(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なる傾きを有する複数の参照信号を用いてアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換手段と、
予め決められた複数の異なる出力レベルのアナログ信号を前記アナログデジタル変換手段に供給する電圧供給手段と、
前記複数の異なる出力レベルのアナログ信号を前記複数の参照信号によりそれぞれ変換して得られた複数のデジタル信号に基づいて、撮像素子の画素部から出力されるアナログ信号を前記アナログデジタル変換手段により変換して得られるデジタル信号を補正するための、前記複数の異なる傾きの比とオフセット量とを算出する算出手段と、を有し、
前記電圧供給手段は、より傾きの大きい参照信号により変換を行う場合に、より傾きの小さい参照信号により変換を行う場合よりも出力レベルが高い少なくとも１つの高レベルのアナログ信号を、前記アナログデジタル変換手段に更に供給し、
前記算出手段は、前記傾きの比を算出するときに、前記高レベルのアナログ信号を変換して得られたデジタル信号を更に用いることを特徴とする信号処理装置。
【請求項２】
前記複数の参照信号は、第一の参照信号と、該第一の参照信号よりも傾きの大きい第二の参照信号とを含み、
前記電圧供給手段は、前記第二の参照信号により変換を行う場合に、前記高レベルのアナログ信号を前記アナログデジタル変換手段に更に供給し、
前記算出手段は、前記第一の参照信号と前記第二の参照信号の前記傾きの比を算出するときに、前記高レベルのアナログ信号を変換して得られたデジタル信号を更に用いることを特徴とする請求項１に記載の信号処理装置。
【請求項３】
前記アナログデジタル変換手段は、前記撮像素子の画素部から出力されるアナログ信号の信号レベルが予め決められた閾値より小さい場合に、前記第一の参照信号を用いて変換を行い、当該アナログ信号の信号レベルが予め決められた閾値以上の場合に、前記第二の参照信号を用いて変換を行うことを特徴とする請求項２に記載の信号処理装置。
【請求項４】
前記アナログデジタル変換手段は、
前記撮像素子の画素部から出力されるアナログ信号の信号レベルが予め決められた閾値未満の場合に、前記第一の参照信号を用いて当該アナログ信号の変換を行い、前記信号レベルが前記閾値以上の場合に、前記第二の参照信号を用いて当該アナログ信号の変換を行う第一の撮影モードと、
前記撮像素子の画素部から出力されるアナログ信号の信号レベルが前記閾値未満の場合に、予め決められた条件に基づいて、前記第一の参照信号または前記第二の参照信号のいずれかを用いて当該アナログ信号の変換を行い、前記信号レベルが前記閾値以上の場合に、前記第二の参照信号を用いて当該アナログ信号の変換を行う第二の撮影モードと、
のいずれかにより変換を行うことを特徴とする請求項２に記載の信号処理装置。
【請求項５】
前記予め決められた条件は、前記算出手段により算出される前記傾きの比とオフセット量の信頼性が予め決められた信頼性よりも高いか否かを含み、
前記アナログデジタル変換手段は、前記第二の撮影モードにおいて、前記信号レベルが前記予め決められた閾値未満であって、且つ、前記信頼性が前記予め決められた信頼性より高い場合に、前記第一の参照信号を用い、前記信号レベルが前記予め決められた閾値未満であって、且つ、前記信頼性が前記予め決められた信頼性以下の場合に、前記第二の参照信号を用いて変換を行うことを特徴とする請求項４に記載の信号処理装置。
【請求項６】
前記アナログデジタル変換手段は、入力したアナログ信号にゲインをかける増幅手段を含み、
前記増幅手段のゲインが変更された場合に、前記信頼性が前記予め決められた信頼性よりも高くないと判断することを特徴とする請求項５に記載の信号処理装置。
【請求項７】
前記第二の撮影モードにおいて、前記算出手段は、前記高レベルのアナログ信号を変換して得られたデジタル信号を用いずに、前記傾きの比とオフセット量とを算出することを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項に記載の信号処理装置。
【請求項８】
前記撮像素子の画素部は、光電変換素子を含まないダミー画素を有し、前記電圧供給手段は、前記ダミー画素の読み出し期間に、前記予め決められた複数の異なる出力レベルのアナログ信号を供給することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の信号処理装置。
【請求項９】
前記アナログデジタル変換手段が、前記撮像素子の画素部の各列にそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の信号処理装置。
【請求項１０】
前記撮像素子と、
請求項１乃至９のいずれか１項に記載の信号処理装置と
を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項１１】
電圧供給手段が、予め決められた複数の異なる出力レベルのアナログ信号をアナログデジタル変換手段に供給する電圧供給工程と、
前記アナログデジタル変換手段が、前記複数の異なる出力レベルのアナログ信号を、互いに異なる傾きを有する複数の参照信号を用いてデジタル信号に変換するアナログデジタル変換工程と、
算出手段が、前記複数のデジタル信号に基づいて、撮像素子の画素部から出力されるアナログ信号を前記アナログデジタル変換手段により変換して得られるデジタル信号を補正するための、前記複数の異なる傾きの比とオフセット量とを算出する算出工程と、を有し、
前記電圧供給工程では、より傾きの大きい参照信号により変換を行う場合に、より傾きの小さい参照信号により変換を行う場合よりも出力レベルが高い少なくとも１つの高レベルのアナログ信号を、前記アナログデジタル変換手段に供給し、
前記算出工程では、前記傾きの比を算出するときに、前記高レベルのアナログ信号を変換して得られたデジタル信号を用いることを特徴とする信号処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号処理装置及び方法、及び撮像装置に関し、特に、アナログデジタル変換を行う信号処理装置及び方法、及び撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、テレビジョンの規格は、フルハイビジョンと呼ばれる水平１９２０画素、垂直１０８０画素（以下、「１９２０×１０８０画素」のように記す。）の画素数から、４ｋ２ｋと呼ばれる３８４０×２１６０画素のＨＤの４倍の画素数に変わってきている。また、４ｋ２ｋよりもさらに次の世代として、８ｋ４ｋ、もしくはスーパーハイビジョンと呼ばれる規格もあり、この規格では、７６８０×４３２０画素となっている。また、画素数と合わせて、フレームレートも増加の一途を辿っている。
【０００３】
このようなテレビジョン規格の変化に伴い、テレビジョン映像を撮影する撮像装置においても、記録できる映像の高画素化及び高フレームレート化が要求されている。こういった要求を満足するためには、光を電気信号に変換する撮像素子においても、映像の読み出し時間を高速化することは重要な課題の一つであり、特に撮像素子が有するＡＤ変換器の高速化が求められている。
【０００４】
一方、より高画質な映像を記録するために、映像信号の高ビット化も求められている。しかし、高ビットでＡＤ変換を行うためには、ＡＤ変換にかかる時間が増加してしまう。特許文献１には、レベルの小さい信号のみ、ゲインをかけた状態でＡＤ変換し、レベルの大きい信号に対しては通常のＡＤ変換を行い、ＡＤ変換後にゲイン差分のレベルを補正する手法が開示されている。これにより、ＡＤ変換の時間を増加させることなく、高ビット化を実現するという手法がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−２３６３６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来例では、ランプ信号などを用いて異なるゲインでＡＤ変換された信号に対し、その後補正を行う場合に、補正誤差が問題となる場合があった。例えば、ＡＤ変換回路にノイズや非線形特性が生じた場合に、より補正誤差が顕著になってしまっていた。また、ゲインの切替点が複数あった場合に、切替点によっては、補正誤差が大きくなる場合があった。
【０００７】
本発明は上記問題点を鑑みてなされたものであり、傾きの異なる複数のランプ信号を切り替えてＡＤ変換する場合に、ＡＤ変換値を補正するためのより適切な補正値を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の信号処理装置は、互いに異なる傾きを有する複数の参照信号を用いてアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換手段と、予め決められた複数の異なる出力レベルのアナログ信号を前記アナログデジタル変換手段に供給する電圧供給手段と、前記複数の異なる出力レベルのアナログ信号を前記複数の参照信号によりそれぞれ変換して得られた複数のデジタル信号に基づいて、撮像素子の画素部から出力されるアナログ信号を前記アナログデジタル変換手段により変換して得られるデジタル信号を補正するための、前記複数の異なる傾きの比とオフセット量とを算出する算出手段と、を有し、前記電圧供給手段は、より傾きの大きい参照信号により変換を行う場合に、より傾きの小さい参照信号により変換を行う場合よりも出力レベルが高い少なくとも１つの高レベルのアナログ信号を、前記アナログデジタル変換手段に更に供給し、前記算出手段は、前記傾きの比を算出するときに、前記高レベルのアナログ信号を変換して得られたデジタル信号を更に用いる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、傾きの異なる複数のランプ信号を切り替えてＡＤ変換する場合に、ＡＤ変換値を補正するためのより適切な補正値を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態における撮像装置で用いられる撮像素子の概略構成を示すブロック図。
【図２】撮像素子の列アンプ群の概略構成及び動作タイミングを示す図。
【図３】第１の実施形態におけるＡＤ変換の動作を説明するためのタイミング図。
【図４】信号レベルに応じて傾きの異なるランプ信号を用いる場合の、出力レベルとＡＤ変換結果との関係を示す図。
【図５】第１の実施形態における撮像素子の画素部の構成例を示す図。
【図６Ａ】第１の実施形態のダミー画素の読み出し期間における固定電圧Ｖ１を第二のランプ信号ＶＲＡＭＰ（大）でＡＤ変換処理する場合のタイミング図。
【図６Ｂ】第１の実施形態のダミー画素の読み出し期間における固定電圧Ｖ２を第二のランプ信号ＶＲＡＭＰ（大）でＡＤ変換処理する場合のタイミング図。
【図６Ｃ】第１の実施形態のダミー画素の読み出し期間における固定電圧Ｖ３を第二のランプ信号ＶＲＡＭＰ（大）でＡＤ変換処理する場合のタイミング図。
【図６Ｄ】第１の実施形態のダミー画素の読み出し期間における固定電圧Ｖ１を第一のランプ信号ＶＲＡＭＰ（小）でＡＤ変換処理する場合のタイミング図。
【図６Ｅ】第１の実施形態のダミー画素の読み出し期間における固定電圧Ｖ２を第一のランプ信号ＶＲＡＭＰ（小）でＡＤ変換処理する場合のタイミング図。
【図７】第１の実施形態における補正値を生成するために基準とする参照点を示す図。
【図８】第２の実施形態における補正値生成方法の切り替え処理のフローチャート。
【図９】第２の実施形態における補正後のＡＤ変換値の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照して本発明を実施するための形態を詳細に説明する。
【００１２】
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態における撮像装置で用いられる撮像素子１の構成を示すブロック図であり、撮像素子１と、撮像素子１により得られた画像データの出力先である画像処理部２とを示している。第１の実施形態における撮像素子１は、並列型ＡＤ変換器を実装したＣＭＯＳイメージセンサである。画像処理部２は、撮像素子１が出力する画像データに対し、ホワイトバランス処理や、ガンマ処理などの現像処理を行い、最終的に記録媒体に記録する。また、画像処理部２はＣＰＵを内蔵しており、このＣＰＵにより、撮像装置の動作モードに応じて撮像素子１と通信（例えばシリアル通信）し、制御を行う。
【００１３】
撮像素子１において、タイミング制御部１００は撮像素子１の各ブロックに対して動作クロック信号及びタイミング信号を供給し、動作を制御する。
【００１４】
画素部１１０は、２次元に配置された複数の画素を含み、各画素の光電変換素子において入射光量に応じて光電変換して得られた電荷を、電圧に変換して出力する。各々の画素には、カラーフィルタとマイクロレンズが実装されている。なお、カラーフィルタとして、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３色の、いわゆるＲＧＢ原色カラーフィルタによるベイヤー配列の周期構造をとっているのが一般的であるが、必ずしもこの限りではない。
【００１５】
垂直走査回路１２０は、画素部１１０の各画素により得られた画素信号を１フレーム期間内に順次読み出すためのタイミング制御を行う。一般的に読み出しは、１フレーム中の上部の行から下部の行にかけて、行単位で順次行われる。
【００１６】
列アンプ群１３０は、各列にそれぞれ設けられた複数の列アンプから成り、画素部１１０から読みだされた画素信号を電気的に増幅するために用いられる。列アンプ群１３０で画素信号を増幅することにより、後段のランプ回路１４０や列アナログデジタル変換器群（列ＡＤＣ群）１５０が出すノイズとのＳ／Ｎ比を改善させる。ただし、画素部１１０の出すノイズに対し、ランプ回路１４０や列ＡＤＣ群１５０が出すノイズが十分小さい回路構造においては、列アンプ群１３０は必ずしも必須ではない。
【００１７】
定電圧回路４００は、画素部１１０と列アンプ群１３０とを繋ぐ信号線に、固定の電圧を供給する電圧供給手段として動作する。なお、第１の実施形態では定電圧回路４００を用いるが、ある一定の電圧で信号をクリップするようなクリップ回路などに応用できる回路を用いても良い。
【００１８】
ランプ回路１４０は、時間方向に一定のスロープ（傾き）を持つランプ形状の電圧信号（ランプ信号）を発生する信号発生器である。列ＡＤＣ群１５０は、列毎に比較部１５１とカウンタ・ラッチ回路１５２とからなる列ＡＤＣを有する。比較部１５１は、列アンプ群１３０により増幅された画素信号（アナログ信号）と、ランプ回路１４０からのランプ信号とを比較して、信号の大小関係を示す信号を出力する。そしてカウンタ・ラッチ回路１５２が、比較部１５１からの信号に応じてカウンタ値をラッチすることで、アナログ−デジタル変換が行われる。なお、比較部１５１とカウンタ・ラッチ回路１５２の詳細な動作は後述する。カウンタ・ラッチ回路１５２に保持された１行分のデジタル画像データ（デジタル信号）は、水平転送回路１６０により端の行から順に読みだされる。
【００１９】
水平転送回路１６０により読み出された画像データは信号処理回路１７０に入力される。信号処理回路１７０はデジタル的に信号処理を行う回路であり、デジタル処理で一定量のオフセット値を加える他に、シフト演算や乗算を行うことで、簡易にゲイン演算を行うことができる。また、画素部１１０に、遮光した画素領域（ＯＢ画素部）を形成し、ＯＢ画素部の画素から得られる信号を利用したデジタルの黒レベルクランプ動作を行っても良い。更に、入力された画像データに基づいて、後述するように、ランプ回路１４０から出力されるランプ信号を、タイミング制御部１００を介して制御する。
【００２０】
信号処理回路１７０により処理された画像データは、外部出力回路１８０に渡される。外部出力回路１８０は、シリアライザー機能を有し、信号処理回路１７０からの多ビットの入力パラレル信号をシリアル信号に変換する。また、このシリアル信号を、例えばＬＶＤＳ信号等に変換し、画像処理部２に出力する。
【００２１】
コントローラ回路３００は、画像処理部２とのＩ／Ｆ部であり、シリアル通信回路などを用いて、画像処理部２のＣＰＵから撮像素子１への制御を受ける。
【００２２】
次に、撮像素子１の列ＡＤＣ群１５０を用いた基本的なＡＤ変換の原理について、図２を用いて説明する。列ＡＤＣ群１５０は、上述したように、列毎に比較部１５１とカウンタ・ラッチ回路１５２を有している。また、図２（ａ）に示すように、比較部１５１は、列アンプ群１３０から出力される画素信号ＶＡＭＰと、ランプ回路１４０から出力されるランプ信号ＶＲＡＭＰとを比較し、その結果を出力する。
【００２３】
図２（ｂ）に示すように、画素部１１０からの画素信号ＶＡＭＰの読み出し開始に先立って比較部１５１の動作を開始する（時刻ｔ１）。列アンプ群１３０の各列アンプの動作が安定すると、時刻ｔ２において、カウンタ・ラッチ回路１５２のカウント値をリセットする。このカウンタ・ラッチ回路１５２のカウントリセットタイミングと同期して、ランプ回路１４０から出力されるランプ信号ＶＲＡＭＰの信号レベルは、時刻ｔ２から時間の経過とともに増加する。比較部１５１の出力は、列アンプ群１３０から出力される画素信号ＶＡＭＰの信号レベルをランプ回路１４０から出力されるランプ信号ＶＲＡＭＰの信号レベルが超えた時に反転する（時刻ｔ３）。カウンタ・ラッチ回路１５２は、カウント値をリセットしてから、比較部１５１の出力が反転するまでの期間（時刻ｔ２〜時刻ｔ３）、カウント動作を行う。この動作により、列アンプ群１３０により増幅された画素信号の出力レベルに比例したカウント値が得られるため、こうして得られたカウント値がＡＤ変換結果となる。なお、ここで説明した画素信号とランプ信号の比較方法、カウンタ・ラッチ回路によるカウント方法などはあくまで一例であり、カウント値をリセットしてから比較部１５１の出力が反転するまでの期間を検出できれば、他の方法で実施しても構わない。
【００２４】
図３は、第１の実施形態におけるランプ回路１４０及び列ＡＤＣ群１５０の動作を説明する図である。図３において、横軸は時間、グラフ上部の縦軸は出力レベル、グラフ下部は、比較部１５１の出力を示している。図３を参照して、列アンプ群１３０の出力信号ＶＡＭＰの信号レベルに応じて、ランプ回路１４０から出力されるランプ信号ＶＲＡＭＰのスロープを変える例について説明する。
【００２５】
一般的に、単位画素からの信号の読み出し処理においては、まずＮ信号（ノイズレベル）の読み出し及びＡＤ変換を行い、その後にＳ信号（ノイズレベル＋信号レベル）の読み出し及びＡＤ変換を行う。そして、信号処理回路１７０で変換されたＳ信号とＮ信号との差分をとることでノイズ成分を打ち消すことで、Ｓ／Ｎの良い信号を得る。
【００２６】
まず、Ｎ信号のＡＤ変換を行うために、時刻ｔ１１で比較部１５１の動作を開始し、時刻ｔ１２でカウンタ・ラッチ回路１５２のカウントをリセットすると共に、ランプ回路１４０から出力されるランプ信号ＶＲＡＭＰの信号レベルを変化させる。ここで、ノイズレベルであるＮ信号の信号レベルは小さいため、Ｎ信号のＡＤ変換には、傾きが小さい第一のランプ信号ＶＲＡＭＰ（小）（第一の参照信号）を用いる。そして、カウンタ・ラッチ回路１５２のカウントをリセットしてから、比較部１５１の出力が反転するまでの期間（時刻ｔ１２〜時刻ｔ１３）、カウント動作を行うことで、Ｎ信号をＡＤ変換する。
【００２７】
次に、画素部１１０に蓄積された電荷に応じた信号を読み出して列アンプ群１３０により増幅された出力信号であるＳ信号に対し、レベル判定期間に、ランプ回路１４０はある一定の判定レベルＶｓを最大レベルとする判定用ランプ信号を比較部１５１に出力する。そして、Ｓ信号との比較を行う。ここでは、時刻ｔ１４においてカウンタ・ラッチ回路１５２のカウント値をリセットすると共に、ランプ回路１４０は所定の判定レベルＶｓを最大レベルに持つ判定用ランプ信号の出力を開始する。Ｓ信号の信号レベルが判定レベルＶｓ以上（閾値以上）であれば（Ｓ≧Ｖｓ）、比較部１５１の出力は反転しないため、時刻ｔ１６でレベル判定期間が終了するまでカウント値が増え続ける。これに対し、Ｓ信号の信号レベルが判定レベルＶｓより小さければ（閾値未満）（Ｓ＜Ｖｓ）、例えば時刻ｔ１５で比較部１５１の出力が反転するため、カウント値の増加が終了する。このように、カウンタ・ラッチ回路１５２のカウント値により、信号処理回路１７０では、Ｓ信号の信号レベルが判定レベルＶｓ以上か未満かを判断することができる。なお、カウンタ・ラッチ回路１５２のカウント値をリセットするタイミングを、ランプ回路１４０の出力が判定レベルＶｓに安定した時点とし、Ｓ信号の信号レベルが判定レベルＶｓより小さい（Ｓ＜Ｖｓ）場合に、カウント値が０となるように制御してもよい。
【００２８】
Ｓ信号の信号レベルが判定レベルＶｓよりも小さい場合は、時刻ｔ１７から、Ｎ信号と同じ第一のランプ信号ＶＲＡＭＰ（小）を用いてＳ信号のＡＤ変換を行う。これにより、図３に示す例では、時刻ｔ１７から時刻ｔ１８の間のカウント値が得られる。一方、Ｓ信号の信号レベルが判定レベルＶｓ以上である場合は、第一のランプ信号ＶＲＡＭＰ（小）よりもスロープがα倍の第二のランプ信号ＶＲＡＭＰ（大）（第二の参照信号）を用いて、Ｓ信号のＡＤ変換を行う。これにより、図３に示す例では、時刻ｔ１７から時刻ｔ１９の間のカウント値が得られる。
【００２９】
図４は、出力レベルに応じて傾きの異なるランプ信号を用いる場合の、出力信号の信号レベルとＡＤ変換結果との関係を示す図である。図４の横軸は列アンプ群１３０の出力信号レベルを示し、縦軸はＳ信号のＡＤ変換後のデジタル値を示している。実線は、比較部１５１及びカウンタ・ラッチ回路１５２でＡＤ変換され、水平転送回路１６０を経て、信号処理回路１７０に入力されるデジタル値（ＡＤ変換値）を表している。上述したように、判定レベルＶｓより信号レベルが小さいＳ信号は第一のランプ信号ＶＲＡＭＰ（小）を用いて、また、判定レベルＶｓ以上の信号レベルを持つＳ信号は第二のランプ信号ＶＲＡＭＰ（大）を用いてＡＤ変換される。そのため、図４に示すように、判定レベルＶｓの前後で、ＡＤ変換後のＳ信号の整合が取れていないことになる。
【００３０】
そのため、信号レベルが判定レベルＶｓ以上のＳ信号のＡＤ変換値に対しては、まず、信号処理回路１７０にて、第一のランプ信号ＶＲＡＭＰ（小）と第二のランプ信号ＶＲＡＭＰ（大）の傾きの比αを乗算する。更に、判定レベルＶｓで段差が無くなるようにオフセット量βを加算することで（式（１））、入射光量に応じた画素信号の信号レベルとＡＤ変換値が一次的な関係になるように補正を行う。
【００３１】
（第一のランプ信号相当のＡＤ変換値）
＝α×（第二のランプ信号で得られたＡＤ変換値）＋β      …（１）
上述した補正を行わない状態で、有効画素の映像を出力すると、ある輝度で段差が残ったような違和感のある映像となってしまう。この補正に用いる補正値は、撮像素子の温度、撮像素子の駆動タイミング（列アンプ群１３０のゲインや動作状態等）、駆動設定（電源設定等）によって変化が生じるため、画像取得直前か、または定期的な補正値の取得が必要である。
【００３２】
次に、第一のランプ信号ＶＲＡＭＰ（小）と第二のランプ信号ＶＲＡＭＰ（大）の傾きの比αと、オフセット量βを算出する処理の一例について説明する。
【００３３】
図５は、画素部１１０の構成例を示している。画素構成として、最も上部にフォトダイオードを持たないダミー画素領域を配置し、順に、遮光されたオプティカルブラック（ＯＢ）画素領域、光電変換して得られた信号を出力する有効画素領域を配している。第１の実施形態では、ダミー画素の画素信号を、傾きの比αとオフセット量βを算出するために使用する。ここでは、ダミー画素の画素信号読み出し期間に、定電圧回路４００から固定電圧を入力し、列アンプ群１３０から比較部１５１に入力される電圧がある固定電圧になるように制御する。なお、第１の実施形態においては、固定電圧として、電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３を用いる。
【００３４】
ダミー画素の読み出し期間におけるＡＤ変換処理について、図６を参照して説明する。まず、図６Ａに示すように、固定電圧Ｖ１をＡＤ変換する。なお、図３で説明した処理とは異なり、Ｎ信号をＡＤ変換するための期間は設ける必要がない。図６Ａに示すように、レベル判定期間のランプ回路１４０から出力されるランプ信号ＶＲＡＭＰを最小値ＶＲＡＭＰ（MIN）とすることで、傾きが大きい第二のランプ信号ＶＲＡＭＰ（大）で固定電圧Ｖ１をＡＤ変換する。ＡＤ変換した結果をＴ１とする。
【００３５】
続いて、図６Ｂに示すように、固定電圧Ｖ１よりも大きい固定電圧Ｖ２をＡＤ変換する。ここで、固定電圧Ｖ２は判定レベルＶｓと同じ電圧とするとよい。図６Ｂにおいても、レベル判定期間のランプ信号ＶＲＡＭＰを最小値ＶＲＡＭＰ（MIN）とすることで、傾きが大きい第二のランプ信号ＶＲＡＭＰ（大）で固定電圧Ｖ２をＡＤ変換する。ＡＤ変換した結果をＴ２とする。
【００３６】
同様に、図６Ｃに示すように、固定電圧Ｖ２よりも大きい固定電圧Ｖ３（高レベルのアナログ信号）をＡＤ変換する。図６Ｃにおいても、レベル判定期間のランプ信号ＶＲＡＭＰを最小値ＶＲＡＭＰ（MIN）とすることで、傾きが大きい第二のランプ信号ＶＲＡＭＰ（大）で固定電圧Ｖ３をＡＤ変換する。ＡＤ変換した結果をＴ３とする。
【００３７】
続いて、図６Ｄに示すように、固定電圧Ｖ１をＡＤ変換する。図６Ｄでは、レベル判定期間のランプ信号ＶＲＡＭＰを最大値ＶＲＡＭＰ（MAX）まで上げることで、傾きが小さい第一のランプ信号ＶＲＡＭＰ（小）で固定電圧Ｖ１のＡＤ変換を行う。ＡＤ変換した結果をＴ４とする。
【００３８】
最後に図６Ｅに示すように、固定電圧Ｖ２をＡＤ変換する。図６Ｅにおいても、レベル判定期間のランプ信号ＶＲＡＭＰを最大値ＶＲＡＭＰ（MAX）まで上げることで、傾きが小さい第一のランプ信号ＶＲＡＭＰ（小）で固定電圧Ｖ２のＡＤ変換を行う。ＡＤ変換した結果をＴ５とする。
【００３９】
これらは、横軸に入力電圧として固定電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、縦軸にＡＤ変換値をとると、図７のように表される。第二のランプ信号ＶＲＡＭＰ（大）を用いて固定電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３に対するＡＤ変換値を取得し、第一のランプ信号ＶＲＡＭＰ（小）を用いて固定電圧Ｖ１、Ｖ２に対するＡＤ変換値を取得する。
【００４０】
上述したようにして求めたＴ１〜Ｔ４の５点の座標から、傾きの比αと、オフセット量βを以下のようにして求める。
【００４１】
まず、傾きの比αは、第二のランプ信号ＶＲＡＭＰ（大）の幅の広い２点（図７のＰ１、Ｐ３）と、第一のランプ信号ＶＲＡＭＰ（小）の幅の広い２点（図７のＰ４、Ｐ５）との比から計算する。例えば、次の式（２）で求める。
【００４２】
0006643919.tif 000002
【００４３】
次に、オフセット量βは、判定レベルＶｓである固定電圧Ｖ２を参照電圧として用いる２点（図７のＰ２、Ｐ５）を基準に算出する。例えば、次の式（３）で求められる。
【００４４】
0006643919.tif 000003
【００４５】
上記補正値α、βの算出は、撮像素子１の内部で行っても良いし、画像処理部２で行っても良い。
【００４６】
式（２）については、傾きの比αを算出する際に、第二のランプ信号ＶＲＡＭＰ（大）で変換した固定電圧Ｖ１とＶ３のＡＤ変換値であるＴ１、Ｔ３を用いているため、例えば固定電圧Ｖ１とＶ２などを用いる場合よりも補正精度が良くなる。固定電圧Ｖ１とＶ２を用いて傾きを算出した場合、固定電圧Ｖ２のＡＤ変換時にΔＶの誤差があった場合、算出した傾きの誤差はΔＶ／（Ｖ２−Ｖ１）である。一方、固定電圧Ｖ１とＶ３を用いて傾きを算出した場合、固定電圧Ｖ３のＡＤ変換時にΔＶの誤差があった場合、算出した傾きの誤差はΔＶ／（Ｖ３−Ｖ１）となる。Ｖ３はＶ２よりも大きいため、ΔＶ／（Ｖ２−Ｖ１）よりも、ΔＶ／（Ｖ３−Ｖ１）の方が小さくなる。ここでいう誤差とは、ＡＤ変換時のノイズや、非線形性で生じる誤差である。補正誤差を低減することで、補正後の出力データのレベルのばらつきを抑えることができる。
【００４７】
また、式（３）については、オフセット量βを求める際に、Ｐ２、Ｐ５の２点を基にしている。そのため、他の点を基に計算した場合よりも、入力電圧が判定レベルＶｓ前後で、第一のランプ信号ＶＲＡＭＰ（小）のＡＤ変換値と、第二のランプ信号ＶＲＡＭＰ（大）のＡＤ変換値に補正値をかけたものとの差が、小さくなる。つまり、入射光量が変化し、ランプ信号が切り替わった際のＡＤ変換値のずれが小さくなる。
【００４８】
また、本実施形態では、入力した画素信号の信号レベルに応じて異なる傾きを有するランプ信号を切り替えて用いるため、１種類のランプ信号を用いてＡＤ変換した場合よりも、適正なダイナミックレンジを確保できる。例えば、１種類のランプ信号を用いてＡＤ変換した場合、得られた画像全体のＡＤ変換値が想定よりも小さくなり、ＡＤ変換後のダイナミックレンジが狭くなってしまう、といったことを防ぐことができる。逆に、画像が明るく、ＡＤ変換値が想定よりも大きくなり、ＡＤ変換値がダイナミックレンジをオーバーしてしまう、といったことを防ぐことができる。
【００４９】
上記の通り本第１の実施形態によれば、傾きの異なる複数のランプ信号を切り替えてＡＤ変換する場合に、ＡＤ変換値を補正するための補正値の傾きの誤差を低減するとともに、判定レベルＶｓ前後でのＡＤ変換値のずれを小さくすることができる。
【００５０】
＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態では、第一の補正値生成方法と、第二の補正値生成方法の２つの補正値生成方法を用いる例について説明する。第一の補正値生成方法は、第１の実施形態において説明した式（２）、式（３）を用いた方法であるので、ここでは説明を省略する。
【００５１】
以下、第二の補正値生成方法について、図７を用いて説明する。まず傾きの比αを、判定レベルＶｓと同じレベルの固定電圧Ｖ２をＡＤ変換して取得した２点（Ｐ２、Ｐ５）と、固定電圧Ｖ２よりも小さい固定電圧Ｖ１を用いて取得した２点（Ｐ１、Ｐ４）を使って求める。例えば、次の式（４）で求める。
【００５２】
0006643919.tif 000004
【００５３】
次に、オフセット量βも、上記傾きの比αと同様の４点（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ４、Ｐ５）を使って算出する。例えば、次の式（５）で求める。
【００５４】
0006643919.tif 000005
【００５５】
図８は、第２の実施形態における補正値生成方法の切り替え処理のフローチャートを示す。Ｓ１では、第一の撮影モードであるか否かを判断する。第一の撮影モードは、列アンプ群１３０により増幅された画素信号が判定レベルＶｓ以上の場合に第二のランプ信号ＶＲＡＭＰ（大）を使用し、画素信号が判定レベルＶｓ未満の場合に第一のランプ信号ＶＲＡＭＰ（小）を使用するモードである。第二の撮影モードは、画素信号が判定レベルＶｓ以上の場合に第二のランプ信号ＶＲＡＭＰ（大）を使用し、画素信号が判定レベルＶｓ未満の場合に第一のランプ信号ＶＲＡＭＰ（小）と第二のランプ信号ＶＲＡＭＰ（大）とを切り替えて使用するモードである。
【００５６】
第一の撮影モードと、第二の撮影モードは、例えば、不図示の表示部に表示されたメニュー画面から、ユーザが選択することにより設定される。なお、本発明はこれらの例に限られるものではなく、任意の条件に応じて、自動的に設定されるようにしても良い。また、第二の撮影モードでは、適切な補正値が算出できた場合（例えば、算出した補正値の信頼性が所定の信頼性よりも高い場合）に、第一のランプ信号ＶＲＡＭＰ（小）を用いてＡＤ変換を行う。そして、適切な補正値が算出できない場合（例えば、算出した補正値の信頼性が所定の信頼性以下の場合）に、第二のランプ信号ＶＲＡＭＰ（大）を用いてＡＤ変換を行う。
【００５７】
ここで、適切な補正値が算出できない場合の一例として、列アンプ群１３０のゲインが変更されてから予め決められた期間が考えられる。ゲインが変更されてからしばらくの間は、同じ入射光量に対する画素信号のＡＤ変換値が、変更前から変化してしまい、適切な補正値を算出することができない。そのような場合に、列アンプ群１３０の出力信号が判定レベルＶｓ未満の場合にも第二のランプ信号ＶＲＡＭＰ（大）を用いてＡＤ変換を行う。この場合、列アンプ群１３０の出力信号の大きさに関わらず、第二のランプ信号ＶＲＡＭＰ（大）を用いてＡＤ変換を行うことになるため、ＡＤ変換値を補正する必要が無くなる。
【００５８】
Ｓ１で、第一の撮影モードであると判断された場合は、Ｓ２に進む。Ｓ２では、第一の補正値生成方法を用いて、ＡＤ変換時の補正値を生成する。
【００５９】
一方、Ｓ１で第二の撮影モードであると判断された場合は、Ｓ３に進む。Ｓ３では、第二の補正値生成方法を用いてＡＤ変換時の補正値を生成する。
【００６０】
例えばＳ２においては、第一の撮影モードであるため、第一のランプ信号ＶＲＡＭＰ（小）と第二のランプ信号ＶＲＡＭＰ（大）とを切り替えるのは画素信号が判定レベルＶｓをまたぐ場合のみである。このとき、第一の補正値生成方法により、判定レベルＶｓ付近でＡＤ変換値が一致するように補正されるため（図９（ｂ））、ランプ信号の切り替え時に生じるレベル差は最小限に抑えられる。またランプ信号の傾きの比を、幅広い入射光量を元に算出しているため、ノイズや非線形性の影響を最小限に抑えられる。
【００６１】
一方、Ｓ３においては、画素信号が判定レベルＶｓ未満の場合は、どの信号レベルであっても、第一のランプ信号ＶＲＡＭＰ（小）と第二のランプ信号ＶＲＡＭＰ（大）を切り替えられる可能性がある。そのとき、第二の補正値生成方法により、判定レベルＶｓ未満の画素信号に対して、信号レベルが小さい場合と大きい場合の２点で、ＡＤ変換値が一致するように補正される（図９（ａ））。そのため、画素信号が判定レベルＶｓ未満のどこでランプ信号の切替が発生しても、そのときに生じるレベル差を最小限に抑えることができる。
【００６２】
上記の通り第２の実施形態においては、２つの補正値生成方法を状況によって使い分けることで、好適な撮影を実現することが可能となる。
【００６３】
なお、上述した第１及び第２の実施形態では、１つの判定レベルＶｓに応じて、第一のランプ信号ＶＲＡＭＰ（小）または第二のランプ信号ＶＲＡＭＰ（大）のいずれかを選択するものとして説明した。しかしながら、本発明はこれに限るものではなく、複数の判定レベルを設定して、３種類以上のランプ信号から選択できるようにしてもよい。
【００６４】
以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。上述の実施形態の一部を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００６５】
１：撮像素子、２：画像処理部、１４０：ランプ回路、１５０：列アナログデジタル変換器群、１５１：比較部、１５２：カウンタ・ラッチ回路、１７０：信号処理回路、３００：コントローラ回路、４００：定電圧回路
【図１】
0006643919.tif 000006
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
0006643919.tif 000012
【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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