(57)【要約】  撮像装置１に、入射光を電気信号に線形変換する線形変換動作と対数変換する対数変換動作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４と、撮像素子４又はその近傍の温度を検出する温度検出器１２と、撮像素子４が出力する電気信号に対して信号処理を行う信号処理部１３とを備え、信号処理部１３は、前記温度の変化に起因して撮像素子４の入出力特性が変動する場合に、撮像素子４から出力される電気信号の変動補正を行う変動補正部１４と、対数変換動作又は線形変換動作の一方の変換動作に由来の電気信号を、他方の変換動作に由来の状態にする線形化部１５とを設ける。【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を電気信号に線形変換する線形変換動作と、入射光を対数変換する対数変換動作とを入射光量に基づいて切り換える画素を複数個有する撮像素子と、
前記撮像素子又はその近傍の温度を検出する温度検出器と、
検出された温度に基づいて、前記撮像素子から対数変換されて出力される電気信号を基準電気信号に補正する補正部と、
補正部で補正された電気信号を、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、
を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記基準電気信号は、所定温度において前記撮像素子から対数変換されて出力される電気信号であることを特徴とする請求の範囲第１項記載の撮像装置。
【請求項３】
前記変換部は、補正部で補正された電気信号を、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するルックアップテーブルを備えることを特徴とする請求の範囲第１項記載の撮像装置。
【請求項４】
前記補正部は、前記温度検出器で検出された温度に基づいて補正係数を導出する係数導出部と、前記電気信号に前記補正係数を用いた演算をすることにより補正を行う演算処理部とを備えることを特徴とする請求の範囲第１項記載の撮像装置。
【請求項５】
前記係数導出部は前記温度検出器で検出された温度に基づいて補正係数を演算して求めることを特徴とする請求の範囲第４項記載の撮像装置。
【請求項６】
前記係数導出部は前記温度検出器で検出された温度の入力により補正係数を導出するルックアップテーブルを備えることを特徴とする請求の範囲第４項記載の撮像装置。
【請求項７】
前記変換部は前記複数の画素に対応づけて設けられていることを特徴とする請求の範囲第１項記載の撮像装置。
【請求項８】
前記補正部は前記複数の画素に対応づけて設けられていることを特徴とする請求の範囲第１項記載の撮像装置。
【請求項９】
前記撮像素子において線形変換動作と対数変換動作とが切り換えられる変曲点における出力信号値を導出する変曲信号導出部を備え、
前記変換部は、前記撮像素子の出力信号値が前記変曲点における出力信号値よりも大きい場合にのみ変換を行うことを特徴とする請求の範囲第１項記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記変曲信号導出部は、前記温度検出器で検出された温度に基づいて変曲点における出力信号値を導出する演算器を備えることを特徴とする請求の範囲第９項記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記変曲信号導出部は、前記温度検出器で検出された温度の入力により変曲点における出力信号値を導出するルックアップテーブルを備えることを特徴とする請求の範囲第９項記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
従来、デジタルカメラなどの撮像装置には、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。また近年では、入射光量に基づいて入射光を電気信号に線形変換する線形変換動作と対数変換する対数変換動作とを切り換える撮像素子（リニアログ変換型センサ）が提案されている。このリニアログ変換型センサによれば、線形変換動作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も全輝度情報を電気信号で表現することができる。【０００３】
しかし、リニアログ変換型センサの出力には対数変換動作由来の電気信号と線形変換動作由来の電気信号が含まれるため、演算処理が複雑になるという問題があった。そこで、対数変換動作由来の電気信号を線形変換動作由来の状態に変換するか、或いは線形変換動作由来の電気信号を対数変換動作由来の状態に変換する特性変換を行う信号処理部を設けて、電気信号全体を線形変換動作由来又は対数変換動作由来の状態に統一して電気信号の処理を容易化する撮像装置が提案されている。【０００４】
また、リニアログ変換型センサの入出力特性は、撮像素子又はその近傍の温度変化に起因して変動するという特性を有する。そこで、このような温度変化が撮像素子の入出力特性に影響しないように、対数変換動作由来の電気信号を線形変換動作由来の電気信号に変換する特性変換を演算によって実現し、雰囲気温度の変化に応じて演算内容を変化させることによって、電気信号の入出力特性のばらつきを補正することで、撮像素子の入出力特性の変動補正を行う撮像装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−３５６８６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の撮像装置における変動補正は、指数演算を含む複雑な演算処理のみによって実現されていたため、ハードウェアによる回路化は困難であった。【０００６】
また、特許文献１に記載の撮像装置では、撮像素子の画素間で電気信号の入出力特性にばらつきがあった場合、画素ごとに入出力特性のばらつきを補正することができなかった。【０００７】
本発明の課題は、撮像素子の入出力特性に対する撮像素子の温度変化の影響を低減し、電気信号を正確に線形変換動作又は対数変換動作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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、撮像装置であって、入射光を電気信号に線形変換する線形変換動作と入射光を対数変換する対数変換動作とを入射光量に基づいて切り換える画素を複数個有する撮像素子と、前記撮像素子又はその近傍の温度を検出する温度検出器と、検出された温度に基づいて、前記撮像素子から対数変換されて出力される電気信号を基準電気信号に補正する補正部と、補正部で補正された電気信号を、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、を有する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、撮像素子又はその近傍の温度変化に起因して撮像素子の入出力特性が変動する場合に、撮像素子が出力する電気信号の変動補正を行うので、電気信号から温度変化に影響される成分を除去することができる。したがって、特性変換によって電気信号を正確に線形変換動作由来の状態に統一することが可能となることである。【００１０】
さらに、本発明によれば、撮像素子又はその近傍の温度変化があった場合でも、特性の変換により電気信号を正確に線形変換動作由来の状態に統一することが可能となることである。【００１１】
本発明の他の効果は、ルックアップテーブルにより変換を実現するので、演算によって変換を行う場合と比較して、変換部の構成を簡素化するとともに、変換の処理を高速化することができることである。【００１２】
本発明の他の効果は、演算によって補正係数を導出するので、ルックアップテーブルで導出する場合と比較して係数導出部の回路規模を縮小化することが可能となることである。【００１３】
本発明の他の効果は、温度の入力により演算に用いる係数をルックアップテーブルで導出するため、温度ごとに係数が異なる場合でも正確かつ高速に係数を導出することが可能となることである。【００１４】
本発明の他の効果は、変換部を各画素に対応づけて設けることから、画素ごとに入出力特性のばらつきがある場合でも、電気信号全体を正確に線形変換動作由来の状態に統一することが可能となることである。【００１５】
本発明の他の効果は、補正部を各画素に対応づけて設けることから、画素ごとに変動量のばらつきがある場合でも、電気信号全体を正確に線形変換動作由来の状態に同一することが可能となることである。【００１６】
本発明の他の効果は、撮像素子が出力する電気信号が対数変換動作由来の場合のみ信号処理を行うので、電気信号が線形変換動作由来の状態で変換を行う必要がない場合に信号処理が行われることが回避され、無駄な信号処理を省略して全体の処理を高速化することが可能となることである。【００１７】
本発明の他の効果は、温度検出器で検出された温度に基づく演算を行うため、ルックアップテーブルを用いる場合と比較して回路規模を縮小化することが可能となることである。【００１８】
本発明の他の効果は、ルックアップテーブルを用いるため、変曲出力信号値を正確かつ高速に導出することが可能となることである。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本実施形態に係る撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本実施形態に係る撮像素子の構成を示すブロック図である。
【図３】本実施形態に係る画素の構成を示す回路図である。
【図４】本実施形態に係る撮像素子の出力信号を示すグラフである。
【図５】本実施形態に係る撮像素子又はその近傍の各温度における出力信号を示すグラフである。
【図６】本実施形態に係る信号処理部の構成を示すブロック図である。
【図７】撮像素子の対数出力信号の傾きと温度との関係を示すグラフである。
【図８】撮像素子の対数出力信号の切片と撮像素子の温度との関係を示すグラフである。
【図９】本実施形態に係る信号処理部の他の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００２０】
１  撮像装置
２  レンズ系
３  絞り
４  撮像素子
９  アンプ
１０  コンバータ
１１  黒基準設定部
１２  温度検出器
１３  信号処理部
１４  変動補正部
１５  線形化部
１６  係数導出部
１７  演算処理部
１８  セレクタ
１９  基準変換テーブル
２０  出力部
２１  変曲信号導出部
２２  画像処理部
２３  ＡＷＢ処理部
２４  色補間部
２５  色補正部
２６  階調変換部
２７  色空間変換部
２８  評価値算出部
２９  制御装置
３０  露光制御処理部
３１  信号生成部
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
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。【００２２】
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。【００２３】
この図に示すように、撮像装置１は、レンズ系２及び絞り３を介して入射光を受光する撮像素子４を備えている。これらレンズ系２及び絞り３としては、従来より公知のものが用いられている。【００２４】
撮像素子４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。【００２５】
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動作を切り換えるようになっており、後述のように、所定入射光量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動作を、所定入射光量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動作を行うようになっている。【００２６】
これら画素Ｇ11〜Ｇmnのレンズ系２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など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。【００２７】
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３参照）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３１（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。【００２８】
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。【００２９】
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。【００３０】
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。【００３１】
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よい。【００３２】
続いて、本実施形態における画素Ｇ11〜Ｇmnについて説明する。【００３３】
各画素Ｇ11〜Ｇmnは、図３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。【００３４】
フォトダイオードＰには、レンズ系２及び絞り３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。【００３５】
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。【００３６】
本実施形態の撮像素子４は、入射光量が所定の閾値を超えたときは各画素Ｇｍ１〜ＧmnのトランジスタＴ1をサブスレッショルド領域で動作させることによって、入射光を自然対数で対数変換した電圧として読み出すことができるようになっている。これにより、撮像素子４の出力信号は、図４に示すように、入射光量に応じて線形領域及び対数領域が連続的に変化するようになっている。【００３７】
また、図３に示すように、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。【００３８】
更に、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、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。【００３９】
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。【００４０】
ここで、本実施形態の撮像素子４の電気信号の入出力特性は、撮像素子４又はその近傍の温度変化に起因して変化する。具体的には、図５に示すように、撮像素子４又はその近傍の温度がｔ１〜ｔ３の順で小さくなるほど、曲線（１）〜（３）の順で線形変換動作と対数変換動作とが切り換えられる境界、いわゆる変曲点における出力信号値（変曲出力信号値Ｈ）は大きくなり、対数領域の傾きは小さくなる。【００４１】
これは、撮像素子４又はその近傍の温度が低くなるほどトランジスタＴ１のゲートＴ1GとソースＴ1Sとのポテンシャルの差が大きくなり、トランジスタＴ１がカットオフ状態で動作する被写体輝度の割合、すなわち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。【００４２】
したがって、撮像素子４又はその近傍の温度を変化させることにより、画像信号のダイナミックレンジや変曲点での所定入射光量、変曲出力信号値Ｈ（図４参照）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は前記温度を低くして線形変換する輝度範囲を広くし、被写体の輝度範囲が広い場合には前記温度を高くして対数変換する輝度範囲を広くして、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。また、常に画素Ｇ11〜Ｇmnが線形変換動作を行う状態又は常に画素Ｇ11〜Ｇmnが対数変換動作を行う状態とすることも可能である。【００４３】
なお、露光時間が短くなる場合や、信号φVPSの電圧値ＶＬ，ＶＨの差が大きくなる場合にも、線形変換する被写体輝度の割合は大きくなるため、制御電圧や露光時間を変化させることによって画素Ｇ11〜Ｇmnの光電変換特性を変更することも可能である。【００４４】
図５において、撮像素子４又はその近傍の温度ｔ１〜ｔ３における撮像素子４の対数出力信号ｙ１〜ｙ３は、それぞれ下記式（１）〜（３）によって表される。【００４５】
【数１】
2007029550.tif 000002
【００４６】
【数２】
2007029550.tif 000003
【００４７】
【数３】
2007029550.tif 000004
【００４８】
上記式（１）〜（３）において、ｃ１〜ｃ３は対数出力信号の傾き、ｄ１〜ｄ３は対数出力信号の切片であり、それぞれ温度ｔ１〜ｔ３に対応する定数である。なお、上記式（１）〜（３）の傾きｃ１〜ｃ３又は切片ｄ１〜ｄ３の値は、画素Ｇ11〜Ｇmnの特性により、画素Ｇ11〜Ｇmnごとに異なる場合がある。【００４９】
以下、線形変換動作の行われる割合が最も小さく、対数変換動作の行われる割合が最も大きいときの温度ｔ１を基準温度とする。【００５０】
次に、図１に示すように、撮像素子４にはアンプ９及びＡＤコンバータ（ＡＤＣ）１０を介して黒基準設定部１１が接続されている。【００５１】
黒基準設定部１１は、デジタル信号の最低レベルを設定するものである。【００５２】
また、図１に示すように、撮像装置１は温度検出器１２を備えている。温度検出器１２は、温度の変化に応じて抵抗値が変化する特性を有するサーミスタなどの温度センサを備えており、撮像素子４又はその近傍の温度を検出するようになっている。【００５３】
次に、黒基準設定部１１には信号処理部１３が接続されている。信号処理部１３は、対数変換動作によって撮像素子４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、図１及び図６に示すように、変動補正部１４及び線形化部１５を備えている。また、変動補正部１４及び線形化部１５は、それぞれ撮像素子４が備える複数の画素に対応づけて設けられており、複数の画素ごとに異なる信号処理を行うことも可能となっている。【００５４】
変動補正部１４は、撮像素子４の前記駆動条件、本実施形態においては撮像素子４又はその近傍の温度変化に起因して撮像素子４の入出力特性が変動する場合に、この撮像素子４から出力される電気信号の変動補正を行うものである。【００５５】
この変動補正部１４は、図６に示すように、係数導出部１６と演算処理部１７とを備えている。【００５６】
係数導出部１６は、撮像素子４の入出力特性の変動を補正するための補正係数を導出するものであり、補正係数を演算する演算処理部１６ａを備えている。【００５７】
演算処理部１６ａは、温度検出器１２で検出された温度に基づき、補正係数として、基準温度及び検出された温度における、上記式（１）〜（３）の対数出力信号の傾きｃ１〜ｃ３及び対数出力信号の切片ｄ１〜ｄ３を演算により導出するようになっている。なお、補正係数としては、変曲出力信号値Ｈを用いることなども可能である。【００５８】
これらの補正係数は前記温度に応じて変化するものであり、例えば、撮像時における撮像素子４又はその近傍の温度が温度ｔ２（図５参照）であった場合は、演算処理部１６ａは、基準温度ｔ１における対数出力信号の係数ｃ１及びｄ１のほか、温度ｔ２における対数出力信号の係数ｃ２及びｄ２を演算により導出するようになっている。【００５９】
ここで、補正係数としての対数出力信号の傾きｃ１〜ｃ３及び対数出力信号の切片ｄ１〜ｄ３は、温度ｔ１〜ｔ３との関係式で表すことができる。したがって、演算処理部１６ａは、この関係式により温度ｔ１〜ｔ３に対応する対数出力信号の傾きｃ１〜ｃ３及び対数出力信号の切片ｄ１〜ｄ３を演算することが可能となっている。【００６０】
例えば、下記式（４）は、撮像時の温度ｔと対数出力信号の傾きｃとが、図７に示す関係にある場合の関係式である。図７に示されるように、対数出力信号の傾きｃは、温度ｔが小さくなるほど小さくなっている。【００６１】
【数４】
2007029550.tif 000005
【００６２】
また、下記式（５）は、撮像時の温度ｔと対数出力信号の切片ｄとが、図８に示す関係にある場合の関係式である。図８に示されるように、対数出力信号の切片ｄは、温度ｔが小さくなるほど大きくなっている。【００６３】
【数５】
2007029550.tif 000006
【００６４】
次に、演算処理部１７は、係数導出部１６で導出された補正係数に基づいて、画素Ｇ11〜Ｇmnごとに電気信号の入出力特性の変動補正を行うものである。本実施形態では、変曲出力信号値Ｈより大きい電気信号、すなわち対数変換動作によって各画素Ｇ11〜Ｇmnから出力される電気信号に、所定の変動方程式を用いた演算を行うようになっている。これにより、変動補正された対数変換動作由来の電気信号は、正確に線形変換動作由来の電気信号に特性変換することが可能な状態となる。【００６５】
例えば、撮像時の温度が温度ｔ２（図５参照）であった場合は、係数導出部１６で導出された対数出力信号の傾きｃ１，ｃ２及び対数出力信号の係数ｄ１，ｄ２を用いて、対数出力信号ｙ２に下記の変動方程式（６）を用いた演算を行うことにより、変動補正後の対数出力信号ｙ２´を求めるようになっている。【００６６】
【数６】
2007029550.tif 000007
【００６７】
なお、上述のように上記式（１）〜（３）の傾きｃ１〜ｃ３又は切片ｄ１〜ｄ３の値は、画素Ｇ11〜Ｇmnの特性により画素Ｇ11〜Ｇmnごとに異なる場合があることから、その場合は、画素Ｇ11〜Ｇmnごとに異なる係数によって変動補正を行うことも可能である。【００６８】
一方、信号処理部１３が備える線形化部１５は、本発明における特性変換部であり、撮像素子４の出力信号を線形変換動作由来の状態に統一するようになっている。この線形化部１５は、図６に示すように、セレクタ１８、基準変換テーブル１９及び出力部２０を備えている。なお、図６では、ＡＤコンバータ１０や制御装置２９（図１参照）などの図示を省略している。【００６９】
セレクタ１８は、撮像素子４が出力した電気信号と変曲出力信号値Ｈとの大小を判別して、撮像素子４が出力した電気信号が変曲出力信号値Ｈより大きい場合、つまり対数変換動作由来の電気信号が撮像素子４から出力される場合には、撮像素子４からの出力信号を基準変換テーブル１９に出力し、変曲出力信号値Ｈ以下の場合には出力部２０に出力するようになっている。【００７０】
基準変換テーブル１９は、図４に矢印Ｚで示すように、撮像素子４から出力される電気信号のうち、対数変換動作由来の電気信号を、入射光から線形変換された状態、つまり線形変換動作由来の状態に特性変換するものである。図４では、１２ビットの電気信号の対数出力信号を線形変換して、全体として２４ビットの電気信号を得る例を示している。【００７１】
この基準変換テーブル１９の変換特性は、撮像素子４の駆動条件が所定の基準条件である場合、本実施形態においては撮像素子４の温度が基準温度ｔ1である場合に、撮像素子４から対数変換動作で出力される電気信号が正確に線形変換動作由来の状態となるように設定されている。【００７２】
出力部２０は、セレクタ１８又は基準変換テーブル１９から入力される電気信号を出力するものである。【００７３】
このように信号処理部１３では、変動補正部１４で撮像素子４から出力された電気信号の変動補正を行った上で、線形化部１５で対数変換動作由来の電気信号を線形変換動作由来の状態に特性変換することにより、撮像素子４の入出力特性に対する温度変化の影響を低減し、電気信号を正確に線形変換動作又は対数変換動作由来の状態に統一することが可能となっている。【００７４】
また、画素Ｇ11〜Ｇmnからの出力信号が対数変換動作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動作由来の電気信号である場合、つまり、対数変換動作に由来の電気信号を他方の変換動作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。【００７５】
以上の信号処理部１３には、図１に示すように、変曲信号導出部２１及び画像処理部２２が接続されると共に、評価値算出部２８及び制御装置２９がこの順に接続されている。【００７６】
変曲信号導出部２１は、温度に応じた変曲出力信号値Ｈを導出して、変動補正部１４の演算処理部１７及び線形化部１５のセレクタ１８に送信するようになっている。本実施形態においては、図６に示すように、温度検出器１２の検出結果に基づいて変曲出力信号値Ｈを演算する演算器２１ａが備えられている。なお、温度検出器１２の検出結果の入力により変曲出力信号値Ｈを導出するルックアップテーブルを備える構成としてもよい。【００７７】
画像処理部２２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処理部２３、色補間部２４、色補正部２５、階調変換部２６及び色空間変換部２７を備えている。これらＡＷＢ処理部２３、色補間部２４、色補正部２５、階調変換部２６及び色空間変換部２７は、信号処理部１３に対してこの順に接続されている。【００７８】
ＡＷＢ処理部２３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２４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２５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２６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２７はＲＧＢ信号をＹＣｂＣｒ信号に変換するものである。【００７９】
評価値算出部２８は、ＡＷＢ処理部２３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３０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。【００８０】
制御装置２９は、撮像装置１の各部を制御するものであって、図１に示すように、上述のアンプ９、黒基準設定部１１、信号処理部１３、変曲信号導出部２１、ＡＷＢ処理部２３、色補間部２４、色補正部２５、階調変換部２６及び色空間変換部２７と接続されている。【００８１】
また、制御装置２９は、露光制御処理部３０を介して絞り３と接続され、信号生成部３１を介して撮像素子４及びＡＤコンバータ１０と接続されている。【００８２】
露光制御処理部３０は、レンズ系２より集光される光の量を調整する絞り３を駆動制御するようになっている。【００８３】
信号生成部３１は、撮像素子４の撮影動作を制御するようになっている。すなわち、制御装置２９からの撮影制御信号に基づいて所定のタイミングパルス（画素駆動信号、水平同期信号、垂直同期信号、水平走査回路駆動信号、垂直走査回路駆動信号など）を生成して撮像素子４に出力するようになっている。また、信号生成部３１はＡＤ変換用のタイミング信号も生成するようになっている。【００８４】
続いて、撮像装置１の撮像動作について説明する。【００８５】
まず、撮像素子４が各画素Ｇ11〜Ｇmnへの入射光を光電変換し、線形変換動作又は対数変換動作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。【００８６】
次に、撮像素子４から出力されたアナログ信号をアンプ９が増幅し、ＡＤコンバータ１０がデジタル信号に変換する。次に、黒基準設定部１１がデジタル信号の最低レベルを設定した後、そのデジタル信号を信号処理部１３の変動補正部１４及び線形化部１５に送信する。【００８７】
一方、温度検出器１２は、撮像素子４又はその近傍の温度を検出して変曲信号導出部２１に送信すると共に、信号処理部の変動補正部１４及び線形化部１５に送信する。【００８８】
続いて、変曲信号導出部２１が前記温度を受信すると、その温度に基づく演算により変曲出力信号値Ｈを導出して変動補正部１４の演算処理部１７及び線形化部１５のセレクタ１８に送信する。なお、変曲出力信号値Ｈはルックアップテーブルによって導出してもよい。このようにルックアップテーブルを用いる場合は、変曲出力信号値Ｈを正確に導出できると共に、導出処理が高速化される。【００８９】
次に、信号処理部１３の変動補正部１４が、撮像素子４又はその近傍の温度を受信すると、係数導出部１６は撮像素子４の入出力特性の変動を補正するための補正係数を導出する。すなわち、係数導出部１６の演算処理部１６ａは、温度検出器１２で検出された温度に基づき、補正係数として、上記式（１）〜（３）の対数出力信号の傾きｃ１〜ｃ３及び対数出力信号の切片ｄ１〜ｄ３を演算により導出する。【００９０】
例えば、撮像時の温度が温度ｔ２（図５参照）であった場合は、演算処理部１６ａは、基準温度ｔ１における対数出力信号の係数ｃ１及びｄ１のほか、温度ｔ２における対数出力信号の係数ｃ２及びｄ２を演算により導出する。これらの補正係数は、上記式（４）又は（５）などを用いた演算により導出することが可能である。【００９１】
続いて、演算処理部１７は、係数導出部１６で導出された補正係数に基づいて、画素Ｇ11〜Ｇmnごとに電気信号の入出力特性の変動補正を行う。本実施形態では、変曲出力信号値Ｈより大きい電気信号、すなわち対数変換動作によって各画素Ｇ11〜Ｇmnから出力される電気信号に、所定の変動方程式を用いた演算を行う。これにより、変動補正された対数変換動作由来の電気信号は、正確に線形変換動作由来の電気信号に特性変換することが可能な状態となる。【００９２】
例えば、撮像時の温度が温度ｔ２（図５参照）であった場合は、上記式（６）を用いた演算を行うことにより、変動補正後の対数出力信号ｙ２´を求めることができる。【００９３】
次に、信号処理部１３の線形化部１５は、撮像素子４からの出力信号を線形変換動作由来の状態に統一する。すなわち、まずセレクタ１８が撮像素子４が出力した電気信号と変曲出力信号値Ｈとの大小を判別して、撮像素子４が出力した電気信号が変曲出力信号値Ｈより大きい場合、つまり対数変換動作由来の電気信号が撮像素子４から出力される場合には、撮像素子４からの出力信号を基準変換テーブル１９に出力し、変曲出力信号値Ｈ以下の場合には出力部２０に出力する。【００９４】
続いて、基準変換テーブル１９は、図４に矢印Ｚで示すように、撮像素子４から出力される電気信号のうち、対数変換動作由来の電気信号を、入射光から線形変換された状態、つまり線形変換動作由来の状態に特性変換する。【００９５】
そして、出力部２０は、セレクタ１８又は基準変換テーブル１９から入力される電気信号を出力する。【００９６】
このように、信号処理部１３の変動補正部１４が撮像素子４から出力された電気信号の変動補正を行った上で、線形化部１５が対数変換動作由来の電気信号を線形変換動作由来の状態に特性変換することにより、撮像素子４の入出力特性に対する温度変化の影響を低減し、電気信号を正確に線形変換動作又は対数変換動作由来の状態に統一することができる。【００９７】
また、画素Ｇ11〜Ｇmnからの出力信号が対数変換動作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動作由来の電気信号である場合、つまり、対数変換動作に由来の電気信号を他方の変換動作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。【００９８】
次に、信号処理部１３の線形化部１５から出力される電気信号に基づいて評価値算出部２８が前記ＡＷＢ評価値，ＡＥ評価値を算出する。【００９９】
次に、算出されたＡＥ評価値に基づいて制御装置２９が露光制御処理部３０を制御し、撮像素子４に対する露光量を調節させる。【０１００】
また、ＡＷＢ評価値や、黒基準設定部１１で設定された最低レベルなどに基づいて制御装置２９がＡＷＢ処理部２３を制御し、信号処理部１３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。【０１０１】
そして、ＡＷＢ処理部２３から出力される画像データに基づいて色補間部２４、色補正部２５、階調変換部２６及び色空間変換部２７がそれぞれ画像処理を行った後、画像データを出力する。【０１０２】
以上のように本実施形態の撮像装置１によれば、撮像素子又はその近傍の温度変化に起因して撮像素子の入出力特性が変動する場合に、撮像素子が出力する電気信号の変動補正を行うので、電気信号から温度変化に影響される成分を除去することができる。したがって、特性変換によって電気信号を正確に線形変換動作由来の状態に統一することが可能となる。【０１０３】
また、ルックアップテーブルにより特性変換を実現するので、演算によって補正係数を導出する場合と比較して、係数導出部の構成を簡素化するとともに、導出処理を高速化することができる。【０１０４】
また、演算により補正係数を導出すれば、ルックアップテーブルで導出する場合と比較して回路規模を縮小化することが可能となる。【０１０５】
また、温度の入力により演算に用いる係数をルックアップテーブルで導出すれば、温度ごとに係数が異なる場合でも正確かつ高速に係数を導出することが可能となる。【０１０６】
また、特性変換部を各画素に対応づけて設けることから、画素ごとに入出力特性のばらつきがある場合でも、電気信号全体を正確に線形変換動作由来の状態に統一することが可能となる。【０１０７】
また、変動補正部を各画素に対応づけて設けることから、画素ごとに変動量のばらつきがある場合でも、電気信号全体を正確に線形変換動作由来の状態に同一することが可能となる。【０１０８】
また、撮像素子が出力する電気信号が対数変換動作由来の場合のみ信号処理を行うことから、電気信号が線形変換動作由来の状態で特性変換を行う必要がない場合に信号処理が行われることが回避され、無駄な信号処理を省略して全体の処理を高速化することが可能となる。【０１０９】
また、変曲信号導出部は温度検出器で検出された温度に基づく演算を行うことにより、ルックアップテーブルを用いる場合と比較して回路規模を縮小化することが可能となる。【０１１０】
また、変曲信号導出部はルックアップテーブルを用いることにより、変曲出力信号値を正確かつ高速に導出することが可能となる。【０１１１】
なお、本実施形態においては、変動補正部１４は線形化部１５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よいし、係数導出部１６を線形化部１５の前段に、演算処理部１７を後段に設けることとしてもよい。【０１１２】
また、変動補正部１４は、変動補正後の電気信号を導出する演算処理部１７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４から出力される電気信号など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よい。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１４の構成を簡素化することができる。【０１１３】
また、係数導出部１６は、補正係数を導出する基準変換テーブル１９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よい。【０１１４】
また、本発明における特性変換部を、対数変換動作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１５として説明したが、線形変換動作由来の電気信号を対数変換動作由来の状態に特性変換するものとしてもよい。【０１１５】
また変曲信号導出部２１は変曲出力信号値Ｈを導出する演算器を備えることとして説明したが、変曲出力信号値Ｈ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よい。【０１１６】
また、線形化部１５は基準変換テーブル１９によって特性変換を行うこととして説明したが、指数変換するなどの演算によって行うこととしてもよい。【０１１７】
また、画素Ｇ11〜Ｇmnは図３のような構成を有することとして説明したが、線形変換動作と対数変換動作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よい。【０１１８】
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よい。【０１１９】
次に、上記実施形態の変形例について図９を参照して説明する。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。【０１２０】
図９に示すように、本変形例の変動補正部１４は、演算係数導出テーブル１６ｂ及び演算処理部１６ｃを備えている。【０１２１】
演算係数導出テーブル１６ｂは、温度検出器１２で検出された温度が入力されると、その温度に対応するものとして予め記憶された対数出力信号の近似式の係数を導出するようになっている。【０１２２】
ここで、対数出力信号の近似式とは、例えば、上記式（４）で示される図７の曲線（４）において、温度範囲（ａ）の出力信号を直線（７）に近似した場合の下記式（７）及び温度範囲（ｂ）の出力信号を直線（８）に近似した場合の下記式（８）をいう。そして、演算係数導出テーブル１６ｂには、これらの近似式の係数αｎ，βｎが予め各温度範囲と対応付けて記憶されており、撮像素子４又はその近傍の温度を入力することにより、係数αｎ，βｎを導出するようになっている。【０１２３】
【数７】
2007029550.tif 000008
【０１２４】
【数８】
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【０１２５】
また、演算処理部１６ｃは、演算係数導出テーブル１６ｂで導出された係数αｎ，βｎを用いて、上記式（７）又は（８）により、温度検出器１２から入力された温度に対応する対数出力信号の傾きｃを演算により導出するようになっている。【０１２６】
このように、対数出力信号を折れ線近似して一次関数で表現することにより、係数の導出に関わる演算処理部の構成を一つにまとめることが可能となり、第１の実施形態と比較して回路構成を簡単化することが可能となる。【０１２７】
次に、本実施形態の撮像装置１の動作について説明する。【０１２８】
本実施形態では、信号処理部１３の変動補正部１４が撮像素子４又はその近傍の温度を受信すると、係数導出部１６の演算係数導出テーブル１６ｂが、その温度に対応するものとして予め記憶された対数出力信号の上記近似式（７）又は（８）の係数αｎ，βｎを導出する。続いて、係数導出部１６の演算処理部１６ｃは、上記式（７）又は（８）によって、温度検出器１２から入力された温度に対応する対数出力信号の傾きｃを演算により導出する。続いて、演算処理部１７は、係数導出部１６で導出された補正係数に基づいて、上記式（６）により、画素Ｇ11〜Ｇmnごとに電気信号の入出力特性の変動補正を行う。【０１２９】
以上詳細に説明したように、本発明に係る撮像装置によれば、撮像素子又はその近傍の温度変化があった場合でも、特性変換により電気信号を正確に線形変換動作由来の状態に統一することが可能となる。【０１３０】
また、特性変換部の構成を簡素化するとともに、特性変換の処理を高速化することができる。【０１３１】
また、ルックアップテーブルで係数導出部の回路規模を縮小化することが可能となる。【０１３２】
また、正確かつ高速に演算に用いる係数を導出することが可能となる。【０１３３】
また、電気信号全体を正確に線形変換動作由来の状態に統一することが可能となる。【０１３４】
また、無駄な信号処理を省略して全体の処理を高速化することが可能となる。【０１３５】
また、変曲信号導出部の回路規模を縮小化することが可能となる。【０１３６】
また、ルックアップテーブルで変曲出力信号値を正確かつ高速に導出することが可能となる。
【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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【国際調査報告】
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