(57)【要約】【課題】従来の光電変換装置では、撮像特性を損なうことなく、ダイナミックレンジを広げることができなかった。【解決手段】光電変換部と、前記光電変換部のリセット用トランジスタと、前記光電変換部と接続される増幅用トランジスタとを有する画素部を複数配置した光電変換装置であって、前記画素部は、前記増幅トランジスタのゲートに対して前記光電変換部と並列に接続される容量素子と、前記容量素子と前記ゲートとの間に配置されるスイッチ素子とを更に備え、前記スイッチ素子の動作を制御するための情報を格納するメモリ部と、前記メモリ部に格納された前記情報により前記スイッチ素子の動作を制御するとともに、前記画素部から画素値を読出すための水平回路と、前記メモリに格納された情報に基づいて前記読出された画素値を補正して出力する補正回路とを備える。【選択図】図２
2004336565.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換部と、前記光電変換部のリセット用トランジスタと、前記光電変換部と接続される増幅用トランジスタとを有する画素部を複数配置した光電変換装置であって、
前記画素部は、
前記増幅トランジスタのゲートに対して前記光電変換部と並列に接続される容量素子と、
前記容量素子と前記ゲートとの間に配置されるスイッチ素子と、
を更に備え、
前記スイッチ素子の動作を制御するための情報を格納するメモリ部と、
前記メモリ部に格納された前記情報により前記スイッチ素子の動作を制御するとともに、前記画素部から画素値を読出すための水平回路と、
前記メモリに格納された情報に基づいて前記読出された画素値を補正して出力する補正回路と
を備えることを特徴とする光電変換装置。
【請求項２】
前記読出された画素値と所定の基準電圧とを比較する比較部を更に備え、
前記読出された画素値が前記所定の基準電圧以上の場合に、前記メモリ部に格納される情報が第１の情報により更新され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】
前記読出された画素値と所定の基準電圧とを比較する比較部を更に備え、
前記読出された画素値が前記所定の基準電圧未満の場合に、前記メモリ部に格納される情報が第２の情報により更新され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４】
前記メモリ部に前記第１の情報が格納されている場合に、前記水平回路は、前記容量素子が前記ゲートと接続されるように前記スイッチ素子を制御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】
前記メモリ部に前記第２の情報が格納されている場合に、前記水平回路は、前記容量素子が前記ゲートと接続されないように前記スイッチ素子を制御することを特徴とする請求項３に記載の光電変換装置。
【請求項６】
前記補正回路は、前記メモリに格納されている情報が前記第１の情報の場合に、前記光電変換部の寄生容量と前記容量素子の静電容量とに基づいて、前記読出された画素値を補正することを特徴とする請求項２又は４に記載の光電変換装置。
【請求項７】
前記補正回路は、前記寄生容量をＣ１、前記静電容量をＣ２とした場合に、（Ｃ１＋Ｃ２）／Ｃ１を前記読出された画素値に乗ずることにより、前記画素値を補正することを特徴とする請求項６に記載の光電変換装置。
【請求項８】
前記補正回路は、前記メモリに格納された情報が、前記第２の情報の場合に、前記読出された画素値をそのまま出力することを特徴とする請求項３又は５に記載の光電変換装置。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の光電変換装置を搭載したデジタルカメラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、感度変更可能な画素回路を搭載し、広ダイナミックレンジにおいて撮像を可能とするイメージセンサ又は光電変換装置に関し、より具体的には、フレーム内の領域毎に感度制御を行う広ダイナミックレンジ光電変換装置に関連する。さらに、当該光電変換装置を利用したデジタルカメラに関連する。
【０００２】
【従来の技術】
ディジタルカメラに代表されるコンシューマアプリケーションでは、光量に対して出力が比例関係にある直線応答型の光電変換装置が広く用いられている。しかし、一般に光電変換装置単体の持つダイナミックレンジは、自然界の広範囲な明るさを持ったシーンを撮像対象とするのに対して十分なものではない。このため、汎用的なカメラシステムでは一般に、露光時間の制御（シャッター制御）、絞りの制御といった、フレーム間の大局的な感度制御を行ってセンサを撮像対象となるシーンに適応させている。
【０００３】
しかし、これら既存の制御はいずれも同一フレーム内の全ての画素に対して均一な制御である為、同一フレーム内に著しく明るいエリアと暗いエリアが混在するシーンに対しては十分に適応できない問題があった。このようなシーンは例えば、逆光下でのノンフラッシュ撮影や、トンネルの出入り口付近などに顕著にみてとることができる。
【０００４】
図１は一般的な直線応答型光電変換装置の入出力特性を示した図である。ここで、センサの光電変換素子が持つノイズで規定されるノイズフロア（ＮＦ）１０３から、センサの光電変換素子の等価静電容量で規定される飽和レベル（ＣＬＩＰ）１０１までが、撮像に使用可能な領域であり、１０４は、この撮像に使用可能な領域を入射光量において規定したものである。
【０００５】
従って、一般的な直線応答型光電変換装置を利用して撮像を行う場合には、入射光量が１０４の範囲を越えた場合には、出力電圧が飽和してしまい対象物を正確に捉えることが困難となる。
【０００６】
また、日常的な環境においては、同一フレーム内に著しく明るいエリアと暗いエリアが混在するシーンが数多く存在し、そのような環境で撮影を行う場合を以下に考える。
【０００７】
まず、最も明るいエリアが飽和レベル以下になるように制御を行った場合、明るいエリアで適切な露光条件を得ることができるが、同一フレーム中の暗いエリアがセンサのノイズフロア（ＮＦ）１０３以下になり、暗いエリアの画素情報がノイズレベルに埋もれてしまう。
【０００８】
一方、最も暗いエリアがノイズフロア（ＮＦ）以上となるように制御を行った場合は、同一フレーム中の最も明るいエリアが飽和レベル（ＣＬＩＰ）１０２以上となり、飽和レベル（ＣＬＩＰ）１０２を超える入射光量は、センサ出力の段階で全て同一の出力値に丸められてしまう。
【０００９】
従来の光電変換装置を用いた場合は、フレームを構成する全画素の輝度が、ノイズフロア（ＮＦ）１０３から飽和レベル（ＣＬＩＰ）１０２の間に入りきらない場合に適切な露光条件を設定することができない。光電変換装置部分において飽和または露光不足が生じて失われた情報は後ろの処理で戻すことはできない。
【００１０】
このような課題を解決する手段として、光電変換装置部分で対数変換を行う光電変換装置が提案されている。この対数変換型の光電変換装置では、非常に広いダイナミックレンジを得ることができるが、明るい領域でのＳ／Ｎが低下してしまうという問題がある。
【００１１】
また、直線応答型の光電変換装置で単体の光電変換装置が持つダイナミックレンジを越える広ダイナミックレンジ撮像を行うために、感度が異なる複数のカメラから同時に被写体を撮影しておき、後で複数の画像を組み合わせて処理することができる。このような感度の異なるセンサを作る為に、透過率の異なるフィルタを画素の前面に４画素一組で配置して広ダイナミックレンジを得るシステムが提案されている。
【００１２】
このシステムでは、光電変換装置自体に変更は必要ない。しかし物理的なフィルタが１枚必要となり、画素数が相対的に減少してしまうという問題がある。
【００１３】
また、感度を変える代わりに、１フレーム内で露光時間を変えた複数回の露光を行い、得られた複数の画像を用いて広ダイナミックレンジ画像を得る方式も提案されている（例えば、特許文献１を参照）。このシステムでは、画素によって撮影時刻が異なる為、動きボケが発生するといった問題がある。
【００１４】
【特許文献１】
特開２００２−７７７３７号公報。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来は光電変換装置の特性を損なうことなく、ダイナミックレンジを広げることができなかった。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明は、光電変換部と、前記光電変換部のリセット用トランジスタと、前記光電変換部と接続される増幅用トランジスタとを有する画素部を複数配置した光電変換装置であって、前記画素部は、前記増幅トランジスタのゲートに対して前記光電変換部と並列に接続される容量素子と、前記容量素子と前記ゲートとの間に配置されるスイッチ素子とを更に備え、前記スイッチ素子の動作を制御するための情報を格納するメモリ部と、前記メモリ部に格納された前記情報により前記スイッチ素子の動作を制御するとともに、前記画素部から画素値を読出すための水平回路と、前記メモリに格納された情報に基づいて前記読出された画素値を補正して出力する補正回路とを備える。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について添付する図面を参照して説明する。
【００１８】
【第１の実施形態】
図２は、本発明の実施形態に対応する光電変換装置による広ダイナミックレンジ撮像の原理を説明するための図である。
【００１９】
ここでは、被写体の輝度に応じて一つのフレーム内に複数種類の感度を持つ画素を混在させることにより、著しく明るいエリア、暗いエリアともにエリア毎（「エリア」の最小単位は「画素」である。）に露光が最適となるように制御を行う。
【００２０】
２０１は、本実施形態に対応する光電変換装置全体を表す。
【００２１】
２０２は感度を変更することが可能な画素回路（各画素の構成の詳細については後述する。）で構成されるアレイであって、外部から入力される設定値２１１（詳細は後述する）に基づいてエリア毎に複数種類の感度の中から一つの感度を設定することができる。
【００２２】
２０３は、垂直回路であり、画素値の読み出し時に画素回路内のスイッチ素子を選択することにより、有効な行のみを選択する。この回路は画素値の読み出し時に使用される。また、画素回路のリセット期間中にメモリ２０６の値にもとづいてアレイ２０２の各エリアの感度を設定する際にも用いられる。
【００２３】
２０４は、水平シフトレジスタとスイッチ素子から構成される水平回路であり、垂直回路２０３で選択された行の中からさらに読出すべき１画素を選択して、画素値２１０を出力する。また、画素回路のリセット期間中にメモリ２０６の値にもとづいてアレイ２０２の各エリアの感度を設定するためにも利用される。さらに、メモリ２０６に格納される感度設定値２１１を更新するために利用される。
【００２４】
２０５は、リセット部であって、露光を開始するタイミングであるリセット信号を作成し、アレイ２０２を構成する画素回路に対して入力する。
【００２５】
２０６は、アレイ２０２中の各エリア毎の感度設定値２１１を保持するためのＲＡＭである。ＲＡＭ２０６は、アレイ２０２に設定可能なエリア数と同数のメモリセルから構成され、各メモリセルは画素回路がとることができる感度の数に対応した深度を持つ。例えば画素回路が高感度、低感度の２種類の値をとる場合には各メモリセルは少なくとも”真”及び”偽”の２値（１ｂｉｔ）以上の深度を持つ。仮に画素回路が４種の値をとる場合、各メモリセルは少なくとも”真真”、”真偽”、”偽真”及び”偽偽”の４値（２ｂｉｔ）以上の深度を持つ。
【００２６】
２０８は、比較部であって、水平回路２０４から出力された画素値の電圧出力と、基準電位２０７とを比較して、次回の露光時に用いる当該エリアまたは当該画素の感度の状態を上げる、下げる、据え置く、のいずれかに決定し、ＲＡＭ２０６内の相当する値を更新する。
【００２７】
２０９は、感度設定値と画素値とを使用して、感度の異なる複数の画素の出力画素値を単一の感度を持つ仮想的な画素の入出力特性の直線上にマッピングし直して出力を行うための補正部である。補正部２０９については、後段でより詳細に説明する。
【００２８】
２１１は、メモリ２０６内に保持されている感度設定値であり、画素回路内のスイッチ素子の動作を制御するための情報として光電変換装置のエリア毎の感度を設定する際、及び、光電変換装置が出力する画素値を補正する際に使用される。
【００２９】
図８に光電変換装置の画素回路が高感度、低感度の２種類の値をとる場合の感度設定値２１１、基準電位２０７、画素値２１０及び補正後の輝度出力２１２の関係を示す。この例では、画素回路は１（高感度）と１／ｋ（低感度）なる二つの感度を取ることができ、感度設定値”偽”は画素回路の１（高感度）に相当し、感度設定値”真”は画素回路の１／ｋ（低感度）にそれぞれ相当するものとする。なお、感度を表すために利用するパラメータｋの値については後述する。
【００３０】
現在の画素値が基準電位よりも大きい時は、次回の感度設定値を”真”にすることで感度を低減させるか据え置く。同様に現在の画素値が基準電位よりも小さい時は、次回の感度設定値を”偽”にすることで感度を増加させるか据え置く。
【００３１】
補正を行う際には当該画素が露光されたときに使用された感度設定値が必要になる。感度設定値が”偽”であった場合には画素回路は感度１（高感度）を使用したことが分かるので画素値＝補正後輝度出力となる。同様に感度設定値が”真”であった場合には画素回路は感度１／ｋ（低感度）を使用した為、画素値×ｋ＝補正後輝度出力とする。
【００３２】
また、本実施形態においては、基準電位を、画素値が反転出力の場合（輝度が最低レベルにおいて出力電圧最大）に例えば電源電圧の約３０％、非反転出力の場合（輝度が最低レベルにおいて出力電圧最小）に例えば電源電圧の約７０％と設定することができる。より具体的には、電源電圧を３．３Ｖとすると、反転出力時の基準電位は約１．０Ｖ、非反転出力時の基準電位を２．３Ｖに設定することができる。
【００３３】
上記構成により、本実施形態における光電変換装置２０１は、各エリアの感度制御に関して、比較部２０８→ＲＡＭ２０６→アレイ２０２というフィードバックループが形成されることにより、エリア単位の露光条件が常に最適化される。
【００３４】
この感度制御の決定は、例えばデジタルスチルカメラにおいては、ＡＦ（  Ａｕｔｏ  ｆｏｃｕｓ  ）、ＡＥ（  Ａｕｔｏ  ｅｘｐｏｓｕｒｅ  ）動作の為のハーフシャッター期間に行ってもよいし、ビデオカメラにおいては１フレーム前に行ってもよい。
【００３５】
図３に本実施形態における画素回路の構成例を示す。
【００３６】
３０１は、増幅トランジスタのゲ−ト電極側にリセット電位を供給するリセットトランジスタである。３０２は、ソ−スフォロワ回路を構成する負荷トランジスタである。また、３０３は、選択的に画素内の信号を垂直出力線へ出力する選択トランジスタである。
【００３７】
図３において、３０４は、入射光を電気信号に変換する光電変換部としてのフォトダイオ−ド（ＰＤ）である。ここでＰＤ３０４への入射光の強度をＰで表すと、ＰＤ３０４に流れる光電流を数１に示す式によって表すことができる。尚、Ｃｃｏｎｓｔは定数である。
【００３８】
【数１】
Ｉｐ＝Ｐ・Ｃｃｏｎｓｔ
【００３９】
ＭＯＳ型光電変換装置の画素回路では、この電流Ｉｐが寄生容量Ｃ１で積分され電圧に変換された後、画素値として出力される。Ｃ１は、ＰＤ３０４が有する寄生容量を表す。
【００４０】
図３において、Ｑ１はリセット直後にＣ１に蓄えられている電荷量を示している。光電流Ｉｐの積分値がＱ１に達すると、光電変換装置の出力は飽和状態となり、それ以上の蓄積は進行しない。これが光電変換装置の光電変換素子の等価静電容量で規定される飽和レベルである。そこで、ＰＤの寄生容量のみを考慮した場合のトランジスタ３０２のゲート電位Ｖは数２のように表すことができる。
【数２】
2004336565.tif 000003
【００４１】
次に、寄生容量とは別個の容量素子を追加した場合を考える。Ｃ２は、トランジスタ３０２のゲートに対してＰＤ３０４と並列接続されるように追加された容量素子の静電容量を示し、ＳＷ３０５はＣ２をトランジスタ３０２のゲート線３０７と接続するためのスイッチ素子である。当該スイッチ素子はＣＭＯＳトランジスタで構成することができる。ここで、ＳＷ３０５を閉じることにより、容量Ｃ２（３０６）を接続した場合を考える。この時、リセット直後に容量たちに蓄えられる電荷はＱ１＋Ｑ２である。数２と同じ照明条件下では、光電流の積分値がＱ１＋Ｑ２に達するまで蓄積が継続される。つまり、新たに追加したＱ２に相当する電荷の分だけ光電変換装置の出力が飽和せずに蓄積を続けることが可能である。ここで容量Ｃ２（３０６）は画素回路内部に新たに加えた一つ、または複数の容量を代表して示している。この場合の、トランジスタ３０２のゲート電位Ｖは、数３のように表すことができる。
【数３】
2004336565.tif 000004
【００４２】
図３に示す構成では画素回路内の新たな追加容量Ｃ２と寄生容量Ｃ１との比によって複数の感度を持った画素を実現することができる。例えばＣ２＝Ｃ１×９となるようにＣ２を設定した場合、光強度で１０倍（２０ｄＢ）まで飽和することなく蓄積を継続することができる。
【００４３】
即ち、上記感度を表すためのパラメータｋはｋ＝（Ｃ１＋Ｃ２）／Ｃ１で表すことができる。
【００４４】
図４はこの時の画素回路の入出力特性例を示している。光電変換装置のノイズフロア（ＮＦ）４０３をこえる出力電圧を得る為の光量は１０倍となるが画素回路の感度が１／１０となる為、入射光量のパワーが強い画素の読み出しに適している。
【００４５】
本実施形態では、光電変換装置から出力される画素値を補正して連続的な広ダイナミックレンジの画像情報を得る際に、光電変換装置から直接出力される画素値（図２の画素値２１０）と、その画素が露光されたときの感度の設定値（図２の感度設定値２１１）によって決まる定数の乗算をおこなう。
【００４６】
例えば、その画素が光電変換素子の寄生容量（Ｃ１）のみで蓄積を行った場合には１を掛け、その画素が光電変換素子の寄生容量に加えて新たな追加容量（Ｃ２）を加えて蓄積を行った場合にはｋ（（Ｃ１＋Ｃ２）／Ｃ１）をかける。
【００４７】
図５は、光電変換装置から出力される画素値を補正して連続的な広ダイナミックレンジの画像情報を得る為の回路の構成の一例を示す図である。
【００４８】
２０９は補正回路の全体を示す。５０１は、撮影時の感度設定値２１１に応じて一意に定まる定数値５０３を出力する電圧発生部である。５０２は乗算器であって、光電変換装置から直接出力された画素値２１０と、電圧発生部５０１から出力される電圧値５０３との乗算を行うことにより、光電変換装置が出力する画素値を補正し、連続的な広ダイナミックレンジの画像情報を出力する。
【００４９】
補正時には、光電変換装置から直接出力される画素値と、その画素が露光されたときの感度の設定値によって決まる定数の乗算をおこなうことで終了する。しかし、光電変換装置のフレームを構成する画素の製作時の欠陥などが原因で、Ｃ１とＣ２の値を均一に保つことができない場合、補正後の結果画像にノイズとなって現れる。全画素の全感度設定値に対して予めｋ（（Ｃ１＋Ｃ２）／Ｃ１）をキャリブレーション値として図５のキャリブレーション部５０１に格納し、この値と光電変換装置から直接出力される画素値の乗算を行うことで、Ｃ１とＣ２の値のばらつきによる影響を排除することができる。
【００５０】
このように、本実施形態に対応する光電変換装置は、被写体の輝度に応じて一つのフレーム内に複数種類の感度を持つ画素を混在させることにより、同一フレーム内の著しく明るいエリア、暗いエリアともに露光が最適となるように制御を行い、光電変換装置から出力される画像のダイナミックレンジを拡大するものである。
【００５１】
また、画素回路の感度そのものをアクティブに制御する為、一度の露光で広ダイナミックレンジ画像を得ることができる。フレームを構成する全ての画素が均一な蓄積時間を持つため、動物体を含むシーンを対象とする場合にも動きボケを生じない。
【００５２】
さらに、画素アレイの領域毎または、画素毎の感度設定値を保持する為のメモリをオンチップで搭載している。
【００５３】
汎用のＣＭＯＳプロセスで一般的に使用される回路部品のみで構成可能な為、光電変換装置と同一チップ上に、（画素値出力と基準電位を比較して感度設定値を決定するための）比較回路をオンチップで搭載することができる。同様に（センサの画素値出力と露光時の感度設定値をもとにして）画素値の補正を行う回路をオンチップで搭載することができる。これら回路をオンチップで搭載した場合、チップの出力ピン数の削減及びシステム全体の統合性の向上が達成でき、装置全体の小型、軽量化及び消費電力の削減が達成できる。
【００５４】
複数の感度を持つ画素を一枚の撮像面上に統合することができる為、複数台のカメラの出力を光電変換装置外部で統合処理するシステムや光電変換装置の前面に透過率の異なるフィルタを配置して光電変換装置の外部で統合処理を行うといった既存の広ダイナミックレンジ撮像システムと比べて、小型化、軽量化及び低消費電力化が可能である。
【００５５】
さらに、本実施形態に対応する光電変換装置は、感度を変更可能な画素回路は外部からの制御が容易で、かつ小規模なハードウェアに実装できることを目的として、ＭＯＳ型光電変換装置の画素内に新たに設けた一つのまたは複数の容量をスイッチ素子により光電変換素子と並列に接続するか否かによって感度の変更を行う方式にしたため、ロバストな制御が可能である。光電変換素子が持つ静電容量と画素内に新たに設けた容量との比によって拡大されるダイナミックレンジの範囲が決定される。
【００５６】
また、本実施形態に対応する光電変換装置では、１回の露光で得られるフレーム内に著しく明るいエリアと暗いエリアが混在する場合に、両エリアともに適切な露光が得られる。さらに、光電変換装置の前面に光学的な特殊なフィルタを使用せずダイナミックレンジを拡大することができる。
【００５７】
また、単一の光電変換装置出力のみを使用し、フレーム内の全画素が単一の露光時間を持つようにし、動きボケを生じさせずにダイナミックレンジを拡大することができる。
【００５８】
【第２の実施形態】
上記第１の実施形態では画素回路内に単一の追加容量が配置される場合について説明したが、本実施形態では、画素回路内に複数の追加容量を含む場合について説明する。
【００５９】
図６に画素回路に２つ以上の追加容量を含む場合の補正の一例を示す。この例では、画素回路の内部にＣＡ、ＣＢの２つの追加容量がある。ＣＡがＯＮの時には感度設定Ａが、ＣＢがＯＮの時には感度設定Ｂがそれぞれ”真”であるとする。
【００６０】
ここで、画素回路内部の追加容量が、
ＣＡ  ＝  Ｃ１  （但し、Ｃ１は光電変換素子が持つ寄生容量）
ＣＢ  ＝  ２Ｃ１  （但し、Ｃ１は光電変換素子が持つ寄生容量）
の関係にあった場合、図９に示す値が補正時の乗算用の定数（ｋ）となる。
【００６１】
本実施形態では、画素回路内部の追加容量の数を増やすことで、よりきめ細かな感度制御を実現することができる。
【００６２】
【第３の実施形態】
輝度値の再構成を行う際の乗算誤差の低減と、ノイズに対する強度を増すためには、上記第１及び第２の実施形態における図５の乗算器５０２をディジタル方式の乗算回路７０２に置き換えることが有効であると考えられる。
【００６３】
そこで、図７にディジタル乗算回路を用いる際の再構成回路の構成を示す。図７の符号発生部７０１）は撮影時の感度設定値２１１に応じて一意に定まる定数値７０３を出力する。Ａ／Ｄ変換器７０４はイメージセンサから直接出力された画素値２１０に応じて一意に定まる符号７０５を出力する。
【００６４】
図７の乗算回路はＡ／Ｄ変換器７０４が出力する符号７０５と、符号発生部７０１が出力する値７０３との乗算を行うことにより、イメージセンサが出力する画素値を補正し、連続的な広ダイナミックレンジの画像情報２１２を出力することができる。
【００６５】
【第４の実施形態】
上記第１から第４の実施形態において記載した本発明の光電変換装置を用いたディジタルカメラについて、図１０を参照して説明する。本実施形態に対応するデジタルカメラは、デジタルスチルカメラであっても、デジタルビデオカメラであっても良い。
【００６６】
図１０において、１００１は被写体の光学像を撮像素子１００４上に結像させるためのレンズ、１００２はレンズを通った後の光量を低減するための絞り、１００３は撮像素子１００４の露光時間を決めるためのメカニカル方式のシャッター、１００４は上記第１乃至第３の実施形態で説明した光電変換装置に対応してレンズ１００１により結像した被写体の光学像を電気信号として取り込むための撮像素子である。
【００６７】
１００５は撮像素子１００４より出力される電気信号を後段の映像信号変換器１００６に適切な入力レベルに変換するためのゲインが可変の増幅器、１００６は撮像素子１００４から可変増幅器１００５を通って出力される電気信号をさらに変換して後段のカメラ制御部１００７で扱うための前処理（電気信号中に含まれるノイズ成分と信号成分の分離やＡ／Ｄ変換、Ｄ／Ａ変換、シリアル−パラレル変換等が含まれる）を行うための映像信号変換部である。
【００６８】
１００７はディジタルカメラ全体の制御を行うカメラ制御部、１００８は撮像した映像を操作者に提示するための液晶ディスプレイ等の表示部、１００９はタイミング制御部１０１０の出力により駆動されメカニカル制御が必要な１００２絞りおよび１００３シャッターの駆動を行うための光学素子制御部、１０１０はカメラ制御部１００７の出力により駆動され１００１レンズ、１００２絞り、１００３シャッター、１００４撮像素子、１００５可変増幅器及び１００６映像信号変換器を同期して制御するためのタイミング制御部、１０１１は画像データを一時的かつ高速に読み書きする一時記憶部、１０１２は不揮発メモリ等を読み書きするためのメモリ制御部、１０１３はディジタルカメラに着脱可能な半導体不揮発メモリ等の着脱可能メモリ、１０１４はテレビモニタ又はコンピュータ等に映像を出力するための出力部である。
【００６９】
次に、前述の構成における撮影時のデジタルカメラの動作について説明する。撮像を行う際には１００２絞り、１００３シャッター、１００４撮像素子の感度、１００５可変増幅器の増幅率が全て初期値に設定される。この状態で撮像素子予備露光が行われ１００７カメラ制御部はこの予備露光により得られた映像信号を元に適切な露出を計算する。
【００７０】
そして得られた露光条件をタイミング制御部１０１０及び１００９光学素子制御部を介して書く素子にフィードバックし、本露光を開始する。本露光により撮像素子１００４で得られた映像信号は可変増幅器１００５、映像信号変換器１００６及びカメラ制御部１００７を経由していったん一時記憶部１０１１に記録されると同時に表示部１００８に出力される。
【００７１】
その後、一時記憶部１０１１に蓄積されたデータは、カメラ制御部１００７の制御によりメモリ制御部１０１２を通り半導体メモリ等の着脱可能な不揮発メモリ１０１３に記録される。また、出力部１０１４を通りテレビモニタ又はコンピュータ等に入力して画像の表示を行ってもよい。
【００７２】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、入射光量と出力電圧が比例関係にあるリニアな光電変換装置においてもダイナミックレンジを拡大することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の光電変換装置における入出力特性を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に対応する光電変換装置の構成の一例を示した図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に対応する画素回路の構成の一例を説明した図である。
【図４】本発明の第１の実施形態に対応する光電変換装置における入出力特性を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施形態に対応する画素値の補正回路の構成の一例を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施形態に対応する画素回路の構成の一例を示す図である。
【図７】本発明の第３の実施形態に対応する画素値の補正回路の構成の一例を示す図である。
【図８】本発明の第１の実施形態に対応した、画素値と感度設定値との関係を示す表である。
【図９】本発明の第２の実施形態に対応した、画素値と感度設定値との関係を示す表である。
【図１０】本発明の第４の実施形態に対応したデジタルカメラの構成の一例を示す図である。
【図１】
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【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６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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