値Ｈとの大小を判別し、撮像素子２からの電気信号が前記変曲出力信号値Ｈより大きい場合、つまり対数変換モード由来の電気信号が撮像素子２から出力される場合には、撮像素子２からの出力信号を基準変換テーブル３１ａに出力し、変曲出力信号値Ｈ以下の場合には出力部３１ｃに出力するようになっている。

基準変換テーブル３１ａは、図３に矢印Ｚで示すように、撮像素子２から出力される電気信号のうち、対数変換モード由来の電気信号を、入射光から線形変換された状態、つまり線形変換モード由来の状態に特性変換するものである。この基準変換テーブル３１ａの変換特性は、撮像素子２の駆動条件が所定の基準条件である場合、本実施の形態においては画素Ｇ11〜Ｇmnの露光時間が前記基準露光時間ｔ1である場合に当該撮像素子２から対数変換モードで出力される電気信号が正確に線形変換モード由来の状態となるように設定されている。

出力部３１ｃは、セレクタ３１ｂまたは基準変換テーブル３１ａから入力される電気信号を出力するものである。

変動補正部３０は、撮像素子２の前記駆動条件、本実施の形態においては画素Ｇ11〜Ｇmnの露光時間に起因して当該撮像素子２の入出力特性が変動する場合に、この撮像素子２から出力される電気信号の変動補正を行うものである。

この変動補正部３０は、図７に示すように、係数導出部３２と演算処理部３３とを備えている。

係数導出部３２は、画素Ｇ11〜Ｇmnの露光時間についての露光時間情報と、画素Ｇ11〜Ｇmnについての画素情報とに基づいて画素Ｇ11〜Ｇmnごとに補正係数α11〜αmnを導出するものであり、本実施の形態においては、露光時間情報及び画素情報の入力によって補正係数α11〜αmnを算出するルックアップテーブル３２ａを備えている。

ここで、例えば撮像時の露光時間が前記露光時間ｔ2（変数）（図４参照）である場合には、補正係数αはα＝ｃＬｎ（ａ1／ａ2）＝ｃＬｎ（t1／t2）で示される値であり、換言すれば、図８（ａ）に示すように、露光時間ｔ2の駆動条件下で撮像素子２から対数変換モードで出力される電気信号が正確に線形変換モード由来の状態となるような変換特性を有する仮想の変換テーブル（図中の点線参照）と、前記基準変換テーブル３１ａ（図中の実線参照）との入力軸（図中のｘ軸）上での距離である。なお、このような仮想の変換テーブルは、実験や理論計算などによって求めることができ、仮想の変換テーブルと基準変換テーブル３１ａとは、互いに平行な関係となっている。また、図８（ａ）中では、線形領域に対する各変換テーブルの図示を省略している。

また、画素情報としては、各画素Ｇ11〜ＧmnのＩＤナンバー等の固有情報や、撮像素子中での位置情報などが用いられている。

演算処理部３３は、係数導出部３２で導出された補正係数α11〜αmnに基づいて、画素Ｇ11〜Ｇmnごとに前記変動補正を行うものであり、本実施の形態においては、対数変換モードによって各画素Ｇ11〜Ｇmnより出力される電気信号から、補正係数α11〜αmnを減算するようになっている。これにより、変動補正された対数変換モード由来の電気信号は、前記基準変換テーブル３１ａによって正確に線形変換モード由来の電気信号に特性変換可能な状態となる。

具体的には、例えば上述の図８（ａ）に示すように、露光時間ｔ2（図４参照）の駆動条件下で画素Ｇ11〜Ｇmnから対数変換モードで出力される電気信号の信号値がＸ2であるとする。この場合、対数変換モード由来の信号値Ｘ2が正確に線形変換モード由来の状態の電気信号に特性変換されるとき、つまり、信号値Ｘ2が前記仮想の変換テーブルで特性変換されるときには、特性変換後の出力信号値はＹ2である。これに対し、信号値Ｘ2をそのまま基準変換テーブル３１ａによって特性変換すると、特性変換後の信号値はＹ1であるが、信号値Ｘ2を補正係数αで減算した信号値Ｘ1（＝Ｘ2−α）を基準変換テーブル３１ａによって特性変換したときには、特性変換後の信号値はＹ2である。つまり、対数変換モード由来の信号値Ｘ2を補正係数αで減算することにより、減算後の電気信号は前記基準変換テーブル３１ａによって正確に線形変換モード由来の電気信号に特性変換可能な状態となる。

この信号処理部３には、図１に示すように、変曲信号導出部３４及び画像処理部４がそれぞれ接続されている。

変曲信号導出部３４は、前記露光時間情報と前記画素情報とに基づいて前記変曲出力信号値Ｈを導出するものであり、本実施の形態においては、図７に示すように、露光時間情報及び画素情報の入力によって変曲出力信号値Ｈを導出するルックアップテーブル３４ａを備えている。

画像処理部４は、画素Ｇ11〜Ｇmnからの電気信号全体によって構成される画像データに対して画像処理を行うものであり、ＡＷＢ（Auto White Balance）処理部４０、色補間部４１、色補正部４２、階調変換部４３及び色空間変換部４４を備えている。これらＡＷＢ処理部４０、色補間部４１、色補正部４２、階調変換部４３及び色空間変換部４４は、信号処理部３に対してこの順に接続されている。

ＡＷＢ処理部４０は画像データに対してホワイトバランス処理を行うものであり、色補間部４１は、同色の前記フィルタが設けられた複数の近接画素からの電気信号に基づいて、これら近接画素間に位置する画素について、この色の電気信号を補間演算するものである。色補正部４２は画像データの色合いを補正するものであり、より詳細には、各色の電気信号を他の色の電気信号に基づき画素Ｇ11〜Ｇmnごとに補正するものである。階調変換部４３は画像データの階調変換を行うものであり、色空間変換部４４はＲＧＢ信号をＹＣｂＣｒ信号に変換するものである。

また、信号処理部３には、評価値算出部５及び制御装置４６がこの順に接続されている。

評価値算出部５は、ＡＷＢ処理部４０でのホワイトバランス処理（ＡＷＢ処理）に用いられるＡＷＢ評価値や、露光制御処理部４７での露出制御処理（ＡＥ処理）に用いられるＡＥ評価値を算出するものである。

制御装置４６は、撮像装置１の各部を制御するものであり、図１に示すように、上述のアンプ１２、黒基準設定部１４、信号処理部３、変曲信号導出部３４、ＡＷＢ処理部４０、色補間部４１、色補正部４２、階調変換部４３及び色空間変換部４４と接続されている。また、制御装置４６は、露光制御処理部４７を介して絞り１１と接続され、信号生成部４８を介して撮像素子２及びＡＤコンバータ１３と接続されている。

続いて、本実施の形態における画素Ｇ11〜Ｇmnについて説明する。

各画素Ｇ11〜Ｇmnは、図６に示すように、フォトダイオードＰ及びトランジスタＴ1〜Ｔ3を備えている。なお、トランジスタＴ1〜Ｔ3は、バックゲートの接地されたＮチャネルのＭＯＳトランジスタである。

フォトダイオードＰには、レンズ群１０及び絞り１１を通過した光が当たるようになっている。このフォトダイオードＰのカソードＰkには直流電圧ＶPDが印加されており、アノードＰAにはトランジスタＴ1のドレインＴ1D及びゲートＴ1Gと、トランジスタＴ2のゲートＴ2Gとが接続されている。

トランジスタＴ1のソースＴ1Sには信号印加ラインＬC（図２のＬC1〜ＬCnに相当）が接続されており、この信号印加ラインＬCから信号φVPSが入力されるようになっている。ここで、信号φVPSは２値の電圧信号であり、より詳細には、入射光量が所定値を超えたときにトランジスタＴ1をサブスレッショルド領域で動作させるための電圧値ＶＨと、トランジスタＴ1を導通状態にする電圧値ＶＬとの２つの値をとるようになっている。

また、トランジスタＴ2のドレインＴ2Dには直流電圧ＶPDが印加されており、トランジスタＴ2のソースＴ2Sは行選択用のトランジスタＴ3のドレインＴ3Dに接続されている。

このトランジスタＴ3のゲートＴ3Gには信号印加ラインＬA（図２のＬA1〜ＬAnに相当）が接続されており、この信号印加ラインＬAから信号φVが入力されるようになっている。また、トランジスタＴ3のソースＴ3Sは信号読出ラインＬD（図２のＬD1〜ＬDmに相当）に接続されている。

なお、以上のような画素Ｇ11〜Ｇmnとしては、特開２００２−７７７３３号公報に開示のものを用いることができる。

ここで、上述の図４で示したように露光時間が短くなるほど線形変換モードの割合が大きくなるのは、露光時間が短くなるほど、トランジスタＴ2のゲートＴ2GとソースＴ2Sとの間のポテンシャルの差が大きくなり、トランジスタＴ2がカットオフ状態で動作する被写体輝度の割合、つまり線形変換する被写体輝度の割合が大きくなるためである。また、図４では図示していないが、撮像素子２に対する制御電圧、つまり、信号φVPSの電圧値ＶＬ，ＶＨの差が大きくなる場合や、温度が低くなる場合にも、線形変換する被写体輝度の割合は大きくなる。そのため、これら制御電圧や露光時間、温度などを変化させることによって、画像信号のダイナミックレンジや、前記変曲点での前記所定入射光量ｔｈ，前記変曲出力信号値Ｈを制御することができる。具体的には、例えば、被写体の輝度範囲が狭い場合には電圧値ＶＬを低くして線形変換する輝度範囲を広くするとともに、被写体の輝度範囲が広い場合には電圧値ＶＬを高くして対数変換する輝度範囲を広くすることで、画素Ｇ11〜Ｇmnの光電変換特性を被写体の特性に合わせることができる。更に、電圧値ＶＬを最小とするときには常に画素Ｇ11〜Ｇmnを線形変換する状態とし、電圧値ＶＬを最大とするときには常に画素Ｇ11〜Ｇmnを対数変換する状態とすることもできる。

続いて、撮像装置１の撮像動作について説明する。

まず、撮像素子２が各画素Ｇ11〜Ｇmnへの入射光を光電変換し、線形変換モードまたは対数変換モード由来の電気信号をアナログ信号として出力する。具体的には、上述のように各画素Ｇ11〜Ｇmnが信号読出ラインＬDに電気信号を出力すると、この電気信号を定電流源Ｄが増幅し、選択回路Ｓが順にサンプルホールドする。そして、サンプルホールドされた電気信号が選択回路Ｓから補正回路２３に送出されると、補正回路２３がノイズを除去して電気信号を出力する。

次に、撮像素子２から出力されたアナログ信号をアンプ１２が増幅し、ＡＤコンバータ１３がデジタル信号に変換する。次に、黒基準設定部１４がデジタル信号の最低レベルを設定した後、図９に示すように、当該デジタル信号を信号処理部３の線形化部３１及び変動補正部３０に送信する（ステップＴ１，ステップＵ１）。また、制御装置４６が撮像素子２の各画素Ｇ11〜Ｇmnの露光時間情報と、画素情報とを変動補正部３０及び変曲信号導出部３４に送信する（ステップＵ１，ステップＳ１）。

露光時間情報及び画素情報を受信したら、変曲信号導出部３４は、ルックアップテーブル３４ａによって変曲出力信号値Ｈを導出し（ステップＳ２）、変動補正部３０と線形化部３１のセレクタ３１ｂとに送信する（ステップＳ３）。このように、ルックアップテーブル３４ａが露光時間及び画素情報に基づいて変曲出力信号値Ｈを導出するので、変曲出力信号値Ｈの導出が正確に行われる。また、ルックアップテーブル３４ａによって変曲出力信号値Ｈを導出するので、演算によって導出する場合と比較して、変曲信号導出部３４の構成が簡素化されるとともに、導出処理が高速化される。

変曲信号導出部３４からの変曲出力信号値Ｈを受信したら（ステップＵ２）、変動補正部３０は画素Ｇ11〜Ｇmnからの出力信号の信号値と変曲出力信号値Ｈとの大小を比較し（ステップＵ３）、画素Ｇ11〜Ｇmnからの出力信号の信号値が変曲出力信号値Ｈ以下である場合、つまり画素Ｇ11〜Ｇmnからの出力信号が線形変換モード由来の電気信号である場合（ステップＵ３；Ｙｅｓ）には、変動補正部３０は処理を終了する。一方、ステップＵ３において画素Ｇ11〜Ｇmnからの出力信号が変曲出力信号値Ｈより大きい場合（ステップＵ３；Ｎｏ）には、変動補正部３０は、ルックアップテーブル３２ａによって画素Ｇ11〜Ｇmnごとに補正係数α11〜αmnを導出し（ステップＵ４）、演算処理部３３によって画素Ｇ11〜Ｇmnごとに変動補正を行った後（ステップＵ５）、変動補正後の電気信号を線形化部３１のセレクタ３１ｂに送信する（ステップＵ６）。

このように、画素Ｇ11〜Ｇmnの露光時間に起因して当該画素Ｇ11〜Ｇmnの入出力特性が変動する場合に、この画素Ｇ11〜Ｇmnから出力される電気信号の変動補正を変動補正部３０が行うので、駆動条件によって入出力特性が変動する場合であっても、基準露光時間ｔ1における出力値と、画素Ｇ11〜Ｇmnの実際の出力値とのズレが補正される。また、係数導出部３２が撮像時の露光時間及び画素情報に基づいて補正係数α11〜αmnを導出するので、導出される補正係数α11〜αmnを演算処理部３３が用いることによって、露光時間や画素Ｇ11〜Ｇmnに起因する撮像素子２の入出力特性の変動が正確に補正される。また、ルックアップテーブル３２ａによって補正係数α11〜αmnを導出するので、演算によって補正係数α11〜αmnを導出する場合と比較して、係数導出部３２の構成が簡素化されるとともに、導出処理が高速化される。また、画素Ｇ11〜Ｇmnからの出力信号が対数変換モード由来の電気信号である場合にのみ変動補正を行うので、出力信号が線形変換モード由来の電気信号である場合、つまり、対数変換モードに由来の電気信号を他方の変換モードに由来の状態に変換する必要のない場合には無駄に変動補正が行われないこととなり、その結果、信号処理が高速化される。

また、変曲信号導出部３４からの変曲出力信号値Ｈを受信したら（ステップＴ２）、線形化部３１のセレクタ３１ｂは画素Ｇ11〜Ｇmnからの出力信号の信号値と変曲出力信号値Ｈとの大小を比較し（ステップＴ３）、画素Ｇ11〜Ｇmnからの出力信号が変曲出力信号値Ｈ以下である場合（ステップＴ３；Ｙｅｓ）には、出力部３１ｃを介して画素Ｇ11〜Ｇmnからの出力信号をそのまま出力する（ステップＴ４）。一方、画素Ｇ11〜Ｇmnからの出力信号が変曲出力信号値Ｈより大きい場合（ステップＴ３；Ｎｏ）には、セレクタ３１ｂは変動補正部３０から変動補正後の電気信号を受信し（ステップＴ５）、この電気信号に対して基準変換テーブル３１ａに特性変換を行わせた後（ステップＴ６）、出力部３１ｃを介して出力する（ステップＴ７）。

このように、画素Ｇ11〜Ｇmnからの出力信号が対数変換モード由来の電気信号である場合にのみ特性変換を行うので、出力信号が線形変換モード由来の電気信号である場合、つまり、対数変換モードに由来の電気信号を他方の変換モードに由来の状態に変換する必要のない場合には無駄に特性変換が行われないこととなり、その結果、信号処理が高速化される。

次に、線形化部３１から出力される電気信号に基づいて評価値算出部５が前記ＡＷＢ評価値，ＡＥ評価値を算出する。

次に、算出されたＡＥ評価値に基づいて制御装置４６が露光制御処理部４７を制御し、撮像素子２に対する露光量を調節させる。

また、ＡＷＢ評価値や、前記黒基準設定部１４で設定された前記最低レベル等に基づいて制御装置４６がＡＷＢ処理部４０を制御し、信号処理部３から出力される画像データに対してホワイトバランス処理を行わせる。

そして、ＡＷＢ処理部４０から出力される画像データに基づいて色補間部４１、色補正部４２、階調変換部４３及び色空間変換部４４がそれぞれ画像処理を行った後、画像データを出力する。

以上の撮像装置１によれば、駆動条件によって入出力特性が変動する場合であっても、従来と異なり、基準露光時間ｔ1における出力値と、実際の出力値とのズレを補正することができるため、線形化部３１での特性変換によって電気信号を正確に線形変換モード由来の状態に統一することができる。

また、複数の画素Ｇ11〜Ｇmnに対して変動補正部３０を１つのみ備えるので、各画素Ｇ11〜Ｇmnに対応付けて複数の変動補正部３０を備える場合と比較して、撮像装置１の構成を簡素化することができる。
［実施の形態の変形例］
次に、上記実施の形態の変形例について説明する。なお、上記実施の形態と同様の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。

本変形例における変動補正部３０は、各画素Ｇ11〜Ｇmnの制御電圧に起因して画素Ｇ11〜Ｇmnの入出力特性が変動する場合に、この画素Ｇ11〜Ｇmnから出力される電気信号の変動補正を行うようになっている。

具体的には、変動補正部３０の係数導出部３２は、図５，図８（ｂ）に示すように、所定入射光量ｔｈが最も小さいときの制御電圧Ｖ1を基準制御電圧とし、制御電圧Ｖ2（変数）の駆動条件に対応する仮想の変換テーブルと、基準制御電圧Ｖ1の駆動条件に対応する基準変換テーブル３１ａとの入力軸（図８（ｂ）中のｘ軸）上での距離Ｘ2−Ｘ1＝ｄ2−ｄ1＝ｍ2Ｖ2−ｍ1Ｖ1（但し、ｍ2＝ｄ2／Ｖ2、ｍ1＝ｄ1／Ｖ1）を補正係数αとして用いるようになっている。

このような場合であっても、上記第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

なお、上記第１の実施の形態及び変形例においては、変動補正部３０は線形化部３１の前段に配設されることとして説明したが、後段に配設されることとしても良いし、係数導出部３０を線形化部３１の前段に、演算処理部３３を後段に設けることとしても良い。

また、撮像素子２の駆動条件として露光時間や制御電圧を用いることとして説明したが、温度を用いることとしても良い。

また、変動補正部３０は、変動補正後の電気信号を導出する演算処理部３３を備えることとして説明したが、駆動条件や画素情報、撮像素子２から出力される電気信号等の入力によって変動補正後の電気信号を導出するルックアップテーブルを備えることとしても良い。この場合には、上記実施の形態と同様の効果を得ることができ、また、演算によって変動補正後の電気信号を導出する場合と比較して変動補正部３０の構成を簡素化することができる。

また、変動補正部３０及び線形化部３１は１つのみ設けられていることとして説明したが、各画素Ｇ11〜Ｇmnに対応付けて複数設けられることとしても良い。特に、線形化部３１が複数設けられる場合には、画素Ｇ11〜Ｇmnごとに光電変換の変換特性が異なる場合であっても、電気信号全体を正確に線形変換モードまたは対数変換モード由来の状態に統一することができる。また、変動補正部３０が複数設けられる場合には、画素Ｇ11〜Ｇmnごとに入出力特性の変動量が異なる場合であっても、正確に変動補正を行うことができる。

また、係数導出部３２は、駆動条件と画素情報とに基づいて画素Ｇ11〜Ｇmnごとに補正係数α11〜αmnを導出することとして説明したが、駆動条件のみに基づいて、画素Ｇ11〜Ｇmnに共通の補正係数αを導出することとしても良い。

また、係数導出部３２は、補正係数を導出する基準変換テーブル３１ａを備えることとして説明したが、駆動条件などの入力によって補正係数を導出する演算器を備えることとしても良い。

また、本発明における特性変換部を、対数変換モード由来の電気信号を線形変換によって生成された状態に特性変換する線形化部３１として説明したが、線形変換モード由来の電気信号を対数変換モード由来の状態に特性変換するものとしても良い。

また、変曲信号導出部３４は、駆動条件と画素情報とに基づいて変曲出力信号値Ｈを導出することとして説明したが、駆動条件のみに基づいて導出することとしても良い。また変曲信号導出部３４は、変曲出力信号値Ｈを導出するルックアップテーブル３４ａを備えることとして説明したが、変曲出力信号値Ｈを導出する演算器を備えることとしても良い。

また、線形化部３１，３６は、基準変換テーブル３１ａによって特性変換を行うこととして説明したが、指数変換する等の演算によって行うこととしても良い。

また、画素Ｇ11〜Ｇmnは図６のような構成を有することとして説明したが、線形変換モードと対数変換モードとを切り換え可能であれば、例えば上述の特許文献１に示されるような構成を有することとしても良い。

更に、各画素Ｇ11〜ＧmnにＲＧＢフィルタを設けることとして説明したが、シアン（Cyan）、マゼンタ（Magenta）及びイエロー（Yellow）などの他の色フィルタを設けることとしても良い。

Claims

入射光を電気信号に線形変換する線形変換モードと、入射光を電気信号に対数変換する対数変換モードとを入射光量に基づいて切り換える複数の画素を有する撮像素子と、
撮像素子から対数変換されて出力された基準電気信号を、対数変換する前の電気信号を線形変換して得られる電気信号に変換して出力する変換部と、
撮像素子から対数変換されて出力される電気信号が、前記基準電気信号からずれている場合、前記基準電気信号に合うように補正する補正部と、
補正された電気信号を前記変換部に与える回路と、
を有することを特徴とする撮像装置。
請求の範囲第１項に記載の撮像装置において、
前記補正部は、撮影素子の駆動条件に基づいて、撮像素子から対数変換されて出力される電気信号を前記基準電気信号に合うように補正することを特徴とする撮像装置。
請求の範囲第２項に記載の撮像装置において、
前記補正部は、前記駆動条件の入力によって、補正係数を出力するルックアップテーブルを有していることを特徴とする撮像装置。
請求の範囲第１項に記載の撮像装置において、
前記補正部は、撮像素子の各画素毎に補正することを特徴とする撮像装置。
請求の範囲第１項に記載の撮像装置において、
前記補正部は、前記駆動条件および撮像素子から対数変換されて出力される電気信号の入力によって、補正後の電気信号を出力するルックアップテーブルを有していることを特徴とする撮像装置。
請求の範囲第１項に記載の撮像装置において、
前記回路は、撮像素子の各画素毎に備えていることを特徴とする撮像装置。
請求の範囲第１項に記載の撮像装置において、
前記駆動条件は、撮影時の温度と、前記画素の露光時間と、前記画素に対する制御電圧とのうち少なくとも１つであることを特徴とする撮像装置。
所定光量までの間、入射光量に基づいた電気信号に線形変換して出力し、その後、入射光量に基づいた電気信号に対数変換して出力する複数の画素を有する撮像素子と、
撮像素子から対数変換されて出力された基準電気信号を、対数変換する前の電気信号を線形変換して得られる電気信号に変換して出力する変換部と、
撮像素子から対数変換されて出力される電気信号が、前記基準電気信号からずれている場合、前記基準電気信号に合うように補正する補正部と、
補正された電気信号を前記変換部に与える回路と、
を有することを特徴とする撮像装置。
請求の範囲第８項に記載の撮像装置において、
前記補正部は、撮影素子の駆動条件に基づいて、撮像素子から対数変換されて出力される電気信号を前記基準電気信号に合うように補正することを特徴とする撮像装置。
請求の範囲第９項に記載の撮像装置において、
前記補正部は、前記駆動条件の入力によって、補正係数を出力するルックアップテーブルを有していることを特徴とする撮像装置。
請求の範囲第８項に記載の撮像装置において、
前記補正部は、撮像素子の各画素毎に補正することを特徴とする撮像装置。
所定光量までの間、入射光量に基づいた電気信号に線形変換して出力し、その後、入射光量に基づいた電気信号に対数変換して出力する複数の画素を有する撮像素子と、
線形変換から対数変換に切り換わる点での変曲点信号を導出する導出部と、
導出部で導出された変曲点信号と撮像素子から出力された電気信号とを比較する比較部と、
比較の結果、変曲点信号が大きい場合、撮像素子から対数変換されて出力された基準電気信号を、対数変換する前の電気信号を線形変換して得られる電気信号に変換して出力する変換部と、
撮像素子から対数変換されて出力される電気信号が、前記基準電気信号からずれている場合、前記基準電気信号に合うように補正する補正部と、
補正された電気信号を前記変換部に与える回路と、
を有することを特徴とする撮像装置。
請求の範囲第１２項に記載の撮像装置において、
前記導出部は、撮影素子の駆動条件に基づいて前記変曲点信号を導出することを特徴とする撮像装置。
請求の範囲第１３項に記載の撮像装置において、
前記導出部は、撮影素子の駆動条件の入力によって前記変曲点信号を導出するルックアップテーブルを有することを特徴とする撮像装置。
請求の範囲第１３項に記載の撮像装置において、
前記導出部は、撮影素子の駆動条件と各画素の特性に基づいて前記変曲点信号を導出することを特徴とする撮像装置。
請求の範囲第１２項に記載の撮像装置において、
前記駆動条件は、撮影時の温度と、前記画素の露光時間と、前記画素に対する制御電圧とのうち少なくとも１つであることを特徴とする撮像装置。