(57)【要約】【課題】ＡＤ変換器を具備する光電変換装置において、光電変換装置内の固体撮像装置における撮影に関する設定を変更した場合においても、アナログ・デジタル変換によって得られるデジタル値のリニアリティ誤差を小さく抑え、良好な画像データを取得することができる光電変換装置を提供する。【解決手段】光電変換素子を有し、該光電変換素子への入射光量に応じた画素信号を出力する画素が二次元に複数配置された画素アレイと、画素アレイから読み出した画素信号をデジタル値に変換して出力するＡＤ変換器と、該光電変換装置の画素が出力する画素信号の電圧範囲が変更されるような撮影条件の設定に応じて、画素信号の電圧範囲に対応した基準電圧をＡＤ変換器に出力する基準電圧設定部と、基準電圧設定部が出力した基準電圧をＡＤ変換器が変換したデジタル値に基づいて、ＡＤ変換器が変換した画素信号のデジタル値の線形性を補正する補正部と、を備える。【選択図】図１
2011250304.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換素子を有し、該光電変換素子への入射光量に応じた画素信号を出力する画素が二次元に複数配置された画素アレイと、
前記画素アレイから読み出した前記画素信号をデジタル値に変換して出力するＡＤ変換器と、
該光電変換装置の前記画素が出力する前記画素信号の電圧範囲が変更されるような撮影条件の設定に応じて、前記画素信号の電圧範囲に対応した基準電圧を前記ＡＤ変換器に出力する基準電圧設定部と、
前記基準電圧設定部が出力した前記基準電圧を前記ＡＤ変換器が変換したデジタル値に基づいて、前記ＡＤ変換器が変換した前記画素信号のデジタル値の線形性を補正する補正部と、
を備えることを特徴とする光電変換装置。
【請求項２】
前記基準電圧設定部は、
該光電変換装置の前記撮影条件の設定に基づいて、前記画素信号の電圧範囲内で複数の基準電圧を設定し、
前記補正部は、
該光電変換装置の前記撮影条件の設定に応じて、前記基準電圧設定部が設定した複数の基準電圧を前記ＡＤ変換器が変換した複数のデジタル値を取得し、該取得した複数のデジタル値に基づいて、前記ＡＤ変換器が変換した前記画素信号のデジタル値の線形性を補正する補正式を設定し、該設定した補正式に基づいて、前記ＡＤ変換器が変換した前記画素信号のデジタル値を補正する、
ことを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
【請求項３】
前記基準電圧設定部は、
該光電変換装置の前記撮影条件の設定が第１の設定である場合に、前記画素信号の第１の電圧範囲内で複数の第１の基準電圧を設定し、
該光電変換装置の前記撮影条件の設定が第２の設定である場合に、前記画素信号の第２の電圧範囲内で複数の第２の基準電圧を設定し、
前記補正部は、
前記基準電圧設定部が設定した複数の前記第１の基準電圧に基づいて、第１の補正式を設定し、
前記基準電圧設定部が設定した複数の前記第２の基準電圧に基づいて、第２の補正式を設定し、
該光電変換装置の前記撮影条件の設定に応じて、前記ＡＤ変換器が変換した前記画素信号のデジタル値を補正するための補正式を、前記第１の補正式または前記第２の補正式に切り替え、該切り替えた補正式に基づいて、前記ＡＤ変換器が変換した前記画素信号のデジタル値を補正する、
ことを特徴とする請求項２に記載の光電変換装置。
【請求項４】
前記基準電圧設定部は、
該光電変換装置の前記撮影条件の設定が第１の設定である場合に、前記画素信号の第１の電圧範囲内で複数の第１の基準電圧を設定し、
該光電変換装置の前記撮影条件の設定が第２の設定である場合に、前記画素信号の第２の電圧範囲内で複数の第２の基準電圧を設定し、
前記補正部は、
前記基準電圧設定部が設定した複数の前記第１の基準電圧を前記ＡＤ変換器が変換した複数の第１のデジタル値を取得し、
前記基準電圧設定部が設定した複数の前記第２の基準電圧を前記ＡＤ変換器が変換した複数の第２のデジタル値を取得し、
該光電変換装置の前記撮影条件の設定に応じて、前記補正式の設定に用いるデジタル値を、前記第１のデジタル値または前記第２のデジタル値に切り替え、該切り替えたデジタル値に基づいて、前記ＡＤ変換器が変換した前記画素信号のデジタル値の線形性を補正する補正式を設定し、該設定した補正式に基づいて、前記ＡＤ変換器が変換した前記画素信号のデジタル値を補正する、
ことを特徴とする請求項２に記載の光電変換装置。
【請求項５】
前記補正部は、
該光電変換装置の前記撮影条件の設定が変更されてから、該変更された前記撮影条件の設定に応じた前記画素信号を前記ＡＤ変換器が変換したデジタル値が入力されるまでの間に、前記補正式または前記補正式の設定に用いるデジタル値を切り替え、該切り替えた補正式またはデジタル値に基づいて、前記ＡＤ変換器が変換した該変更された前記撮影条件の設定に応じた前記画素信号のデジタル値を補正する、
ことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の光電変換装置。
【請求項６】
該光電変換装置の前記画素が出力する前記画素信号の電圧範囲が変更されるような前記撮影条件の設定は、
該光電変換装置の前記画素の感度に基づいた設定である、
ことを特徴とする請求項２から請求項５のいずれか１の項に記載の光電変換装置。
【請求項７】
該光電変換装置の前記画素が出力する前記画素信号の電圧範囲が変更されるような前記撮影条件の設定は、
該光電変換装置の前記画素の感度、露光時間、ゲインなど前記画素信号の電圧範囲が変更されるような項目に基づいた設定の内、いずれか１つまたは複数の組み合わせである、
ことを特徴とする請求項２から請求項５のいずれか１の項に記載の光電変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラや内視鏡などに使用される光電変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラや内視鏡などの光電変換装置として、固体撮像装置が使用されている。また、この固体撮像装置を搭載したデジタルカメラ、デジタルビデオカメラや内視鏡などの小型化、低消費電力化が進んでおり、それに伴って固体撮像装置の小型化、低消費電力化が必要となっている。
【０００３】
固体撮像装置の小型化、低消費電力化への対応として、デジタル回路で構成したＡＤ変換器を固体撮像装置とともに内蔵した光電変換装置が提案されている（特許文献１参照）。
図８は、従来の光電変換装置の概略構成を示すブロック図である。図８に示した光電変換装置は、入射光量に応じた画素信号を出力する光電変換素子を２次元にアレイ状に配列した画素ブロック９０と、この画素ブロック９０の画素から出力される画素信号をアナログ・デジタル変換するＡＤ変換器９１とを具備する複数のアレイブロック（サブアレイ）Ｂ１，Ｂ２，・・・が２次元、図８では、４行５列に配置されている。
【０００４】
また、図９は、図８の各アレイブロック（サブアレイ）に具備されているＡＤ変換器９１の回路構成の一例を示すブロック図である。図９に示すＡＤ変換器９１において、遅延回路９１１は、それぞれが各種ゲート回路からなる複数の遅延ユニット（例えば、ＡＮＤゲートと複数のＢＵＦゲート）をリング状に接続した構成である。遅延回路９１１内の各遅延ユニットには、アナログ・デジタル変換の対象となる入力信号（電圧）が、遅延ユニットの駆動電圧として供給される。また、遅延回路９１１内の各遅延ユニットには、基準電圧が供給されている。
【０００５】
図９に示したＡＤ変換器９１において、例えば、遅延回路９１１の基準電圧をＧＮＤとし、入力パルス信号φＰＬに“Ｈｉｇｈ”レベルの信号を入力すると、入力パルス信号φＰＬが、入力信号と基準電圧（ＧＮＤ）との電圧差に応じた遅延時間を持って順次、各遅延ユニットを通過し、遅延回路９１１内を周回する。また、入力パルス信号φＰＬを“Ｌｏｗ”レベルにすることによって、入力パルス信号φＰＬの遅延回路９１１内の周回が停止する。
【０００６】
入力パルス信号φＰＬが遅延回路９１１内を周回しているとき、所定時間内に入力パルス信号φＰＬが通過する遅延ユニットの段数は、入力信号と基準電圧（ＧＮＤ）との電圧差に応じた遅延ユニットの遅延時間によって決まる。エンコーダ９１２は、この遅延ユニットの通過段数（および周回数）を検出する。
エンコーダ９１２は、入力パルス信号φＰＬが遅延回路９１１内を周回した回数を計数するカウンタ回路９１２１と、遅延回路９１１内で走行している入力パルス信号φＰＬの段数を検出するラッチ＆エンコーダ回路９１２２と、カウンタ回路９１２１から出力される値を上位ビットデータ（例えば、ａ−ビット）とし、ラッチ＆エンコーダ回路９１２２から出力される値を下位ビットデータ（例えば、ｂ−ビット）とするａ＋ｂビットのデジタルデータを出力する加算器９１２３から構成される。エンコーダ９１２内の加算器９１２３の出力値が、入力信号の電圧に応じたアナログ・デジタル変換後のデジタル値となる。図８に示した光電変換装置においては、画素ブロック９０から出力される画素信号を、ＡＤ変換器９１の入力信号とすることにより、入射光量に応じたデジタル値（画像データ）が出力される。
【０００７】
このＡＤ変換器９１のようなＡＤ変換器では、遅延ユニットの遅延時間と遅延ユニットの駆動電圧との関係が一次関数の関係にないため、入力信号（アナログ）とアナログ・デジタル変換後のデジタル値との関係が曲線（非直線）である入出力特性を有していることが知られている。そこで、非直線である入出力特性の問題を解決する方法として、例えば、特許文献２のような補正方法が提案されている。この特許文献２で開示された非直線の入出力特性の補正方法は、アナログ・デジタル変換の対象である入力信号（アナログ）の電圧範囲を予め複数の領域に分割し、分割した領域の境界で、アナログ・デジタル変換の結果得られたアナログ・デジタル変換後の値同士を直線で結んだ近似式を求めておく。そして、この近似式に基づいて得られる座標点から実際にアナログ・デジタル変換して得られたデジタル値を補正するという方法である。
【０００８】
図１０は、特許文献２で開示された補正機能付ＡＤ変換システムの概略構成を示したブロック図である。図１０に示した補正機能付ＡＤ変換システム９００は、ＡＤ変換器９１と、基準電圧入力部９０１と、切替ロジック９０２と、補正部９０３とから構成されている。なお、ＡＤ変換器９１は、図９で説明したＡＤ変換器９１と同じであるため、詳細な説明は省略する。
【０００９】
基準電圧入力部９０１は、ＡＤ変換器９１に基準電圧（図１０においては、最小電圧Ｖｍｉｎ、中心電圧Ｖｃ、最大電圧Ｖｍａｘのいずれか１つの電圧）を出力する。基準電圧入力部９０１から出力される基準電圧は、切替ロジック９０２から入力される切替信号によって切り替えられる。
【００１０】
補正部９０３は、参照電圧選択部９０３１と、レジスタ９０３２と、補正ロジック部９０３３と、クロック発生部９０３４とから構成される。参照電圧選択部９０３１は、図示しない制御部によって設定された補正機能付ＡＤ変換システム９００の参照電圧が設定され、設定された参照電圧に応じた制御信号を切替ロジック９０２およびレジスタ９０３２に出力する。レジスタ９０３２は、参照電圧選択部９０３１から入力された制御信号に応じて、補正式を設定するために必要な基準電圧およびアナログ・デジタル変換の対象であるＡＤ変換対象電圧をＡＤ変換器９１がアナログ・デジタル変換することによって得られたデジタル値を保持する。図１０においては、最小電圧Ｖｍｉｎ、中心電圧Ｖｃ、最大電圧Ｖｍａｘをアナログ・デジタル変換して得られたそれぞれのデジタル値を、「最小データ」、「中心データ」、「最大データ」、ＡＤ変換対象電圧をアナログ・デジタル変換して得られたデジタル値を、「ＡＤ変換データ」という。また、最小データ、中心データ、最大データ、およびＡＤ変換データに対応したレジスタを、それぞれ、「最小データレジスタ」、「中心データレジスタ」、「最大データレジスタ」、および「ＡＤ変換データレジスタ」という。
【００１１】
補正ロジック部９０３３は、最小データ、中心データ、最大データに基づいてＡＤ変換データを補正するための補正式を設定する補正式設定部９０３５と、補正式設定部９０３５によって設定された補正式に基づいてＡＤ変換データを補正し、補正したＡＤ変換データを補正機能付ＡＤ変換システム９００による補正後のＡＤ変換出力として出力する補正演算部９０３６とから構成される。クロック発生部９０３４は、ＡＤ変換器９１内の遅延回路９１１内を周回する入力パルス信号φＰＬを生成し、ＡＤ変換器９１に出力する。
【００１２】
ここで、ＡＤ変換器９１がアナログ・デジタル変換して得られたデジタル値を補正する手順について説明する。まず、図１０に示した補正機能付ＡＤ変換システム９００におけるデジタル値の補正においては、最初に補正式を設定し、続いて、設定した補正式に基づいてデジタル値の補正が行われる。
【００１３】
まず初めに、補正機能付ＡＤ変換システム９００によって補正式を設定する方法について説明する。補正式の設定においては、図示しない制御部による基準電圧の設定に応じて、補正部９０３内の参照電圧選択部９０３１から、制御信号が切換ロジック９０２に出力される。この制御信号に応じて、切替ロジック９０２は、基準電圧入力部９０１から出力され、ＡＤ変換器９１に入力される基準電圧を切り替えるための切替信号を基準電圧入力部９０１に出力する。この切替信号によって切り替えられた基準電圧が、基準電圧入力部９０１からＡＤ変換器９１に出力される。また、クロック発生部９０３４は、ＡＤ変換器９１に入力された基準電圧をアナログ・デジタル変換するための入力パルス信号φＰＬを、ＡＤ変換器９１に入力する。そして、ＡＤ変換器９１によるアナログ・デジタル変換によって得られたデジタル値をレジスタ９０３２に保持する。そして、全ての基準電圧をアナログ・デジタル変換したデジタル値をレジスタ９０３２に保持した後、補正式設定部９０３５は、レジスタ９０３２に保持されている全てのデジタル値に基づいて補正式を設定する。
【００１４】
より具体的には、例えば、図示しない制御部による設定によって最小電圧Ｖｍｉｎが選択された場合、ＡＤ変換器９１は、クロック発生部９０３４から入力された入力パルス信号φＰＬに基づいて、基準電圧入力部９０１から入力された最小電圧Ｖｍｉｎ（基準電圧）をアナログ・デジタル変換する。そして、アナログ・デジタル変換して得られた最小データを、レジスタ９０３２内の最小データレジスタに保持する。同様に、中心電圧Ｖｃ、最大電圧Ｖｍａｘをアナログ・デジタル変換して得られた中心データ、最大データを、レジスタ９０３２内の中心データレジスタ、最大データレジスタに保持する。その後、レジスタ９０３２内の最小データレジスタ、中心データレジスタ、最大データレジスタに保持している最小データ、中心データ、最大データを補正式設定部９０３５へ出力し、補正式設定部９０３５によって補正式が設定される。
【００１５】
次に、補正機能付ＡＤ変換システム９００によって、ＡＤ変換対象電圧をアナログ・デジタル変換したデジタル値の非直線性を補正する方法について説明する。まず、ＡＤ変換対象電圧のアナログ・デジタル変換においては、クロック発生部９０３４から、ＡＤ変換対象電圧をアナログ・デジタル変換することを表す制御信号が、参照電圧選択部９０３１に出力される。これにより、参照電圧選択部９０３１から制御信号が切換ロジック９０２に出力され、基準電圧入力部９０１からは基準電圧が出力されず、ＡＤ変換器９１には、ＡＤ変換対象電圧が入力される状態となる。
【００１６】
また、クロック発生部９０３４は、ＡＤ変換対象電圧をアナログ・デジタル変換するための入力パルス信号φＰＬを、ＡＤ変換器９１に入力する。これにより、ＡＤ変換器９１によって、ＡＤ変換対象電圧がアナログ・デジタル変換され、アナログ・デジタル変換によって得られたＡＤ変換データを、レジスタ９０３２内のＡＤ変換データレジスタに保持する。
【００１７】
そして、レジスタ９０３２内のＡＤ変換データレジスタに保持されたＡＤ変換データが、補正演算部９０３６に出力され、非直線性の補正が開始される。補正演算部９０３６では、補正式設定部９０３５によって設定された補正式に基づいて、ＡＤ変換データの非直線性を補正し、補正したＡＤ変換データを補正機能付ＡＤ変換システム９００による補正後のＡＤ変換出力として出力する。このような手順によって、ＡＤ変換器９１の入出力特性の非直線性が補正される。
【００１８】
図１１は、特許文献２で開示された補正機能付ＡＤ変換システムにおける補正式の設定方法の概念を示した概念図である。特許文献２で開示された非直線性の補正方法では、ＡＤ変換器９１の入力電圧の範囲（最小電圧Ｖｍｉｎ〜最大電圧Ｖｍａｘ）を複数の領域に分割する。図１１に示した概念図では、２つの領域に分割した場合を示している。そして、分割したそれぞれの領域毎に、領域の境界部の入力電圧値におけるＡＤ出力曲線上のデジタル値（ＡＤ出力値）を直線（近似直線）で結び、その領域内のＡＤ出力曲線上のデジタル値を近似直線上のデジタル値に近似する。そして、近似されたデジタル値を、理想的なＡＤ出力特性の直線上のデジタル値に補正する。
【００１９】
より具体的には、例えば、図１１に示した概念図において、入力電圧に対して正比例したＡＤ出力特性を持つ直線を、理想ＡＤ直線として設定する。また、領域１において、最小電圧Ｖｍｉｎに対応したＡＤ出力値の座標点Ｐｍｉｎと、中心電圧Ｖｃに対応したＡＤ出力値の座標点Ｐｃとを結んだ直線を近似直線Ｌ１１とし、領域１内のＡＤ出力曲線上のデジタル値を、近似直線Ｌ１１上のデジタル値に近似する。また、領域２において、中心電圧Ｖｃに対応したＡＤ出力値の座標点Ｐｃと、最大電圧Ｖｍａｘに対応したＡＤ出力値の座標点Ｐｍａｘとを結んだ直線を近似直線Ｌ１２とし、領域２内のＡＤ出力曲線上のデジタル値を、近似直線Ｌ１２上のデジタル値に近似する。
【００２０】
そして、領域（領域１、領域２）毎に近似直線（近似直線Ｌ１１、近似直線Ｌ１２）上の任意の座標点を、その座標点と同じ入力電圧値における理想ＡＤ直線上の座標点に変換するための変換式（補正式）を導出する、そして、導出した変換式に基づいて、実際にアナログ・デジタル変換して得られたデジタル値を補正する。この理想ＡＤ直線上の座標点に変換するための変換式（補正式）の導出を行うのが補正ロジック部９０３３内の補正式設定部９０３５である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】特開２００６−２８７８７９号公報
【特許文献２】特開２００４−２７４１５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
ところで、固体撮像装置内の画素（光電変換素子）に蓄積される電荷は、被写体の輝度によって異なる。このため、固体撮像装置を搭載したデジタルカメラ、デジタルビデオカメラや内視鏡などにおいては、被写体の輝度に合わせて、例えば、感度（例えばＩＳＯ感度）、露光時間、ゲインなどの様々な設定を変更することによって、固体撮像装置内の画素から出力される画素信号を制御することが一般的に行われている。例えば、図１２の概念図に示したように、被写体の輝度に応じて感度の設定を変更することによって、異なる輝度の範囲から一定の範囲の画素信号を得ることができる。
【００２３】
例えば、晴天時の屋外での撮影など、被写体の輝度が高い場合には、固体撮像装置の感度を低く設定してもアナログ・デジタル変換に十分な電圧範囲の画素信号を画素から得ることができる。これは、被写体の輝度が高いため、ＡＤ変換器の入力振幅、すなわち、画素信号の電圧範囲が広いからである。そして、画素信号をアナログ・デジタル変換の対象の入力信号（電圧）としたＡＤ変換器の出力振幅も広くなる（図１２の直線ＤＤ１参照）。このため、被写体の輝度が高い場合には、固体撮像装置の感度を低く設定して、広い範囲の輝度を撮影することができ、最終的に得られる画像データの振幅も広くなる。
【００２４】
一方、暗い室内での撮影など、被写体の輝度が低い場合には、狭い範囲の輝度を撮影することとなる。そのため、固体撮像装置の感度の設定が同じであると、画素から出力される画素信号の電圧範囲が、被写体の輝度が高い場合に比べて狭い範囲となってしまい、アナログ・デジタル変換に十分な電圧範囲の画素信号を得ることができない。これは、被写体の輝度が低いため、ＡＤ変換器の入力振幅が狭くなるからである。そして、画素信号をアナログ・デジタル変換の対象の入力信号（電圧）としたＡＤ変換器の出力振幅も狭くなってしまう。このため、固体撮像装置の感度を高く設定して、アナログ・デジタル変換に十分な電圧範囲の画素信号を得られるようにしている（図１２の直線ＤＤ２参照）。このように、固体撮像装置の感度を高く設定することによって、狭い範囲の輝度を撮影して得られた画素信号を増幅することによって、画像データのダイナミックレンジとなる、ＡＤ変換器の出力振幅を広げている。
【００２５】
このように、固体撮像装置においては、被写体の輝度に合わせて、設定する感度を変更している。なお、図１２の説明においては、被写体の輝度に合わせた固体撮像装置の感度の設定について説明したが、固体撮像装置を搭載したデジタルカメラ、デジタルビデオカメラや内視鏡などによる撮影においては、上述のように、感度、露光時間、ゲインなど、様々な項目の設定がなされ、これらの設定に応じて固体撮像装置内の画素から出力される画素信号が制御される。従って、ＡＤ変換器に入力される画素信号は、感度以外の設定によっても影響される信号である。以下の説明においては、説明を容易にするため、感度を設定する場合のみに着目して説明する。
【００２６】
ここで、被写体の輝度に応じて固体撮像装置の感度の設定を変更した場合における、ＡＤ変換器の入出力特性の非直線性の補正について説明する。図１３は、ＡＤ変換器の入出力特性の例を示した図である。図１３は、輝度に対応した電圧をＡＤ変換器の入力電圧として表し、図１１に示した補正機能付ＡＤ変換システムにおける補正式の設定方法と同様に、ＡＤ変換器の入力電圧（輝度）の範囲を２つの領域に分割して補正する例を示している。
【００２７】
なお、図１３におけるＡＤ出力曲線ＡＤｄｄ１は、固体撮像装置の感度を低く設定した場合の入出力特性を表しており、例えば、図１２に示した直線ＤＤ１の画素信号をアナログ・デジタル変換したときの入出力特性である。また、ＡＤ出力曲線ＡＤｄｄ２は、固体撮像装置の感度を高く設定した場合の入出力特性を表しており、最小電圧Ｖｍｉｎから低感度電圧Ｖｌまでの間のＡＤ出力曲線ＡＤｄｄ１を増幅した場合の入出力特性である。ＡＤ出力曲線ＡＤｄｄ２の入出力特性は、例えば、は、最小電圧Ｖｍｉｎから低感度電圧Ｖｌまでの間のＡＤ出力曲線ＡＤｄｄ１に対して一定の倍率を乗算することによって増幅した入出力特性を得ることができる。
【００２８】
図１３からもわかるように、固体撮像装置の感度を低く設定した場合、すなわち、被写体の輝度が高い場合には、図１１に示した特許文献２で開示された補正式の設定方法を用いて、ＡＤ出力曲線上のデジタル値（ＡＤ出力値）を理想ＡＤ直線上のデジタル値に補正する補正式を導出することができる。しかし、固体撮像装置の感度を高く設定した場合、すなわち、被写体の輝度が低い場合には、図１１に示した補正式の設定方法を用いて、ＡＤ出力曲線上のデジタル値（ＡＤ出力値）を理想ＡＤ直線上のデジタル値に補正することができない。
【００２９】
より具体的には、固体撮像装置の感度を低く設定した場合には、ＡＤ出力曲線ＡＤｄｄ１の入出力特性の非直線性を補正するための補正式を、最小電圧Ｖｍｉｎ、中心電圧Ｖｃ、最大電圧Ｖｍａｘのそれぞれに対応したＡＤ出力値の座標点Ｐｍｉｎ、Ｐｃ、Ｐｍａｘから導出することができる。これにより、導出した補正式に基づいて、ＡＤ出力曲線ＡＤｄｄ１の入出力特性を補正することができる。なお、座標点Ｐｍｉｎ、Ｐｃ、Ｐｍａｘは、ＡＤ変換器の入力振幅が最大である（感度を低く設定している）ときに適した座標点である。
【００３０】
ところが、ＡＤ出力曲線ＡＤｄｄ２上には、非直線性を補正するための補正式の導出に用いられる座標点が、座標点Ｐｍｉｎのみである。このため、ＡＤ出力曲線ＡＤｄｄ２に対応した近似直線を得ることができず、ＡＤ出力曲線ＡＤｄｄ２の入出力特性の非直線性を補正するための補正式を導出することができない。従って、被写体の輝度が低い場合には、ＡＤ出力曲線上のデジタル値を、理想ＡＤ直線上のデジタル値に補正することができない。
【００３１】
ここで、ＡＤ変換器の出力値のリニアリティ誤差（直線性誤差）について説明する。図１４は、ＡＤ変換器の出力値のリニアリティ誤差の特性の概念を示した概念図である。なお、図１４におけるリニアリティ誤差は、図１３に示したＡＤ変換器の入出力特性の例において、理想ＡＤ直線上のデジタル値と各ＡＤ出力曲線上のデジタル値との誤差を示している。図１４に示した、誤差曲線Ｅ０は、固体撮像装置の感度を低く設定した場合におけるＡＤ出力曲線ＡＤｄｄ１上のデジタル値を補正する前のリニアリティ誤差、誤差曲線Ｅ１は、ＡＤ出力曲線ＡＤｄｄ１上のデジタル値を補正した後のリニアリティ誤差を表している。また、誤差曲線Ｅ２は、固体撮像装置の感度を高く設定した場合におけるＡＤ出力曲線ＡＤｄｄ２上のデジタル値のリニアリティ誤差を表している。なお、ＡＤ出力曲線ＡＤｄｄ２上のデジタル値は補正することができないため、図１３に示した最小電圧Ｖｍｉｎから低感度電圧Ｖｌまでの間におけるＡＤ出力曲線ＡＤｄｄ１上のデジタル値を補正する前のリニアリティ誤差である。
【００３２】
図１４からもわかるように、固体撮像装置の感度を低く設定した場合、補正する前のリニアリティ誤差（誤差曲線Ｅ０）に比べて、補正した後のリニアリティ誤差（誤差曲線Ｅ１）が低減できていることがわかる。特に、デジタル値の中心付近におけるリニアリティ誤差が低減されている。なお、補正した後のリニアリティ誤差（誤差曲線Ｅ１）が全てのＡＤ出力値の期間において一定の誤差となっていないが、これは、ＡＤ出力曲線ＡＤｄｄ１の補正式を、ＡＤ変換器の入力振幅が最大である（感度を低く設定している）ときに適した座標点Ｐｍｉｎ、Ｐｃ、Ｐｍａｘに基づいて導出していることに起因している。すなわち、誤差曲線Ｅ１におけるリニアリティ誤差は、ＡＤ出力曲線ＡＤｄｄ１と近似直線との誤差である。このように、ＡＤ出力曲線ＡＤｄｄ１上のデジタル値を補正することによって、近似直線との誤差は残ってしまうが、補正前の誤差曲線Ｅ０と比較してリニアリティ誤差を低減できている。
【００３３】
一方、固体撮像装置の感度を高く設定した場合のリニアリティ誤差（誤差曲線Ｅ２）は、補正前の誤差曲線Ｅ０と比べると減少しているが、誤差曲線Ｅ１と比べると悪化している。なお、誤差曲線Ｅ２が補正前の誤差曲線Ｅ０と比較してリニアリティ誤差が減少しているようであるが、これは、単純に狭いＡＤ出力値の範囲を増幅しているため、誤差曲線Ｅ０においてリニアリティ誤差が最大となるデジタル値まで至っていないからであり、実際には、リニアリティ誤差自体が減少しているわけではない。
【００３４】
このように、固体撮像装置の感度の設定によって、ＡＤ出力曲線上のデジタル値を理想ＡＤ直線上のデジタル値に補正することができるか否かが変わってしまう。そして、理想ＡＤ直線上のデジタル値に補正することができるか否かによって、画素信号をアナログ・デジタル変換した後のデジタル値のリニアリティ誤差も変わってしまうという。例えば、図１２〜図１４を用いて説明したように、固体撮像装置の感度を高く設定していると、理想ＡＤ直線上のデジタル値に補正することができず、画素信号をアナログ・デジタル変換した後のデジタル値のリニアリティ誤差が、固体撮像装置の感度を低く設定した場合に比べて悪化してしまう。このリニアリティ誤差は、固体撮像装置を搭載したデジタルカメラ、デジタルビデオカメラや内視鏡などにおけるアナログ・デジタル変換後の様々な処理に影響してしまうおそれがある。
【００３５】
従って、特許文献２で開示された非直線性の補正方法のように、ＡＤ変換器の入力振幅が最大である（感度を低く設定している）ときに適した座標点に基づいて導出した補正式を用いて非直線性の補正（リニアリティ誤差の補正）を行う場合、固体撮像装置の感度、露光時間、ゲインなど、固体撮像装置における撮影に関する設定を変更することによって、リニアリティ誤差が悪化してしまうという問題がある。
【００３６】
本発明は、上記の課題認識に基づいてなされたものであり、ＡＤ変換器を具備する光電変換装置において、光電変換装置内の固体撮像装置における撮影に関する設定を変更した場合においても、アナログ・デジタル変換によって得られるデジタル値のリニアリティ誤差を小さく抑えることによって、良好な画像データ（デジタル値）を取得することができる光電変換装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００３７】
上記の課題を解決するため、本発明の光電変換装置は、光電変換素子を有し、該光電変換素子への入射光量に応じた画素信号を出力する画素が二次元に複数配置された画素アレイと、前記画素アレイから読み出した前記画素信号をデジタル値に変換して出力するＡＤ変換器と、該光電変換装置の前記画素が出力する前記画素信号の電圧範囲が変更されるような撮影条件の設定に応じて、前記画素信号の電圧範囲に対応した基準電圧を前記ＡＤ変換器に出力する基準電圧設定部と、前記基準電圧設定部が出力した前記基準電圧を前記ＡＤ変換器が変換したデジタル値に基づいて、前記ＡＤ変換器が変換した前記画素信号のデジタル値の線形性を補正する補正部と、を備えることを特徴とする。
【００３８】
また、本発明の前記基準電圧設定部は、該光電変換装置の前記撮影条件の設定に基づいて、前記画素信号の電圧範囲内で複数の基準電圧を設定し、前記補正部は、該光電変換装置の前記撮影条件の設定に応じて、前記基準電圧設定部が設定した複数の基準電圧を前記ＡＤ変換器が変換した複数のデジタル値を取得し、該取得した複数のデジタル値に基づいて、前記ＡＤ変換器が変換した前記画素信号のデジタル値の線形性を補正する補正式を設定し、該設定した補正式に基づいて、前記ＡＤ変換器が変換した前記画素信号のデジタル値を補正する、ことを特徴とする。
【００３９】
また、本発明の前記基準電圧設定部は、該光電変換装置の前記撮影条件の設定が第１の設定である場合に、前記画素信号の第１の電圧範囲内で複数の第１の基準電圧を設定し、該光電変換装置の前記撮影条件の設定が第２の設定である場合に、前記画素信号の第２の電圧範囲内で複数の第２の基準電圧を設定し、前記補正部は、前記基準電圧設定部が設定した複数の前記第１の基準電圧に基づいて、第１の補正式を設定し、前記基準電圧設定部が設定した複数の前記第２の基準電圧に基づいて、第２の補正式を設定し、該光電変換装置の前記撮影条件の設定に応じて、前記ＡＤ変換器が変換した前記画素信号のデジタル値を補正するための補正式を、前記第１の補正式または前記第２の補正式に切り替え、該切り替えた補正式に基づいて、前記ＡＤ変換器が変換した前記画素信号のデジタル値を補正する、ことを特徴とする。
【００４０】
また、本発明の前記基準電圧設定部は、該光電変換装置の前記撮影条件の設定が第１の設定である場合に、前記画素信号の第１の電圧範囲内で複数の第１の基準電圧を設定し、該光電変換装置の前記撮影条件の設定が第２の設定である場合に、前記画素信号の第２の電圧範囲内で複数の第２の基準電圧を設定し、前記補正部は、前記基準電圧設定部が設定した複数の前記第１の基準電圧を前記ＡＤ変換器が変換した複数の第１のデジタル値を取得し、前記基準電圧設定部が設定した複数の前記第２の基準電圧を前記ＡＤ変換器が変換した複数の第２のデジタル値を取得し、該光電変換装置の前記撮影条件の設定に応じて、前記補正式の設定に用いるデジタル値を、前記第１のデジタル値または前記第２のデジタル値に切り替え、該切り替えたデジタル値に基づいて、前記ＡＤ変換器が変換した前記画素信号のデジタル値の線形性を補正する補正式を設定し、該設定した補正式に基づいて、前記ＡＤ変換器が変換した前記画素信号のデジタル値を補正する、ことを特徴とする。
【００４１】
また、本発明の前記補正部は、該光電変換装置の前記撮影条件の設定が変更されてから、該変更された前記撮影条件の設定に応じた前記画素信号を前記ＡＤ変換器が変換したデジタル値が入力されるまでの間に、前記補正式または前記補正式の設定に用いるデジタル値を切り替え、該切り替えた補正式またはデジタル値に基づいて、前記ＡＤ変換器が変換した該変更された前記撮影条件の設定に応じた前記画素信号のデジタル値を補正する、ことを特徴とする。
【００４２】
また、本発明の該光電変換装置の前記画素が出力する前記画素信号の電圧範囲が変更されるような前記撮影条件の設定は、該光電変換装置の前記画素の感度に基づいた設定である、ことを特徴とする。
【００４３】
また、本発明の該光電変換装置の前記画素が出力する前記画素信号の電圧範囲が変更されるような前記撮影条件の設定は、該光電変換装置の前記画素の感度、露光時間、ゲインなど前記画素信号の電圧範囲が変更されるような項目に基づいた設定の内、いずれか１つまたは複数の組み合わせである、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００４４】
本発明によれば、ＡＤ変換器を具備する光電変換装置において、アナログ・デジタル変換の入出力特性の非直線性を補正するための補正式を、光電変換装置内の固体撮像装置における撮影に関する設定に応じて導出することができる。これにより、アナログ・デジタル変換によって得られるデジタル値のリニアリティ誤差を最小限に抑えることができ、光電変換装置から良好な画像データ（デジタル値）を取得することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の第１の実施形態による光電変換装置の概略構成を示したブロック図である。
【図２】本第１の実施形態の光電変換装置に具備された第１の補正機能付きＡＤ変換器の概略構成を示したブロック図である。
【図３】本第１の補正機能付きＡＤ変換器における入出力特性の非直線性の補正の例を示した図である。
【図４】本第１の補正機能付きＡＤ変換器の出力値のリニアリティ誤差の特性の概念を示した概念図である。
【図５】本第１の実施形態の光電変換装置に具備された第２の補正機能付きＡＤ変換器の概略構成を示したブロック図である。
【図６】本第１の実施形態の光電変換装置に具備された第３の補正機能付きＡＤ変換器の概略構成を示したブロック図である。
【図７】本発明の第２の実施形態による光電変換装置の概略構成を示したブロック図である。
【図８】従来の固体撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
【図９】従来の固体撮像装置に具備されているＡＤ変換器の回路構成の一例を示すブロック図である。
【図１０】従来の補正機能付ＡＤ変換システムの概略構成を示したブロック図である。
【図１１】従来の補正機能付ＡＤ変換システムにおける補正式の設定方法の概念を示した概念図である。
【図１２】被写体の輝度と画素信号の関係の概念を示した概念図である。
【図１３】ＡＤ変換器の入出力特性の例を示した図である。
【図１４】ＡＤ変換器の出力値のリニアリティ誤差の特性の概念を示した概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
＜第１の実施形態＞
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、本第１の実施形態による光電変換装置の概略構成を示したブロック図である。図１において、光電変換装置１は、画素Ｐ１１〜Ｐ４５、垂直走査回路４、列回路５１〜５５、水平走査回路６、制御回路７、補正機能付きＡＤ変換器８（以下、「ＡＤＣ８」という）、設定切換部９、から構成される。また、図１においては、画素Ｐ１１〜Ｐ４５が４行５列の二次元に配置され、画素アレイ３として構成されている。なお、画素Ｐ１１〜Ｐ４５のいずれか１つを示すときには「画素２」という。また、列回路５１〜列回路５５のいずれか１つを示すときには「列回路５」という。
【００４７】
画素Ｐ１１〜Ｐ４５は、光電変換素子である。画素Ｐ１１〜Ｐ４５は、垂直走査回路４によって自画素２が選択されると入射光量に応じたレベルの画素出力信号を出力する。また、画素Ｐ１１〜Ｐ４５は画素アレイ３として４行５列の二次元に配置され、画素列毎に画素出力信号φＰ１〜φＰ５（アナログ信号）を出力する。なお、画素Ｐ１１〜Ｐ４５で示した画素Ｐに続く最初の数字は行の番号、最後の数値は列の番号を表す。また、画素出力信号φＰ１〜φＰ５のいずれか１つを示すときには「画素出力信号φＰ」という。
【００４８】
制御回路７は、光電変換装置１の全体を制御する回路である。制御回路７は、図示しない外部からの画像取り込み命令に応じて、垂直走査回路４を制御する垂直制御信号と、水平走査回路６を制御する水平制御信号とを出力する。
また、制御回路７は、設定切換部９からの設定切換命令に応じて、列回路５およびＡＤＣ８の動作（動作開始、動作停止、および基準電圧の選択など）を制御する。
【００４９】
垂直走査回路４は、制御回路７から入力された垂直制御信号に応じて、画素アレイ３から読み出す画素２の行を選択する回路である。垂直走査回路４は、画素アレイ３から読み出す画素２の行に応じた行選択信号φＳＬ１〜φＳＬ４を出力する。垂直走査回路４が、例えば、画素アレイ３の１行目を選択する場合は、行選択信号φＳＬ１を選択レベル（例えば、“Ｈｉｇｈ”レベル）にして画素アレイ３に出力し、その他選択しない画素アレイ３の行の行選択信号φＳＬ２〜φＳＬ４を非選択レベル（例えば、“Ｌｏｗ”レベル）にして画素アレイ３に出力する。これにより、選択された画素アレイ３の行の画素出力信号φＰが、列回路５１〜列回路５５に順次出力される。
【００５０】
列回路５は、画素アレイ３の各画素列にそれぞれ配置され、画素２から読み出された画素出力信号φＰを処理し、水平走査回路６から入力された列選択信号φＨ１〜φＨ５に応じて、処理後の画素出力信号φＰをＡＤＣ８に出力する。なお、列回路５１〜列回路５５で示した列回路５に続く数字は、画素アレイ３の列の番号を示す。
【００５１】
水平走査回路６は、制御回路７から入力された水平制御信号に応じて、列回路５が処理した処理後の画素出力信号φＰをＡＤＣ８に出力させる回路である。水平走査回路６は、列回路５から読み出す処理後の画素出力信号φＰの列に応じた列選択信号φＨ１〜φＨ５を列回路５１〜列回路５５のそれぞれに出力する。水平走査回路６が、例えば、画素アレイ３の１列目の処理後の画素出力信号φＰ１をＡＤＣ８に出力させる場合は、列選択信号φＨ１を出力許可レベル（例えば、“Ｈｉｇｈ”レベル）にして列回路５１に出力し、その他出力しない画素アレイ３の列の列選択信号φＨ２〜φＨ５を出力不許可レベル（例えば、“Ｌｏｗ”レベル）にして列回路５２〜列回路５５に出力する。続いて列選択信号φＨ２〜φＨ５を順次、出力許可レベル（例えば、“Ｈｉｇｈ”レベル）、その他出力しない画素アレイ３の列に対応する列選択信号φＨ１〜φＨ５を出力不許可レベル（例えば、“Ｌｏｗ”レベル）にして列回路５に出力する。これにより、列回路５１〜列回路５５から処理後の画素出力信号φＰを順次ＡＤＣ８に出力される。
【００５２】
ＡＤＣ８は、列回路５からそれぞれ入力された処理後の画素出力信号φＰをアナログ・デジタル変換するＡＤ変換器である。ＡＤＣ８は、さらにアナログ・デジタル変換後のデジタル値の非直線性を補正する機能を備えている。ＡＤＣ８は、入力された処理後の画素出力信号φＰをアナログ・デジタル変換し、さらに、変換後のデジタル値の非直線性を補正した後のデジタル値を、ＡＤＣ８に入力された処理後の画素出力信号φＰのデジタル値として出力する。この処理後の画素出力信号φＰのデジタル値が、光電変換装置１の出力である。なお、ＡＤＣ８に関する詳細な説明は、後述する。
【００５３】
＜第１の補正機能付きＡＤ変換器＞
次に、本第１の実施形態の光電変換装置１に具備された補正機能付きＡＤ変換器について説明する。図２は、本第１の実施形態の光電変換装置１に具備された第１の補正機能付きＡＤ変換器８（以下、「ＡＤＣ８１０」という）の概略構成を示したブロック図である。なお、ＡＤＣ８１０は、図１１に示した補正機能付ＡＤ変換システムにおける補正式の設定方法と同様に、ＡＤＣ８１０の入力電圧の範囲を２つの領域に分割して補正する場合のブロック図を示している。
【００５４】
図２において、ＡＤＣ８１０は、ＡＤ変換器９１と、基準電圧選択部８１１と、切替ロジック８１２と、補正部８１３と、電圧セット選択部８１４とから構成されている。なお、図２に示したＡＤＣ８１０において、図１０に示した従来の補正機能付ＡＤ変換システム９００の構成要素と同様の構成要素には、同一の符号を付与している。なお、ＡＤＣ８１０内のＡＤ変換器９１は、図９および図１０に示した従来のＡＤ変換器９１と同じであるため、詳細な説明は省略する。
【００５５】
基準電圧選択部８１１は、ＡＤ変換器９１に基準電圧を出力する。基準電圧選択部８１１は、ＡＤ変換器９１の入出力特性の非直線性を補正するための補正式の導出に必要な複数の基準電圧（最小電圧Ｖｍｉｎ、中心電圧Ｖｃ、最大電圧Ｖｍａｘ）を生成する２つの基準電圧生成部と、２つの基準電圧生成部がそれぞれ生成した基準電圧の内、いずれか１つの基準電圧を選択して出力するための８つの出力スイッチ（図２においては、３ステートアナログスイッチ）とを備えている。
【００５６】
基準電圧選択部８１１と、図１０に示した従来の補正機能付ＡＤ変換システム９００に備えた基準電圧入力部９０１との構成要素を比較すると、基準電圧選択部８１１には、基準電圧生成部が１つ追加され、それに伴って、２つの基準電圧生成部のいずれか１つを選択するための出力スイッチが追加されていることが異なる。以下の説明においては、２つの基準電圧生成部が生成する基準電圧のセットを、それぞれ、「電圧セットＡ」、「電圧セットＢ」という。そして、最小電圧Ｖｍｉｎ、中心電圧Ｖｃ、最大電圧Ｖｍａｘの後に、電圧セットを判別する符号（「Ａ」または「Ｂ」）を付与することによって、それぞれの基準電圧のセットを区別する。例えば、電圧セットＡが生成する基準電圧を、最小電圧ＶｍｉｎＡ、中心電圧ＶｃＡ、最大電圧ＶｍａｘＡという。
【００５７】
なお、電圧セットＡおよび電圧セットＢの基準電圧の電圧値は、本第１の実施形態の光電変換装置１を搭載したデジタルカメラ、デジタルビデオカメラや内視鏡などにおいて、例えば、感度、露光時間、ゲインなどの様々な設定（以下、「撮影設定」という）を変更することによって想定されるＡＤＣ８１０の入力電圧の範囲に基づいて決定される。より具体的には、例えば、光電変換装置１の感度の設定をした場合、設定した感度で被写体を撮影したときに想定されるＡＤＣ８１０の入力電圧の範囲の、最小の電圧値を最小電圧Ｖｍｉｎとし、最大の電圧値を最大電圧Ｖｍａｘとする。そして、最小電圧Ｖｍｉｎと最大電圧Ｖｍａｘとの中間の電圧値を中心電圧Ｖｃとする。そして、最小電圧Ｖｍｉｎ、中心電圧Ｖｃ、最大電圧Ｖｍａｘは、感度の設定に対応した基準電圧のセット毎にそれぞれ決定される。
【００５８】
基準電圧選択部８１１は、切替ロジック８１２および電圧セット選択部８１４から入力される切替信号によって切り替えられた最小電圧ＶｍｉｎＡ、中心電圧ＶｃＡ、最大電圧ＶｍａｘＡ、最小電圧ＶｍｉｎＢ、中心電圧ＶｃＢ、最大電圧ＶｍａｘＢのいずれか１つの基準電圧を、ＡＤ変換器９１に出力する。
【００５９】
電圧セット選択部８１４は、制御回路７からの基準電圧の選択制御に応じて、ＡＤ変換器９１に出力する基準電圧のセットのいずれか一方を選択するための切替信号を、基準電圧選択部８１１および補正部８１３に出力する。また、電圧セット選択部８１４は、切替ロジック８１２から入力された切替完了信号に応じて、ＡＤ変換器９１に出力する基準電圧のセットの他方を選択するための切替信号を、基準電圧選択部８１１および補正部８１３に出力する。
【００６０】
補正部８１３は、参照電圧選択部８１３１と、レジスタ８１３２と、補正ロジック部９０３３と、クロック発生部９０３４とから構成される。
参照電圧選択部８１３１は、電圧セット選択部８１４から入力された基準電圧の切替信号に応じて、ＡＤＣ８１０の参照電圧が設定され、設定された参照電圧に応じた制御信号を切替ロジック８１２およびレジスタ８１３２に出力する。また、参照電圧選択部８１３１は、クロック発生部９０３４から入力されたＡＤ変換の対象電圧の切替信号に応じて、ＡＤ変換器９１に入力される電圧がＡＤ変換対象電圧であることを表す制御信号を切替ロジック８１２に出力する。
【００６１】
レジスタ８１３２は、参照電圧選択部８１３１から入力された制御信号に応じて、補正式を設定するために必要な基準電圧およびアナログ・デジタル変換の対象であるＡＤ変換対象電圧をＡＤ変換器９１がアナログ・デジタル変換することによって得られたデジタル値を保持する。
【００６２】
レジスタ８１３２と、図１０に示した従来の補正機能付ＡＤ変換システム９００に備えたレジスタ９０３２との構成要素を比較すると、レジスタ８１３２には、基準電圧選択部８１１の電圧セットＡおよび電圧セットＢのそれぞれに対応したレジスタのセットを備えていることが異なる。以下の説明においては、電圧セットＡに対応したレジスタのセットを「レジスタセットＡ」、電圧セットＢに対応したレジスタのセットを「レジスタセットＢ」という。そして、最小電圧Ｖｍｉｎ、中心電圧Ｖｃ、最大電圧Ｖｍａｘのそれぞれに対応した最小データ、中心データ、最大データの後に、電圧セットを判別する符号（「Ａ」または「Ｂ」）を付与することによって、基準電圧をＡＤ変換器９１がアナログ・デジタル変換することによって得られたデジタル値のそれぞれを区別する。例えば、電圧セットＡの基準電圧（最小電圧ＶｍｉｎＡ、中心電圧ＶｃＡ、最大電圧ＶｍａｘＡ）をアナログ・デジタル変換して得られたそれぞれのデジタル値を、「最小データＡ」、「中心データＡ」、「最大データＡ」という。また、最小データＡ、中心データＡ、最大データＡに対応したレジスタを、それぞれ、「最小データＡレジスタ」、「中心データＡレジスタ」、「最大データＡレジスタ」という。なお、ＡＤ変換対象電圧をアナログ・デジタル変換して得られたデジタル値を、「ＡＤ変換データ」といい、ＡＤ変換データに対応したレジスタを、「ＡＤ変換データレジスタ」という。
【００６３】
補正ロジック部９０３３は、補正式設定部９０３５と、補正演算部９０３６とから構成される。なお、補正ロジック部９０３３の構成要素は、図１０に示した従来の補正機能付ＡＤ変換システム９００に備えた補正ロジック部９０３３と同様の構成である。
【００６４】
補正式設定部９０３５は、レジスタ８１３２に保持された最小データＡ、中心データＡ、最大データＡまたは最小データＢ、中心データＢ、最大データＢに基づいて、アナログ・デジタル変換の対象であるＡＤ変換対象電圧をアナログ・デジタル変換して得られたＡＤ変換データを補正するための補正式を設定する。なお、補正式設定部９０３５における補正式の設定方法は、補正式の設定に用いられる最小データ、中心データ、最大データが、レジスタセットＡに保持されたデータ、またはレジスタセットＢに保持されたデータに切り替えられること以外は、従来から用いられている補正式の設定方法と同様である。なお、補正式の設定に用いられるデータの切り替えは、レジスタ８１３２によって行われる。すなわち、レジスタ８１３２が、参照電圧選択部８１３１から入力された制御信号に応じて、補正式設定部９０３５に出力するレジスタのセットを切り替える。このため、補正式設定部９０３５は、入力された最小データ、中心データ、最大データがレジスタセットＡに保持されたデータであるかレジスタセットＢに保持されたデータであるかを認識する必要がなく、入力された最小データＡ、中心データＡ、最大データＡ、または最小データＢ、中心データＢ、最大データＢに基づいて補正式を設定するのみである。
【００６５】
補正演算部９０３６は、補正式設定部９０３５によって設定された補正式に基づいてＡＤ変換データを補正し、補正したＡＤ変換データをＡＤＣ８１０による補正後のＡＤ変換出力として出力する。なお、補正演算部９０３６におけるＡＤ変換データの補正方法は、従来から用いられている補正方法と同様である。
【００６６】
クロック発生部９０３４は、制御回路７からの動作開始制御に応じて、ＡＤ変換器９１に出力する電圧をＡＤ変換対象電圧とするための切替信号を、参照電圧選択部８１３１およびレジスタ８１３２に出力する。また、クロック発生部９０３４は、ＡＤ変換器９１内の遅延回路９１１内を周回する入力パルス信号φＰＬを生成し、ＡＤ変換器９１に出力する。
【００６７】
切替ロジック８１２は、参照電圧選択部８１３１から入力された参照電圧に応じた制御信号に応じて、基準電圧選択部８１１が生成した複数の基準電圧から、１つの基準電圧を選択して出力させるための切替信号を、基準電圧選択部８１１に出力する。本第１の補正機能付きＡＤ変換器において切替ロジック８１２が基準電圧選択部８１１に出力する切替信号は、基準電圧選択部８１１内の出力スイッチのいずれか１つを有効とし、その他の出力スイッチは無効とする信号である。また、切替ロジック８１２は、参照電圧選択部８１３１から入力されたＡＤ変換器９１に入力される電圧がＡＤ変換対象電圧であることを表す制御信号に応じて、ＡＤ変換器９１にＡＤ変換対象電圧を入力するための切替信号を出力する。
【００６８】
ここで、ＡＤＣ８１０によってアナログ・デジタル変換して得られたデジタル値を補正する手順について説明する。ＡＤＣ８１０におけるデジタル値の補正においては、図１０に示した補正機能付ＡＤ変換システム９００によるデジタル値の補正と同様に、最初に補正式を設定し、続いて、設定した補正式に基づいてデジタル値の補正を行うが、ＡＤＣ８１０のデジタル値の補正は、補正式の取得方法に大きな特徴を有している。なお、以下の説明においては、本第１の実施形態の光電変換装置１が、デジタルカメラに搭載されているものとして説明を行う。
【００６９】
ＡＤＣ８１０による補正式の取得は、以下のような手順で行われる。なお、以下の手順は、本第１の実施形態の光電変換装置１を搭載したデジタルカメラが起動された後、被写体の撮影を行う前に事前に行われる処理である。
（手順１）：電圧セット選択部８１４は、制御回路７からの基準電圧の選択制御に応じて、一方の基準電圧のセットを、ＡＤ変換器９１の入力電圧として選択する。
（手順２）：選択された基準電圧のセットの基準電圧をそれぞれ、ＡＤ変換器９１によってアナログ・デジタル変換し、得られたデジタル値を、対応するレジスタ８１３２に保持する。
（手順３）：電圧セット選択部８１４は、切替ロジック８１２からの切替完了信号に応じて、ＡＤ変換器９１の入力電圧を、他方の基準電圧のセットに切り替える。
（手順４）：切り替えられた基準電圧のセットの基準電圧をそれぞれ、ＡＤ変換器９１によってアナログ・デジタル変換し、得られたデジタル値を、対応するレジスタ８１３２に保持する。
（手順５）：補正式設定部９０３５は、それぞれの基準電圧のセットのデジタル値に基づいて、補正式を設定する。
【００７０】
以上の手順によって、ＡＤＣ８１０は、それぞれの基準電圧のセットのデジタル値を取得し、それぞれの基準電圧のセットに適した補正式を設定する。なお、基準電圧のセットのデジタル値に基づいた補正式に設定は、基準電圧のセットのデジタル値を取得する毎に行うようにすることもできる。例えば、基準電圧のセットのデジタル値に基づいた補正式に設定を手順２の後と手順４の後とに行うようにすることもできる。
【００７１】
その後、以下の手順によって、ＡＤＣ８１０は、入力されたＡＤ変換対象電圧のデジタル値の非直線性を補正する。なお、以下の手順では、本第１の実施形態の光電変換装置１を搭載したデジタルカメラの撮影設定によって、補正に用いる基準電圧のセットが事前に設定されているものとする。
（手順６）：クロック発生部９０３４は、制御回路７からの動作開始制御に応じて、ＡＤ変換器９１の入力電圧を、ＡＤ変換対象電圧に切り替える。また、電圧セット選択部８１４は、補正に用いる基準電圧セットを表す信号を補正部８１３に出力する。
（手順７）：ＡＤ変換対象電圧をＡＤ変換器９１によってアナログ・デジタル変換し、得られたデジタル値を、対応するレジスタ８１３２に保持する。
（手順８）：補正ロジック部９０３３は、設定した補正式に基づいて、レジスタ８１３２に保持しているＡＤ変換対象電圧のデジタル値の非直線性を補正し、補正したデジタル値をＡＤＣ８１０の出力として出力する。
【００７２】
以上の手順によって、ＡＤ変換器９１の入出力特性の非直線性が補正される。なお、以上の手順は、本第１の実施形態の光電変換装置１を搭載したデジタルカメラが、被写体の撮影を行うときに行われる処理である。また、手順８におけるＡＤ変換対象電圧のデジタル値の非直線性の補正処理で用いられる補正式は、事前に設定されている補正に用いる基準電圧のセットに応じて切り替えられる。
【００７３】
次に、図２に示した第１の補正機能付きＡＤ変換器８（ＡＤＣ８１０）の概略構成を参照して、より具体的なデジタル値の補正の動作について説明する。まず初めに、ＡＤＣ８１０によって補正式を設定する方法について説明する。
【００７４】
本第１の実施形態の光電変換装置１を搭載したデジタルカメラが起動されると、制御回路７は、電圧セットＡを選択する選択制御を行う。この制御回路７からの選択制御に応じて、電圧セット選択部８１４は、電圧セットＡを選択するための切替信号を参照電圧選択部８１３１に出力する。また、電圧セット選択部８１４は、基準電圧選択部８１１から電圧セットＡの電圧がＡＤ変換器９１に出力されるように、基準電圧選択部８１１内の出力スイッチを切り替える。
【００７５】
そして、参照電圧選択部８１３１は、電圧セット選択部８１４から入力された切替信号に応じて、電圧セットＡの最小電圧ＶｍｉｎＡを選択する制御信号を切換ロジック８１２に出力する。この制御信号に応じて、切替ロジック８１２から、最小電圧ＶｍｉｎＡを出力するための切替信号が基準電圧選択部８１１に出力され、基準電圧選択部８１１から最小電圧ＶｍｉｎＡがＡＤ変換器９１に出力される。また、参照電圧選択部８１３１は、電圧セットＡの最小電圧ＶｍｉｎＡのデジタル値（最小データＡ）を保持するレジスタセットＡを選択する制御信号をレジスタ８１３２に出力する。
【００７６】
その後、クロック発生部９０３４は、選択された最小電圧ＶｍｉｎＡをアナログ・デジタル変換するための入力パルス信号φＰＬを、ＡＤ変換器９１に出力する。これにより、基準電圧選択部８１１から出力された最小電圧ＶｍｉｎＡがアナログ・デジタル変換される。そして、ＡＤ変換器９１によるアナログ・デジタル変換によって得られた最小データＡを、レジスタ８１３２内の最小データＡレジスタに保持する。同様に、電圧セットＡの中心電圧ＶｃＡ、最大電圧ＶｍａｘＡをアナログ・デジタル変換して得られた中心データＡ、最大データＡを、レジスタ８１３２内の中心データレジスタＡ、最大データレジスタＡに保持する。電圧セットＡの全ての基準電圧をアナログ・デジタル変換したデジタル値を、レジスタ９０３２内のレジスタセットＡに保持すると、切替ロジック８１２は、電圧セット選択部８１４に切替完了信号を出力する。
【００７７】
続いて、電圧セット選択部８１４は、切替ロジック８１２からの切替完了信号に応じて、電圧セットＢの基準電圧をＡＤ変換器９１に入力するための制御信号を切換ロジック８１２に出力する。そして、同様に、電圧セットＢの最小電圧ＶｍｉｎＢ、中心電圧ＶｃＢ、最大電圧ＶｍａｘＢをアナログ・デジタル変換して得られた最小データＢ、中心データＢ、最大データＢを、レジスタ８１３２内の最小データＢレジスタ、中心データレジスタＢ、最大データレジスタＢに保持する。電圧セットＢの全ての基準電圧をアナログ・デジタル変換したデジタル値を、レジスタ９０３２内のレジスタセットＢに保持すると、切替ロジック８１２は、電圧セット選択部８１４に切替完了信号を出力する。
【００７８】
その後、補正ロジック部９０３３は、レジスタ８１３２内のレジスタセットＡおよびレジスタセットＢに保持された最小データ、中心データ、最大データをそれぞれ読み出し、補正式設定部９０３５が、それぞれの最小データ、中心データ、最大データに基づいて、電圧セットＡおよび電圧セットＢに適した補正式を設定する。
【００７９】
このように、レジスタ８１３２内には、デジタルカメラの撮影設定に応じた最小データ、中心データ、最大データが保持される。例えば、光電変換装置１の感度の設定をした場合において、感度を低く設定した場合の基準電圧を電圧セットＡ、感度を高く設定した場合の基準電圧を電圧セットＢとする。この場合、感度を低く設定した場合に適した最小電圧ＶｍｉｎＡ、中心電圧ＶｃＡ、最大電圧ＶｍａｘＡのデジタル値（最小データＡ、中心データＡ、最大データＡ）が、レジスタセットＡに保持され、感度を高く設定した場合に適した最小電圧ＶｍｉｎＢ、中心電圧ＶｃＢ、最大電圧ＶｍａｘＢのデジタル値（最小データＢ、中心データＢ、最大データＢ）が、レジスタセットＢに保持される。そして、レジスタ８１３２内に保持されたデジタル値に基づいて、感度を低く設定した場合に適した補正式と、感度を高く設定した場合に適した補正式とが設定される。
【００８０】
その後、本第１の実施形態の光電変換装置１を搭載したデジタルカメラによって被写体の撮影が準備されると、制御回路７は、デジタルカメラの撮影設定に応じた設定切換部９からの設定切換命令に応じて、補正に用いる基準電圧のセットを選択する選択制御を行う。この制御回路７からの選択制御に応じて、電圧セット選択部８１４は、補正に用いる基準電圧のセットを選択するための切替信号を補正部８１３に出力する。そして、クロック発生部９０３４から、ＡＤ変換対象電圧をアナログ・デジタル変換することを表す制御信号が、参照電圧選択部８１３１およびレジスタ８１３２に出力される。これにより、参照電圧選択部８１３１から制御信号が切換ロジック８１２に出力され、基準電圧選択部８１１からは基準電圧が出力されず、ＡＤ変換器９１には、ＡＤ変換対象電圧が入力される状態となる。また、レジスタ８１３２は、ＡＤ変換対象電圧をＡＤ変換器９１によってアナログ・デジタル変換し、得られたＡＤ変換データを、対応するＡＤ変換データレジスタに保持する状態となる。
【００８１】
その後、デジタルカメラによって被写体の撮影が行われると、画素アレイ３から画素出力信号φＰが、列回路５１〜列回路５５に順次出力され、処理後の画素出力信号φＰが、ＡＤ変換対象電圧として列回路５１〜列回路５５から順次ＡＤＣ８１０に入力される。
【００８２】
そして、クロック発生部９０３４は、ＡＤ変換対象電圧をアナログ・デジタル変換するための入力パルス信号φＰＬを、ＡＤ変換器９１に出力する。これにより、列回路５から出力されたＡＤ変換対象電圧がアナログ・デジタル変換され、アナログ・デジタル変換によって得られたＡＤ変換データを、レジスタ８１３２内のＡＤ変換データレジスタに保持する。
【００８３】
その後、補正ロジック部９０３３は、レジスタ８１３２内のＡＤ変換データレジスタに保持されたＡＤ変換データを読み出し、補正演算部９０３６が、補正に用いる基準電圧のセットに基づいて設定された補正式に基づいて、ＡＤ変換データの非直線性を補正する。この補正したＡＤ変換データをＡＤＣ８１０による補正後のＡＤ変換出力として出力する。
【００８４】
このように、補正に用いる基準電圧のセットに基づいて設定された補正式に基づいて、ＡＤ変換器９１の入出力特性の非直線性を補正することができる。例えば、光電変換装置１の感度の設定をした場合において、感度を低く設定した場合の基準電圧を電圧セットＡ、感度を高く設定した場合の基準電圧を電圧セットＢとする。そして、デジタルカメラの感度の設定が低く設定してある場合、電圧セットＡに基づいて設定された補正式を用いてＡＤ変換器９１の入出力特性の非直線性を補正する。また、デジタルカメラの感度の設定が高く設定してある場合、電圧セットＢに基づいて設定された補正式を用いてＡＤ変換器９１の入出力特性の非直線性を補正する。そして、ＡＤ変換器９１の入出力特性の非直線性を補正して得られたデジタル値を、ＡＤＣ８１０による補正後のデジタル値として出力する。
【００８５】
次に、本第１の実施形態の光電変換装置１に具備された補正機能付きＡＤ変換器における、ＡＤ変換器の入出力特性の非直線性の補正について説明する。図３は、本第１の補正機能付きＡＤ変換器８１０における入出力特性の非直線性の補正の例を示した図である。図３は、被写体の輝度に応じて感度を設定する場合のみに着目し、輝度に対応した電圧をＡＤ変換器の入力電圧として表した場合の入出力特性の例を示している。
【００８６】
なお、図３におけるＡＤ出力曲線ＡＤｄｄ１は、光電変換装置１の感度を低く設定した場合の入出力特性を表しており、例えば、図１２に示した直線ＤＤ１の画素信号をアナログ・デジタル変換したときの入出力特性である。また、ＡＤ出力曲線ＡＤｄｄ２は、光電変換装置１の感度を高く設定した場合の入出力特性を表しており、最小電圧ＶｍｉｎＢから最大電圧ＶｍａｘＢまでの間のＡＤ出力曲線ＡＤｄｄ１を増幅した場合の入出力特性である。
【００８７】
図３からもわかるように、ＡＤＣ８１０においては、光電変換装置１に設定した感度毎にＡＤ出力曲線上のデジタル値（ＡＤ出力値）を理想ＡＤ直線上のデジタル値に補正する補正式を導出することができる。
【００８８】
より具体的には、光電変換装置１の感度を低く設定した場合には、ＡＤ出力曲線ＡＤｄｄ１の入出力特性の非直線性を補正するための補正式を、電圧セットＡ（最小電圧ＶｍｉｎＡ、中心電圧ＶｃＡ、最大電圧ＶｍａｘＡ）のそれぞれに対応したＡＤ出力値の座標点ＰｍｉｎＡ、ＰｃＡ、ＰｍａｘＡから導出することができる。これにより、導出した補正式に基づいて、ＡＤ出力曲線ＡＤｄｄ１の入出力特性を補正することができる。なお、座標点ＰｍｉｎＡ、ＰｃＡ、ＰｍａｘＡは、ＡＤＣ８１０の感度を低く設定している場合に、入力振幅が最大であるときに適した座標点である。
【００８９】
また、光電変換装置１の感度を高く設定した場合には、ＡＤ出力曲線ＡＤｄｄ２の入出力特性の非直線性を補正するための補正式を、電圧セットＢ（最小電圧ＶｍｉｎＢ、中心電圧ＶｃＢ、最大電圧ＶｍａｘＢ）のそれぞれに対応したＡＤ出力値の座標点ＰｍｉｎＢ、ＰｃＢ、ＰｍａｘＢから導出することができる。これにより、導出した補正式に基づいて、ＡＤ出力曲線ＡＤｄｄ２の入出力特性を補正することができる。なお、座標点ＰｍｉｎＢ、ＰｃＢ、ＰｍａｘＢは、ＡＤＣ８１０の感度を高く設定している場合に、入力振幅が最大であるときに適した座標点である。
【００９０】
このように、ＡＤＣ８１０は、光電変換装置１の感度の設定に応じて、ＡＤ変換器９１がアナログ・デジタル変換したデジタル値の非直線性を補正することができる。しかも、補正後のリニアリティ誤差は、光電変換装置１の感度の設定を変更した場合においても大きく異なることはない。
【００９１】
図４は、本第１の補正機能付きＡＤ変換器８１０の出力値のリニアリティ誤差の特性の概念を示した概念図である。なお、図４におけるリニアリティ誤差は、図３に示したＡＤＣ８１０の入出力特性の例において、それぞれの理想ＡＤ直線上のデジタル値とそれぞれのＡＤ出力曲線上のデジタル値との誤差を示している。図４に示した、誤差曲線Ｅ０は、固体撮像装置の感度を低く設定した場合におけるＡＤ出力曲線ＡＤｄｄ１上のデジタル値を補正する前のリニアリティ誤差、誤差曲線Ｅ１は、ＡＤ出力曲線ＡＤｄｄ１上のデジタル値を補正した後のリニアリティ誤差を表している。また、誤差曲線Ｅ２は、固体撮像装置の感度を高く設定した場合におけるＡＤ出力曲線ＡＤｄｄ２上のデジタル値を補正した後のリニアリティ誤差を表している。
【００９２】
図４からもわかるように、固体撮像装置の感度を低く設定した場合、従来と同様に、補正する前のリニアリティ誤差（誤差曲線Ｅ０）に比べて、補正した後のリニアリティ誤差（誤差曲線Ｅ１）が低減できていることがわかる。また、固体撮像装置の感度を高く設定した場合、従来は補正をすることができなかったため、ＡＤ出力曲線ＡＤｄｄ１上のデジタル値を補正する前のリニアリティ誤差と同様であったが、ＡＤＣ８１０においては補正行うことができるため、補正した後のリニアリティ誤差（誤差曲線Ｅ２）が低減できていることがわかる。また、増幅をした場合、リニアリティ誤差が増幅前より悪化していた（図１４参照）が、ＡＤ出力曲線ＡＤｄｄ２を補正し、さらに増幅した場合のリニアリティ誤差は、図４に示したリニアリティ誤差を表す誤差曲線Ｅ１となる。これは、ＡＤ出力曲線ＡＤｄｄ１上のデジタル値を補正したリニアリティ誤差を表す曲線に近づく。
【００９３】
なお、補正した後のリニアリティ誤差（誤差曲線Ｅ１および誤差曲線Ｅ２）が全てのＡＤ出力値の期間において一定の誤差となっていないが、これは、従来の場合と同様に、それぞれの近似直線との誤差である。このように、ＡＤ出力曲線ＡＤｄｄ１上のデジタル値を補正することによって、近似直線との誤差は残ってしまうが、補正前と比較してリニアリティ誤差を低減できる。
【００９４】
上記に述べたとおり、本第１の補正機能付きＡＤ変換器によれば、本第１の実施形態の光電変換装置１を搭載したデジタルカメラ、デジタルビデオカメラや内視鏡などの撮影設定に応じた複数の基準電圧を備えることができる。そして、それぞれの基準電圧に基づいて設定された補正式に基づいて、ＡＤ変換器の入出力特性の非直線性を補正することができる。これにより、例えば、光電変換装置１の感度の設定に応じた補正を行うことができ、感度に係る設定を変更した場合でも、非直線性補正の効果を最大限にすることができ、リニアリティ誤差を最小限に抑えることができる。このことにより、光電変換装置１から良好なデジタル値、すなわち、良好な画像データを得ることができる。
【００９５】
＜第２の補正機能付きＡＤ変換器＞
次に、本第１の実施形態の光電変換装置１に具備された別の形態の補正機能付きＡＤ変換器について説明する。図５は、本第１の実施形態の光電変換装置１に具備された第２の補正機能付きＡＤ変換器８（以下、「ＡＤＣ８２０」という）の概略構成を示したブロック図である。
【００９６】
図５において、ＡＤＣ８２０は、ＡＤ変換器９１と、基準電圧選択部８１１と、切替ロジック８１２と、補正部９０３と、電圧セット選択部８１４とから構成されている。なお、図５に示したＡＤＣ８２０において、図２に示したＡＤＣ８１０または図１０に示した従来の補正機能付ＡＤ変換システム９００の構成要素と同様の構成要素には、同一の符号を付与している。
【００９７】
ＡＤＣ８２０と、図２に示したＡＤＣ８１０との構成要素を比較すると、ＡＤＣ８１０の補正部８１３に代わって、補正部９０３が備えられていることが異なる。この補正部９０３は、図１０に示した従来の補正機能付ＡＤ変換システム９００に備えられていた補正部９０３と同様の構成である。すなわち、図５に示したＡＤＣ８２０における各構成要素の動作は、図２に示したＡＤＣ８１０の構成要素、または図９および図１０に示した従来の補正機能付ＡＤ変換システム９００の構成要素の動作と同様である。従って、図５に示したＡＤＣ８２０における各構成要素の詳細な説明は省略する。
【００９８】
ＡＤＣ８２０に備えた補正部９０３内のレジスタ９０３２は、図２に示したＡＤＣ８１０に備えた補正部８１３内のレジスタ８１３２と異なり、電圧セットＡおよび電圧セットＢのそれぞれに対応したレジスタのセットを備えず、電圧セットＡおよび電圧セットＢに共通の１つのレジスタのセット（以下、「レジスタセット」という）を備えているのみである。
【００９９】
従って、図５に示した第２の補正機能付きＡＤ変換器８（ＡＤＣ８２０）によるデジタル値の補正は、補正式の取得方法および補正式の切り替え方法に、図２に示したＡＤＣ８１０と異なる特徴を有している。ＡＤＣ８２０による補正式の取得は、本第１の実施形態の光電変換装置１を搭載したデジタルカメラ、デジタルビデオカメラや内視鏡などにおいて撮影設定が変更されたときに、変更された撮影設定に応じた補正式の導出に必要な基準電圧のセットのデジタル値を取得する。すなわち、ＡＤＣ８２０は、光電変換装置１における撮影に関する撮影設定が変更されるまで、レジスタセット内のデジタル値の更新を行わない。
【０１００】
例えば、本第１の実施形態の光電変換装置１を搭載したデジタルカメラの感度に係る設定が変更された場合、ＡＤＣ８２０による補正式の取得は、以下のような手順で行われる。
（手順１１）：デジタルカメラの感度の設定が変更されると、制御回路７は、設定切換部９からの設定切換命令に応じて、補正に用いる基準電圧のセットを選択する選択制御を行う。
（手順１２）：電圧セット選択部８１４は、制御回路７からの基準電圧の選択制御に応じて、補正に用いる一方の基準電圧のセットを、ＡＤ変換器９１の入力電圧として選択する。
（手順１３）：選択された基準電圧のセットの基準電圧をそれぞれ、ＡＤ変換器９１によってアナログ・デジタル変換し、得られたデジタル値を、対応するレジスタ８１３２に保持する。
（手順１４）：補正式設定部９０３５は、基準電圧のセットのデジタル値に基づいて、補正式を設定する。
【０１０１】
以上の手順によって、ＡＤＣ８２０は、基準電圧のセットのデジタル値を取得し、取得した基準電圧のセットに適した補正式を設定する。なお、以上の手順は、本第１の実施形態の光電変換装置１を搭載したデジタルカメラ、デジタルビデオカメラや内視鏡などが、被写体の撮影を行う前に事前に行われる処理である。以降、デジタルカメラの感度の設定が変更される毎に、上述の手順１１〜手順１４を行う。
【０１０２】
また、手順１４の後に行われる入力されたＡＤ変換対象電圧のデジタル値の非直線性の補正は、図２に示したＡＤＣ８１０の手順６〜手順８と同様であるため、詳細な説明は省略する。以上の手順によって、ＡＤ変換器９１の入出力特性の非直線性が補正される。
【０１０３】
上記に述べたとおり、本第２の補正機能付きＡＤ変換器によれば、本第１の実施形態の光電変換装置１を搭載したデジタルカメラ、デジタルビデオカメラや内視鏡などの撮影設定に応じた複数の基準電圧を備えることができる。そして、撮影設定が変更されたときに、変更された撮影設定に応じた補正式を設定し、設定した補正式に基づいて、ＡＤ変換器の入出力特性の非直線性を補正することができる。これにより、例えば、光電変換装置１の感度の設定が変更されるたびに、変更された感度の設定に応じた補正を行うことができ、非直線性補正の効果を最大限にすることができ、リニアリティ誤差を最小限に抑えることができる。このことにより、光電変換装置１から良好なデジタル値、すなわち、良好な画像データを得ることができる。
【０１０４】
さらに、本第２の補正機能付きＡＤ変換器によれば、ＡＤ変換器９１の入出力特性の非直線性を補正するための補正式の導出に必要なデジタル値を保持するレジスタの構造を小さくすることができるため、補正機能付きＡＤ変換器の回路規模の小型化を行うことができる。
【０１０５】
＜第３の補正機能付きＡＤ変換器＞
次に、本第１の実施形態の光電変換装置１に具備された別の形態の補正機能付きＡＤ変換器について説明する。図６は、本第１の実施形態の光電変換装置１に具備された第３の補正機能付きＡＤ変換器８（以下、「ＡＤＣ８３０」という）の概略構成を示したブロック図である。
【０１０６】
図６において、ＡＤＣ８３０は、ＡＤ変換器９１と、基準電圧選択部８３１と、切替ロジック８１２と、補正部８１３と、電圧セット選択部８３４とから構成されている。なお、図６に示したＡＤＣ８３０において、図２に示したＡＤＣ８１０または図１０に示した従来の補正機能付ＡＤ変換システム９００の構成要素と同様の構成要素には、同一の符号を付与している。
【０１０７】
ＡＤＣ８３０と、図２に示したＡＤＣ８１０との構成要素を比較すると、ＡＤＣ８１０の基準電圧選択部８１１に代わって基準電圧選択部８３１が備えられ、ＡＤＣ８１０の電圧セット選択部８１４に代わって電圧セット選択部８３４が備えられていることが異なる。なお、図６に示したＡＤＣ８３０におけるその他の構成要素は、図２に示したＡＤＣ８１０と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【０１０８】
基準電圧選択部８３１は、図２に示したＡＤＣ８１０内の基準電圧選択部８１１と同様に、ＡＤ変換器９１に基準電圧を出力する。基準電圧選択部８３１は、ＡＤ変換器９１の入出力特性の非直線性を補正するための補正式の導出に必要な複数の基準電圧（最小電圧Ｖｍｉｎ、中心電圧Ｖｃ、最大電圧Ｖｍａｘ）を生成する基準電圧生成部８３１１と、基準電圧生成部８３１１が生成した基準電圧を出力するための出力スイッチ（図６においては、３ステートアナログスイッチ）とを備えている。
【０１０９】
基準電圧生成部８３１１は、電圧セット選択部８３４から入力される電圧値の設定に応じた電圧値の基準電圧を生成する。例えば、図２に示したＡＤＣ８１０における電圧セットＡの基準電圧である最小電圧ＶｍｉｎＡを生成する場合、電圧セット選択部８３４から最小電圧ＶｍｉｎＡの電圧値を表す設定が入力される。そして、基準電圧生成部８３１１は、電圧セット選択部８３４から入力された最小電圧ＶｍｉｎＡの電圧値の基準電圧を生成して出力する。
【０１１０】
電圧セット選択部８３４は、制御回路７からの基準電圧の選択制御に応じて、ＡＤ変換器９１に出力する基準電圧の電圧値を、基準電圧生成部８３１１に設定する。そして、設定した基準電圧を選択するための切替信号を、基準電圧選択部８３１および補正部８１３に出力する。また、電圧セット選択部８３４は、切替ロジック８１２から入力された切替完了信号に応じて、基準電圧生成部８３１１に設定する基準電圧の電圧値を変更する。
【０１１１】
このように、ＡＤＣ８３０では、図２に示したＡＤＣ８１０において事前に決定していた基準電圧の電圧値を、電圧セット選択部８３４によって変更することができる。なお、電圧セット選択部８３４が基準電圧生成部８３１１に設定する電圧値は、図２に示したＡＤＣ８１０と同様の考え方で決定される。
【０１１２】
なお、電圧セット選択部８３４による基準電圧の電圧値の設定方法は、例えば、光電変換装置１の感度の設定に応じて想定される最小電圧Ｖｍｉｎ、中心電圧Ｖｃ、最大電圧Ｖｍａｘの電圧値を、感度の設定毎に記憶したテーブル情報を準備する。そして、光電変換装置１の感度の設定が変更されるたびに、電圧セット選択部８３４が変更された感度の設定に応じた電圧値をテーブル情報から読み出して、読み出した電圧値を基準電圧生成部８３１１に設定する。また、テーブル情報を準備せず、光電変換装置１の感度の設定が変更されるたびに、電圧セット選択部８３４が変更された感度の設定に応じて想定される最小電圧Ｖｍｉｎ、中心電圧Ｖｃ、最大電圧Ｖｍａｘの電圧値を算出し、算出した電圧値を基準電圧生成部８３１１に設定するようにすることもできる。
【０１１３】
なお、図６に示した第３の補正機能付きＡＤ変換器８（ＡＤＣ８３０）によるデジタル値の補正の動作は、上述した基準電圧の電圧値の設定方法が異なる以外は、図２に示したＡＤＣ８１０の動作と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【０１１４】
上記に述べたとおり、本第３の補正機能付きＡＤ変換器によれば、本第１の実施形態の光電変換装置１を搭載したデジタルカメラ、デジタルビデオカメラや内視鏡などの撮影設定が変更されたときに、変更された撮影設定に基づいて基準電圧の設定を変更することができる。そして、設定した基準電圧に基づいて撮影設定に応じた補正式を設定し、設定した補正式に基づいて、ＡＤ変換器の入出力特性の非直線性を補正することができる。これにより、例えば、光電変換装置１の感度の設定が変更されるたびに、変更された感度の設定に応じた補正を行うことができ、非直線性補正の効果を最大限にすることができ、リニアリティ誤差を最小限に抑えることができる。このことにより、光電変換装置１から良好なデジタル値、すなわち、良好な画像データを得ることができる。
【０１１５】
なお、本第３の補正機能付きＡＤ変換器においては、ＡＤＣ８３０内の構成要素である基準電圧選択部８３１および電圧セット選択部８３４を、図２に示したＡＤＣ８１０に適用した場合について説明したが、ＡＤＣ８３０の構成は、本本発明を実施するための形態に限定されるものではなく、例えば、ＡＤＣ８３０内の構成要素である基準電圧選択部８３１および電圧セット選択部８３４を、図５に示したＡＤＣ８２０に適用することもできる。これにより、図５に示したＡＤＣ８２０と同様の効果を得ることができる。
【０１１６】
上記に述べたとおり、本発明の第１の実施形態によれば、画素アレイ３によって得られた入射光量に応じたレベルの画素出力信号φＰをアナログ・デジタル変換したデジタル値を出力する際に、本第１の実施形態の光電変換装置１を搭載したデジタルカメラ、デジタルビデオカメラや内視鏡などの撮影設定に応じて、ＡＤ変換器の入出力特性の非直線性を補正したデジタル値を、最終的に得られる画像データとして出力することができる。
【０１１７】
＜第２の実施形態＞
以下、本発明の第２の実施形態について、図面を参照して説明する。図７は、本第２の実施形態による光電変換装置の概略構成を示したブロック図である。図７において、光電変換装置１０は、画素Ｐ１１〜Ｐ４５、垂直走査回路４、列回路５１〜５５、水平走査回路６、制御回路７、ＡＤ変換器８１〜８５（以下、ＡＤＣ８１〜ＡＤＣ８５という）、設定切換部９、補正機能部８４０、から構成される。なお、図７に示した本第２の実施形態の光電変換装置１０において、図１に示した光電変換装置１の構成要素と同様の構成要素には、同一の符号を付与し、詳細な説明は省略する。
【０１１８】
光電変換装置１０と、図１に示した光電変換装置１との構成要素を比較すると、光電変換装置１０においては、画素アレイ３の各画素列にＡＤＣ８１〜８５が配置され、光電変換装置１に備えたＡＤＣ８に代わって、補正機能部８４０が備えられていることが異なる。なお、また、光電変換装置１０に備えたＡＤＣ８１〜８５のいずれか１つを示すときには「ＡＤＣ８０」という。
【０１１９】
ＡＤＣ８０は、列回路５から入力された処理後の画素出力信号φＰをアナログ・デジタル変換するＡＤ変換器である。ＡＤＣ８０は、入力された画素出力信号φＰをアナログ・デジタル変換し、変換後のデジタル値を出力する。なお、ＡＤＣ８０は、図２、図５、図６、図９、および図１０に示した従来のＡＤ変換器９１と同じであるため、詳細な説明は省略する。
【０１２０】
水平走査回路６は、制御回路７から入力された水平制御信号に応じて、ＡＤＣ８０がアナログ・デジタル変換した後のデジタル値を、補正機能部８４０に出力させる回路である。水平走査回路６は、ＡＤＣ８０から読み出すデジタル値の列に応じた列選択信号φＨ１〜φＨ５をＡＤＣ８１〜ＡＤＣ８５のそれぞれに出力する。水平走査回路６が、例えば、画素アレイ３の１列目のデジタル値を補正機能部８４０に出力させる場合は、列選択信号φＨ１を出力許可レベル（例えば、“Ｈｉｇｈ”レベル）にしてＡＤＣ８１に出力し、その他出力しない画素アレイ３の列の列選択信号φＨ２〜φＨ５を出力不許可レベル（例えば、“Ｌｏｗ”レベル）にしてＡＤＣ８２〜ＡＤＣ８５に出力する。続いて列選択信号φＨ２〜φＨ５を順次、出力許可レベル（例えば、“Ｈｉｇｈ”レベル）、その他出力しない画素アレイ３の列に対応する列選択信号φＨ１〜φＨ５を出力不許可レベル（例えば、“Ｌｏｗ”レベル）にしてＡＤＣ８０に出力する。これにより、ＡＤＣ８１〜ＡＤＣ８５からアナログ・デジタル変換したデジタル値を順次補正機能部８４０に出力させる。
【０１２１】
補正機能部８４０は、補正に用いる基準電圧のセットのデジタル値に基づいて、補正式を設定する。そして、ＡＤＣ８０がアナログ・デジタル変換した後のデジタル値の非直線性を補正する。この非直線性を補正した後のデジタル値を、光電変換装置１０の出力として出力する。補正機能部８４０は、図２に示したＡＤＣ８１０、図５に示したＡＤＣ８２０、または図６に示したＡＤＣ８３０の構成要素の内、ＡＤ変換器９１以外の構成要素で構成される。すなわち、補正機能部８４０は、基準電圧選択部８１１または基準電圧選択部８３１と、切替ロジック８１２と、電圧セット選択部８１４または電圧セット選択部８４４と、補正部８１３または補正部９０３と、から構成されている。従って、補正機能部８４０における各構成要素の詳細な説明は省略する。
【０１２２】
補正機能部８４０が、基準電圧のセットのデジタル値を取得する際には、基準電圧のセットの基準電圧を、例えば、ＡＤＣ８１など、ＡＤＣ８０のいずれか１つのＡＤ変換器の入力電圧として入力し、基準電圧を入力したＡＤ変換器がアナログ・デジタル変換したデジタル値を取得して対応するレジスタに保持する。そして、補正機能部８４０は、レジスタに保持した基準電圧のデジタル値に基づいて、ＡＤＣ８０のそれぞれから順次入力されるデジタル値の非直線性の補正を行い、最終的に得られる画像データとして出力する。
【０１２３】
このように、光電変換装置１０では、図２に示したＡＤＣ８１０、図５に示したＡＤＣ８２０、または図６に示したＡＤＣ８３０内のＡＤ変換器９１が、画素アレイ３の各画素列に備えられ、各列のＡＤＣ８０がアナログ・デジタル変換したデジタル値の非直線性が、補正機能部８４０によって補正される。
【０１２４】
上記に述べたとおり、本発明の第２の実施形態によれば、画素アレイ３の各列にＡＤＣ８０を搭載した場合でも、本第２の実施形態の光電変換装置１０を搭載したデジタルカメラ、デジタルビデオカメラや内視鏡などの撮影設定に応じた補正式を設定し、設定した補正式に基づいて、ＡＤ変換器の入出力特性の非直線性を補正することができる。これにより、画素アレイ３によって得られた入射光量に応じたレベルの画素出力信号φＰをアナログ・デジタル変換したデジタル値を出力する際に、本第２の実施形態の光電変換装置１０を搭載したデジタルカメラ、デジタルビデオカメラや内視鏡などの撮影設定に応じて、ＡＤ変換器の入出力特性の非直線性を補正したデジタル値を、最終的に得られる画像データとして出力することができる。そして、例えば、光電変換装置１０の感度の設定が変更されるたびに、変更された感度の設定に応じた補正を行うことによって、非直線性補正の効果を最大限にすることができ、リニアリティ誤差を最小限に抑えることができる。このことにより、光電変換装置１０から良好なデジタル値、すなわち、良好な画像データを得ることができる。
【０１２５】
なお、本第２の実施形態においては、補正機能部８４０が基準電圧のセットのデジタル値を取得する際に、いずれか１つのＡＤＣ８０に基準電圧を入力し、基準電圧を入力したＡＤＣ８０がアナログ・デジタル変換したデジタル値に基づいて、各列のＡＤＣ８０がアナログ・デジタル変換したデジタル値の非直線性を補正する場合について説明した。本発明においては、本発明を実施するための形態に限定されるものではなく、例えば、補正機能部８４０が基準電圧のセットのデジタル値を取得する際に、各列のＡＤＣ８０に基準電圧を入力し、それぞれのＡＤＣ８０がアナログ・デジタル変換したデジタル値を、それぞれレジスタに保持する。そして、補正機能部８４０は、それぞれのレジスタに保持した各列のＡＤＣ８０毎の基準電圧のデジタル値に基づいて、各列のＡＤＣ８０毎の補正式を設定し、対応するＡＤＣ８０から入力されたデジタル値の非直線性の補正することもできる。
【０１２６】
また、本第２の実施形態においては、画素アレイ３の各画素列にＡＤＣ８０のみを配置し、補正機能部８４０によって各列のＡＤＣ８０がアナログ・デジタル変換したデジタル値の非直線性を補正する、すなわち、光電変換装置１０には１つの補正機能部８４０を備え、各列のＡＤＣ８０が補正機能部８４０を共有している場合について説明した。本発明においては、本発明を実施するための形態に限定されるものではなく、図２に示したＡＤＣ８１０、図５に示したＡＤＣ８２０、または図６に示したＡＤＣ８３０を画素アレイ３の各画素列に配置する構成とすることもできる。これにより、例えば、各列のＡＤＣ８０のそれぞれのアナログ・デジタル変換の特性にバラツキがある場合であっても、各ＡＤＣ８０の特性のバラツキを抑えた画像データを、最終的に得られる画像データとして出力することができる。
【０１２７】
上記に述べたとおり、本発明を実施するための形態によれば、ＡＤ変換器を具備する光電変換装置において、アナログ・デジタル変換の入出力特性の非直線性を補正するための補正式を、光電変換装置内の固体撮像装置における撮影に関する設定に応じて導出することができる。これにより、光電変換装置内の固体撮像装置における撮影に関する設定を変更した場合においても、アナログ・デジタル変換によって得られるデジタル値のリニアリティ誤差を最小限に抑えることができ、光電変換装置から良好な画像データ（デジタル値）を取得することができる。
【０１２８】
なお、本実施形態においては、ＡＤ変換器が、入力パルス信号を光電変換素子である画素の入射光量に応じた遅延時間で周回させ、入力パルス信号の周回数に応じたデジタル値を出力するＡＤＡＤ変換器である例について説明したが、ＡＤ変換器の構成は、本発明を実施するための形態に限定されるものではなく、入力されたアナログ信号をデジタル信号に変換できる構成であれば、どのような構成のＡＤ変換器であっても適用することができる。
【０１２９】
また、本実施形態においては、基準電圧選択部内に２つの基準電圧のセットを備え、それぞれの電圧セットに対応したレジスタを補正部内に備えた場合について説明したが、基準電圧選択部内に備える基準電圧のセットの数および補正部内に備えレジスタの数は、本発明を実施するための形態に限定されるものではなく、ＡＤ変換器の入力電圧の範囲を分割する分割数に応じて変更することができる。すなわち、基準電圧選択部に備える基準電圧のセットの数や補正部内に備えレジスタの数は、本実施形態の光電変換装置を搭載したデジタルカメラ、デジタルビデオカメラや内視鏡などの撮影設定に応じて出力する電圧セットを変更できる構成であれば、どのような構成であっても適用することができる。
【０１３０】
また、本実施形態においては、基準電圧選択部内に備えた基準電圧のセットの各基準電圧の出力制御を、切換ロジックおよび電圧セット選択部によって行う場合について説明したが、基準電圧の切り替え方法は、本発明を実施するための形態に限定されるものではなく、本実施形態の光電変換装置を搭載したデジタルカメラ、デジタルビデオカメラや内視鏡などの撮影設定に応じて出力する基準電圧を切り替えることができる構成であれば、どのような構成であっても適用することができる。
【０１３１】
また、本実施形態においては、画素アレイ３と、ＡＤＣ８またはＡＤＣ８０との間に列回路５を配置した例について説明したが、列回路５を配置しなくても良く、画素アレイ３から出力される画素出力信号φＰ（アナログ信号）をＡＤＣ８またはＡＤＣ８０に入力するものであれば、同様にアナログ・デジタル変換をすることができる。
【０１３２】
また、本実施形態においては、画素アレイ３の画素の行方向および列方向の配置に関して、４行５列の例を示したが、画素の行方向および列方向の配置は、本発明を実施するための形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において画素を配置する行方向および列方向の数を変更することができる。
【０１３３】
以上、本発明の実施形態について、図面を参照して説明してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲においての種々の変更も含まれる。
【符号の説明】
【０１３４】
１・・・光電変換装置
２，Ｐ１１，Ｐ１２，Ｐ１３，Ｐ１４，Ｐ１５，Ｐ２１，Ｐ２２，Ｐ２３，Ｐ２４，Ｐ２５，Ｐ３１，Ｐ３２，Ｐ３３，Ｐ３４，Ｐ３５，Ｐ４１，Ｐ４２，Ｐ４３，Ｐ４４，Ｐ４５・・・画素
３・・・画素アレイ
４・・・垂直走査回路
５，５１，５２，５３，５４，５５・・・列回路
６・・・水平走査回路
７・・・制御回路（基準電圧設定部）
８，８１０，８２０，８３０・・・補正機能付きＡＤ変換器（ＡＤ変換器，基準電圧設定部，補正部）
８１１，８３１・・・基準電圧選択部（基準電圧設定部）
８１２・・・切替ロジック（基準電圧設定部）
８１３・・・補正部
８１３１・・・参照電圧選択部（補正部）
８１３２・・・レジスタ（補正部）
８１４，８３４・・・電圧セット選択部（基準電圧設定部）
８１，８２，８３，８４，８５・・・ＡＤ変換器
８３１１・・・基準電圧生成部（基準電圧設定部）
８４０・・・補正機能部（基準電圧設定部，補正部）
９・・・設定切換部（基準電圧設定部）
９０・・・画素ブロック
９００・・・補正機能付ＡＤ変換システム
９０１・・・基準電圧入力部
９０２・・・切替ロジック
９０３・・・補正部
９０３１・・・参照電圧選択部
９０３２・・・レジスタ
９０３３・・・補正ロジック部
９０３４・・・クロック発生部
９０３５・・・補正式設定部
９０３６・・・補正演算部
９１・・・ＡＤ変換器
Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５，Ｂ６，Ｂ７，Ｂ８，Ｂ９，Ｂ１０，Ｂ１１，Ｂ１２，Ｂ１３，Ｂ１４，Ｂ１５，Ｂ１６，Ｂ１７，Ｂ１８，Ｂ１９，Ｂ２０・・・アレイブロック（サブアレイ）
９１１・・・遅延回路
９１２・・・エンコーダ
９１２１・・・カウンタ回路
９１２２・・・ラッチ＆エンコーダ回路
９１２３・・・加算器
【図１】
2011250304.tif 000003
【図２】
2011250304.tif 000004
【図３】
2011250304.tif 000005
【図４】
2011250304.tif 000006
【図５】
2011250304.tif 000007
【図６】
2011250304.tif 000008
【図７】
2011250304.tif 000009
【図８】
2011250304.tif 000010
【図９】
2011250304.tif 000011
【図１０】
2011250304.tif 000012
【図１１】
2011250304.tif 000013
【図１２】
2011250304.tif 000014
【図１３】
2011250304.tif 000015
【図１４】
2011250304.tif 000016