(57)【要約】【構成】ＣＣＤイメージャ１６から出力された画素信号は、オペアンプ２４によって増幅される。オペアンプ２４によって増幅された画素信号は続いて、ＶＧＡ２６によって増幅される。ＣＰＵ４２は、被写界の明るさに応じて異なる数値を各々が示す利得Ｇ１およびＧ２をオペアンプ２４およびＶＧＡ２６にそれぞれ設定する。ここで、利得Ｇ１およびＧ２を合計した合計利得は、明るさの増大に伴って減少する。また、利得Ｇ１は、高ＩＳＯ感度範囲で“６ｄＢ”を示す一方、低ＩＳＯ感度範囲で“０ｄＢ”を示す。なお、低ＩＳＯ感度範囲は、高ＩＳＯ感度範囲を定義する明るさよりも高い明るさを定義する。【効果】画質の改善が図られる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像手段から出力された画素信号を増幅する第１増幅手段、
前記第１増幅手段によって増幅された画素信号を増幅する第２増幅手段、および
被写界の明るさに応じて異なる数値を各々が示す第１利得および第２利得を前記第１増幅手段および前記第２増幅手段にそれぞれ設定する設定手段を備え、
前記第１利得および前記第２利得を合計した合計利得は前記明るさの増大に伴って減少し、前記第１利得は、第１明るさ範囲で第１数値を示す一方、前記第１明るさ範囲を定義する明るさよりも大きい明るさを定義する第２明るさ範囲で前記第１数値よりも小さい第２数値を示す、信号処理回路。
【請求項２】
前記第２数値は前記第１増幅手段の入出力特性が互いに一致する数値である、請求項１記載の信号処理回路。
【請求項３】
前記被写界の明るさを評価して適正感度を算出する算出手段をさらに備え、
前記設定手段は前記算出手段によって算出された適正感度を参照して設定処理を実行する、請求項１または２記載の信号処理回路。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の信号処理回路を備える、電子カメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、信号処理回路に関し、特にたとえば電子カメラに適用され、被写界の明るさに応じて異なる利得を画素信号に付与する、信号処理回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の回路の一例が、特許文献１に開示されている。この従来技術によれば、直線性補正回路は、直列的に接続された複数のオペアンプによって構成される。各オペアンプの入出力伝達特性は、レンジに応じて切り換えられる。機械量センサの出力の直線的な特性は、このようなオペアンプによって折れ線グラフ状の特性に補正される。
【特許文献１】特開平８−２４７７８３号公報［G01D 3/02］
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、従来技術は、複数のオペアンプにそれぞれ適用される複数の利得の間の比率がレンジに応じて変更されることはない。また、レンジが大きいときにより前段のオペアンプの利得が抑えられることもない。このため、直線性補正回路の出力に重畳されるノイズが増大したり、直線性補正回路の出力が飽和するおそれがある。これは、機械量として被写界の光学像に対応する画像信号を想定したとき、画質の劣化を引き起こす。
【０００４】
それゆえに、この発明の主たる目的は、画質を改善することができる、信号処理回路を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１の発明に従う信号処理回路(20, 26：実施例で相当する参照符号。以下同じ)は、撮像手段(16)から出力された画素信号を増幅する第１増幅手段(24)、第１増幅手段によって増幅された画素信号を増幅する第２増幅手段(26)、および被写界の明るさに応じて異なる数値を各々が示す第１利得および第２利得を第１増幅手段および第２増幅手段にそれぞれ設定する設定手段(S17)を備え、第１利得および第２利得を合計した合計利得は明るさの増大に伴って減少し、第１利得は、第１明るさ範囲で第１数値を示す一方、第１明るさ範囲を定義する明るさよりも大きい明るさを定義する第２明るさ範囲で第１数値よりも小さい第２数値を示す。
【０００６】
撮像手段から出力された画素信号は、第１増幅手段によって増幅される。第１増幅手段によって増幅された画素信号は、第２増幅手段によって増幅される。設定手段は、被写界の明るさに応じて異なる数値を各々が示す第１利得および第２利得を第１増幅手段および第２増幅手段にそれぞれ設定する。ここで、第１利得および第２利得を合計した合計利得は、明るさの増大に伴って減少する。また、第１利得は、第１明るさ範囲で第１数値を示す一方、第１明るさ範囲を定義する明るさよりも大きい明るさを定義する第２明るさ範囲で第１数値よりも小さい第２数値を示す。
【０００７】
画素信号には、第１利得および第２利得を合計した合計利得が付与される。合計利得は、被写界の明るさが増大するほど減少する。これによって、画素信号のレベルは、被写界の明るさを考慮して的確に調整される。
【０００８】
また、第１利得は、明るさが小さい第１明るさ範囲において大きい数値を示す。これによって合計利得に占める第１利得の比率つまり第１増幅手段の負担が増大する。より前段に設けられる第１増幅手段の負担を増大させることで、画素信号に重畳されるノイズを抑制することができる。
【０００９】
さらに、第１利得は、明るさが大きい第２明るさ範囲において小さい数値を示す。これによって、第１利得を付与された画素信号のレベルが第２増幅手段の入力段におけるダイナミックレンジの上限値を上回り、ひいては画素信号が飽和するような事態を極力回避することができる。
【００１０】
請求項２の発明に従う信号処理回路は、請求項１に従属し、第２数値は第１増幅手段の入出力特性が互いに一致する数値である。
【００１１】
請求項３の発明に従う信号処理回路は、請求項１または２に従属し、被写界の明るさを評価して適正感度を算出する算出手段(S13)をさらに備え、設定手段は算出手段によって算出された適正感度を参照して設定処理を実行する。
【００１２】
請求項４の発明に従う電子カメラ(10)は、請求項１ないし３のいずれかに記載の信号処理回路を備える。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、第１利得は、明るさが小さい第１明るさ範囲において大きい数値を示す。これによって合計利得に示す第１利得の比率つまり第１増幅手段の負担が増大する。より前段に設けられる第１増幅手段の負担を増大させることで、画素信号に重畳されるノイズを抑制することができる。また、第１利得は、明るさが大きい第２明るさ範囲において小さい数値を示す。これによって、第１利得を付与された画素信号のレベルが第２増幅手段の入力段におけるダイナミックレンジの上限値を上回り、ひいては画素信号が飽和するような事態を極力回避することができる。この結果、画質の改善が図られる。
【００１４】
この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１を参照して、この実施例の電子カメラ１０は、光学レンズ１２および絞り機構１４を含む。被写界の光学像は、これらの部材を通してＣＣＤイメージャ１６の撮像面に照射される。
【００１６】
被写界を表すリアルタイム動画像（スルー画像）をＬＣＤモニタ３６に表示するとき、ＣＰＵ４２は間引き読み出しモードをドライバ１８ｂに設定する。ドライバ１８ｂは、撮像面の露光とこれによって生成された電荷のラスタ走査態様での間引き読み出しとを繰り返し実行するべく、対応するタイミング信号をイメージセンサ１６に与える。この結果、被写界を表す低解像度の画像信号が３０ｆｐｓのフレームレートでＣＣＤイメージャ１６から出力される。なお、ドライバ１８ｂは、各フレームの画像信号の出力タイミングを規定する垂直同期信号ＶｓｙｎｃをＣＰＵ４２に与える。
【００１７】
画像信号を形成する各ラインの画素信号は、図２（Ａ）に示す波形を有する。図２（Ａ）によれば、画素信号は、基準レベル（プリチャージレベル）Ｌｒｅｆおよび信号レベル（データレベル）Ｌｓｉｇのほかに、ＣＣＤイメージャ１６の出力端に設けられた図示しないＦＤＡ(Floating Diffusion Amplifier) のリセット動作に起因するリセットレベルＬｒｓｔを有する。まずリセットレベルＬｒｓｔが現れ、次に基準レベルＬｒｅｆが現れ、その後に信号レベルＬｓｉｇが現れる。ここで、リセットレベルＬｒｓｔ，基準レベルＬｒｅｆおよび信号レベルＬｓｉｇの間には、Ｌｒｓｔ＞Ｌｒｅｆ＞Ｌｓｉｇの関係が成立する。
【００１８】
ＣＣＤイメージャ１６から出力された画像信号は、ＣＤＳ(Correlation Double Sampling)回路２０を形成するサンプルホールド回路２２ａおよび２２ｂに与えられる。サンプルホールド回路２２ａおよび２２ｂにはまた、ＣＰＵ４２から出力されたＳＨＰパルスおよびＳＨＤパルスがそれぞれ与えられる。
【００１９】
ＳＨＰパルスは図２（Ｂ）に示す波形を有し、ＳＨＤパルスは図２（Ｃ）に示す波形を有する。図２（Ｂ）および図２（Ｃ）から分かるように、ＳＨＰパルスおよびＳＨＤパルスの周期はいずれも１画素期間に相当する。ただし、ＳＨＰパルスは基準レベル期間Ｔｒｅｆの終了時期直前に立ち上がり、ＳＨＤパルスは信号レベル期間Ｔｓｉｇの開始時期直後に立ち上がる。サンプルホールド回路２２ａは、ＳＨＰパルスが立ち上がった時点のレベルつまり基準レベルＬｒｅｆをサンプルしかつホールドする。同様に、サンプルホールド回路２２ｂは、ＳＨＤパルスが立ち上がった時点のレベルつまり信号レベルＬｓｉｇをサンプルしかつホールドする。こうして、各画素信号の基準レベルＬｒｅｆおよび信号レベルＬｓｉｇが検出される。
【００２０】
サンプルホールド回路２２ａから出力された基準レベルＬｒｅｆはオペアンプ（差動増幅器）２４のプラス入力端子に与えられ、サンプルホールド回路２２ｂから出力された信号レベルＬｓｉｇはオペアンプ２４のマイナス入力端子に与えられる。オペアンプ２４は、基準レベルＬｒｅｆから信号レベルＬｓｉｇを引き算し、かつＣＰＵ４２によって設定された利得Ｇ１を参照して差分レベルを増幅し、増幅された差分レベルを有する信号を出力する。オペアンプ２４ひいてはＣＤＳ回路２０から出力される差分レベル信号は、ＦＤＡのリセット動作に起因するノイズつまりリセットノイズが除去された画素信号に相当する。
【００２１】
ＶＧＡ(Variable Gain Amplifier)２６は、ＣＤＳ回路２０から出力された画素信号を、ＣＰＵ４２によって設定された利得Ｇ２を参照して増幅する。増幅された画素信号は、クランプ回路３２から出力されたクランプレベル信号と加算器２８によって加算される。加算器２８から出力された画素信号はＡ／Ｄ変換器３０によって画素データに変換され、変換された画素データはクランプ回路３２に与えられる。クランプ回路３２は、与えられた画素データに基づいてクランプレベルを算出し、算出されたクランプレベルを有するクランプレベル信号を加算器２８に与える。この結果、各画素信号の基準レベルがクランプレベル（黒レベル）に合わせられる。
【００２２】
Ａ／Ｄ変換器３０から出力された画素データはまた、データ処理回路３４に与えられる。データ処理回路３４は与えられた画素データに基づいてＬＣＤモニタ３６を駆動し、この結果、スルー画像が画面に表示される。
【００２３】
データ処理回路３４はまた、与えられた画素データに基づいてＹデータ（輝度データ）を作成し、作成されたＹデータをＣＰＵ４２に与える。ＣＰＵ４２は、与えられたＹデータに基づいて被写界の明るさを評価し、適正露光量を確保するべく評価結果に基づいて絞り機構１４の絞り量またはＣＣＤイメージャ１６の露光期間を調整する。絞り量を調整するとき、ＣＰＵ４２は対応する命令をドライバ１８ａに与える。絞り機構１４はドライバ１８ａによって駆動され、これによって絞り量が所望の値に調整される。また、露光期間を調整するとき、ＣＰＵ４２は対応する命令をドライバ１８ｂに与える。ＣＣＤイメージャ１６の露光期間は、ドライバ１８ｂによって調整される。
【００２４】
オペアンプ２４の設定利得およびＶＧＡ２６の設定利得は、絞り量および／または露光期間の調整では適正露光量を確保できないときに増大される。つまり、絞り量および／または露光期間が調整された後に得られたＹデータが示す輝度レベルが閾値（＝ＴＨ１）以下のとき、オペアンプ２４および／またはＶＧＡ２６の設定利得がＣＰＵ４２によって増大される。増大された設定利得は、たとえば撮像面のパン／チルトに起因する露光量の増大によって輝度レベルが閾値（＝ＴＨ２）を上回るとき、ＣＰＵ４２によって速やか減少される。露光調整は、設定利得の減少後に実行される。こうして、スルー画像の明るさが適度に調整される。
【００２５】
キー入力装置４４によって記録操作が行われると、ＣＰＵ４２は全画素読み出しモードをドライバ１８ｂに設定する。ドライバ１８ｂは、撮像面の露光とこれによって生成された電荷のラスタ走査態様での全画素読み出しとを１回ずつ実行するべく、対応するタイミング信号をイメージセンサ１６に与える。この結果、被写界を表す高解像度の画像信号がＣＣＤイメージャ１６から出力される。
【００２６】
出力された画像信号を形成する複数の画素信号は、上述と同じ処理を施される。データ処理回路３４には、ＦＤＡのリセットノイズが除去されかつ基準レベルＬｒｅｆが黒レベルに合わせられた画素データが与えられる。データ処理回路３４は、与えられた画素データからなる１フレームの画像データにＪＰＥＧ圧縮を施し、圧縮画像データをファイル形式で記録媒体３８に記録する。記録処理が完了すると、上述した間引き読み出しモードの下での処理が再開される。
【００２７】
オペアンプ２４およびＶＧＡ２６の利得の調整にあたっては、図３に示す利得テーブル４２ｔが参照される。図３によれば、オペアンプ２４に設定される利得Ｇ１は、“５０”〜“３９９”のＩＳＯ感度範囲（低ＩＳＯ感度範囲）において“０ｄＢ”を示し、“４００”〜“３２００”のＩＳＯ感度範囲（高ＩＳＯ感度範囲）において“６ｄＢ”を示す。
【００２８】
また、ＶＧＡ２６に設定される利得Ｇ２は、ＩＳＯ感度“５０”に対応して“１２ｄＢ”を示し、ＩＳＯ感度“１００”に対応して“１８ｄＢ”を示し、ＩＳＯ感度“２００”に対応して“２４ｄＢ”を示し、ＩＳＯ感度“３９９”に対応して“３０ｄＢ”を示す。利得Ｇ２はまた、ＩＳＯ感度“４００”に対応して“２４ｄＢ”を示し、ＩＳＯ感度“８００”に対応して“３０ｄＢ”を示し、ＩＳＯ感度“１６００”に対応して“３６ｄＢ”を示し、ＩＳＯ感度“３２００”に対応して“４２ｄＢ”を示す。
【００２９】
したがって、利得Ｇ１およびＧ２を合計した合計利得（総合利得）は、ＩＳＯ感度“５０”に対応して“１２ｄＢ”を示し、ＩＳＯ感度“１００”に対応して“１８ｄＢ”を示し、ＩＳＯ感度“２００”に対応して“２４ｄＢ”を示し、ＩＳＯ感度“３９９”に対応して“３０ｄＢ”を示し、ＩＳＯ感度“４００”に対応して“３０ｄＢ”を示し、ＩＳＯ感度“８００”に対応して“３６ｄＢ”を示し、ＩＳＯ感度“１６００”に対応して“４２ｄＢ”を示し、ＩＳＯ感度“３２００”に対応して“４８ｄＢ”を示す。
【００３０】
つまり、オペアンプ２４の設定利得，ＶＧＡ２６の設定利得および合計利得の各々は、ＩＳＯ感度に対して図４に示す関係を有する。
【００３１】
ＣＰＵ４２は、スルー画像について適正な明るさが確保される適正ＩＳＯ感度を露光調整が完了した後に作成されるＹデータに基づいて算出し、算出された適正ＩＳＯ感度に対応する利得Ｇ１およびＧ２を利得テーブル４２ｔを参照して検出する。検出された利得Ｇ１およびＧ２はそれぞれ、オペアンプ２４およびＶＧＡ２６に設定される。
【００３２】
被写界を表す各々の画素信号には、利得Ｇ１およびＧ２を合計した合計利得が付与される。合計利得は、被写界の明るさが増大するほど減少する。これによって、画素信号のレベルは、被写界の明るさを考慮して的確に調整される。
【００３３】
適正ＩＳＯ感度が高ＩＳＯ感度範囲に属する場合（被写界が暗い場合）、利得Ｇ１は“６ｄＢ”を示し、利得Ｇ２は“２４ｄＢ”，“３０ｄＢ”，“３６ｄＢ”および“４２ｄＢ”のいずれか１つを示す。オペアンプ２４に与えられる規準レベルＬｒｅｆおよびＬｓｉｇが図５（Ａ）に示す波形を有するとき、オペアンプ２４の出力は図５（Ｂ）に示すように変化し、ＶＧＡ２６の出力は図５（Ｃ）に示すように変化する。利得Ｇ１を“６ｄＢ”に設定することで、合計利得に占める利得Ｇ１の比率つまりオペアンプ２４の負担が増大する。ＶＧＡ２６よりも前段に設けられるオペアンプ２４の負担を増大させることで、画素信号に重畳されるノイズを抑制することができる。
【００３４】
一方、適正ＩＳＯ感度が低ＩＳＯ感度範囲に属する場合（被写界が明るい場合）、利得Ｇ１は“０ｄＢ”を示し、利得Ｇ２は“１２ｄＢ”，“１８ｄＢ”，“２４ｄＢ”および“３０ｄＢ”のいずれか１つを示す。オペアンプ２４に与えられる規準レベルＬｒｅｆおよびＬｓｉｇが図６（Ａ）に示す波形を有するとき、オペアンプ２４の出力は図６（Ｂ）に示すように変化し、ＶＧＡ２６の出力は図６（Ｃ）に示すように変化する。利得Ｇ１を“０ｄＢ”に設定することで、利得Ｇ１を付与された画素信号のレベルはＶＧＡ２６の入力段におけるダイナミックレンジの上限値を下回り、画素信号が飽和する事態を回避することができる。
【００３５】
ＣＰＵ４２は、オペアンプ２４およびＶＧＡ２６の設定利得を制御するべく、図７に示すフロー図に従う処理を実行する。なお、このフロー図に対応する制御プログラムは、フラッシュメモリ４６に記憶される。
【００３６】
まずステップＳ１で、設定利得を初期化する。オペアンプ２４に設定される利得Ｇ１は“０ｄＢ”を示し、ＶＧＡ２６に設定される利得Ｇ２は“１２ｄＢ”を示す。垂直同期信号Ｖｓｙｎｃがドライバ１８ｂから与えられると、ステップＳ３でＹＥＳと判断し、データ処理回路３４から与えられたＹデータが示す輝度レベルを判別する。具体的には、輝度レベルが閾値ＴＨ１以下であるか否かをステップＳ５で判別し、輝度レベルが閾値ＴＨ２を上回るか否かをステップＳ７で判別する。
【００３７】
ステップＳ７でＹＥＳであれば、ステップＳ１７でステップＳ１と同様の処理を行ってからステップＳ３に戻る。ステップＳ５でＹＥＳであれば、露光調整が完了したか否かをステップＳ９で判別し、ＮＯであればそのままステップＳ３に戻る一方、ＹＥＳであればステップＳ１１〜Ｓ１７の処理を経てステップＳ３に戻る。
【００３８】
ステップＳ１１では、露光調整後に作成されたＹデータをデータ処理回路３４から取り込み、取り込まれたＹデータに基づいて適正ＩＳＯ感度を算出する。ステップＳ１３では、算出された適正ＩＳＯ感度に対応する利得Ｇ１およびＧ２を、利得テーブル４２ｔを参照して検出する。ステップＳ１５では、検出された２つの利得Ｇ１およびＧ２をオペアンプ２４およびＶＧＡ２６にそれぞれ設定する。設定処理が完了すると、ステップＳ３に戻る。
【００３９】
以上の説明から分かるように、ＣＣＤイメージャ１６から出力された画素信号は、オペアンプ２４によって増幅される。オペアンプ２４によって増幅された画素信号は続いて、ＶＧＡ２６によって増幅される。ＣＰＵ４２は、被写界の明るさに応じて異なる数値を各々が示す利得Ｇ１およびＧ２をオペアンプ２４およびＶＧＡ２６にそれぞれ設定する(S15)。ここで、利得Ｇ１およびＧ２を合計した合計利得は、明るさの増大に伴って減少する。また、利得Ｇ１は、高ＩＳＯ感度範囲（第１明るさ範囲）で“６ｄＢ”（第１数値）を示す一方、低ＩＳＯ感度範囲（第２明るさ範囲）で“０ｄＢ”（第２数値）を示す。なお、低ＩＳＯ感度範囲は、高ＩＳＯ感度範囲を定義する明るさよりも大きい明るさを定義する。
【００４０】
画素信号には、利得Ｇ１およびＧ２を合計した合計利得が付与される。合計利得は、被写界の明るさが増大するほど減少する。これによって、画素信号のレベルは、被写界の明るさを考慮して的確に調整される。
【００４１】
また、利得Ｇ１は、明るさが不十分な高ＩＳＯ感度範囲において大きい数値（＝６ｄＢ）を示す。これによって合計利得に占める利得Ｇ１の比率つまりオペアンプ２４の負担が増大する。より前段に設けられるオペアンプ２４の負担を増大させることで、画素信号に重畳されるノイズを抑制することができる。
【００４２】
さらに、利得Ｇ１は、明るさが十分な低ＩＳＯ感度範囲において小さい数値（＝０ｄＢ）を示す。これによって、利得Ｇ１を付与された画素信号のレベルがＶＧＡ２６の入力段におけるダイナミックレンジの上限値を上回り、ひいては画素信号が飽和するような事態を極力回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】この発明の一実施例の構成を示すブロック図である。
【図２】（Ａ）はＣＣＤから出力される画素信号の一部を示す波形図であり、（Ｂ）はＣＰＵから出力されるＳＨＰの一部を示す波形図であり、（Ｃ）はＣＰＵから出力されるＳＨＤの一部を示す波形図である。
【図３】図１実施例に適用される利得テーブルの一例を示す図解図である。
【図４】ＩＳＯ感度と利得との関係を示すグラフである。
【図５】（Ａ）は高ＩＳＯ感度範囲に対応するオペアンプの入力の一例を示す波形図であり、（Ｂ）は高ＩＳＯ感度範囲に対応するオペアンプの出力の一例を示す波形図であり、（Ｃ）は高ＩＳＯ感度範囲に対応するＶＧＡの出力の一例を示す波形図である。
【図６】（Ａ）は低ＩＳＯ感度範囲に対応するオペアンプの入力の一例を示す波形図であり、（Ｂ）は低ＩＳＯ感度範囲に対応するオペアンプの出力の一例を示す波形図であり、（Ｃ）は低ＩＳＯ感度範囲に対応するＶＧＡの出力の一例を示す波形図である。
【図７】図１実施例に適用されるＣＰＵの動作の一部を示すフロー図である。
【符号の説明】
【００４４】
１０  …電子カメラ
１２  …ＣＣＤイメージャ
２０  …ＣＤＳ回路
２４  …オペアンプ（差動増幅器）
２６  …ＶＧＡ
３４  …データ処理回路
４２  …ＣＰＵ
【図１】
2008177628.tif 000003
【図２】
2008177628.tif 000004
【図３】
2008177628.tif 000005
【図４】
2008177628.tif 000006
【図５】
2008177628.tif 000007
【図６】
2008177628.tif 000008
【図７】
2008177628.tif 000009