(57)【要約】【課題】  撮像素子からの電気信号出力における線形的変換領域と対数的変換領域との境界となる変曲点を決定するための時間を要せず、使用者にとって良好な操作感を有した、種々の被写体条件に対して、被写体を良好に再現できる撮像装置を得る。【解決手段】  入射光量に対して線形的に変換した電気信号と対数的に変換した電気信号の出力が可能な複数の画素を有する撮像素子と、線形的変換領域と対数的変換領域との境界となる変曲点を変更制御する変曲点制御手段と、被写体輝度を検出する輝度検出手段と、被写体輝度に対応して予め設定された変曲点位置を記憶した記憶手段と、を有し、輝度検出手段で検出した被写体輝度に基づいて、変曲点制御手段は、記憶手段に記憶された変曲点位置に変曲点を変更制御する撮像装置とする。【選択図】        図４
2007067491.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光量に対して線形的に変換した電気信号と入射光量に対して対数的に変換した電気信号の出力が可能な複数の画素を有する撮像素子と、前記撮像素子からの電気信号出力における線形的変換領域と対数的変換領域との境界となる変曲点を変更制御する変曲点制御手段と、被写体輝度を検出する輝度検出手段と、前記被写体輝度に対応して予め設定された変曲点位置を記憶した記憶手段と、を有し、
前記輝度検出手段で検出した被写体輝度に基づいて、前記変曲点制御手段は、前記記憶手段に記憶された変曲点位置に変曲点を変更制御することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記撮像素子に入射する入射光量を制御する入射光量制御手段を有し、前記入射光量制御手段では過度の露光量となる場合に、変曲点を変更制御することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記記憶手段は、被写体輝度に対応して前記入射光量制御手段の制御値を予め記憶していることを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
【請求項４】
入射光量に対して線形的に変換した電気信号と入射光量に対して対数的に変換した電気信号の出力が可能な複数の画素を有する撮像素子と、前記撮像素子からの電気信号出力における線形的変換領域と対数的変換領域との境界となる変曲点を変更制御する変曲点制御手段と、被写体輝度を検出する輝度検出手段と、前記撮像素子の感度を変更する感度変更手段と、前記撮像素子に入射する入射光量を制御する入射光量制御手段と、を有し、
前記輝度検出手段で検出した被写体輝度に基づいて、前記入射光量制御手段と、前記感度変更手段と、前記変曲点制御手段と、を選択的に用いて前記撮像素子への露光制御を行うことを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射光量に対して線形的に変換した電気信号と、入射光量に対して対数的に変換した電気信号の出力が可能な撮像素子を有する撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、デジタルカメラ、車載カメラ、携帯端末に内蔵されるカメラモジュール等の撮像装置には、被写体光を光電変換する撮像素子が用いられている。この撮像素子としては、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）型イメージセンサやＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型イメージセンサ等の固体撮像素子がある。また、これらの撮像素子は、入射光量に対して線形的に変換した電気信号を出力するものが一般的である。
【０００３】
この線形的に変換した電気信号を出力する撮像素子は、発生した光電荷の量に比例した信号を出力するため再現できるダイナミックレンジが狭いという欠点がある。
【０００４】
一方、この欠点を解消するものとして、入射光量に対して線形的に変換した電気信号と、入射光量に対して対数的に変換した電気信号の出力が可能な撮像素子（リニアログセンサとも称する場合がある）が提案されている。この撮像素子のダイナミックレンジを被写体輝度幅に適合させることで、白とびの発生を無くし、種々の被写体条件に対し、被写体を良好に再現しようとする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２００４−８８３１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に記載の撮像装置は、被写体各部の輝度差が大きい被写体条件に対し、高輝度部を飽和させることなく、被写体画像を得ることができるものである。しかしながら、撮像素子からの電気信号出力における線形的変換領域と対数的変換領域との境界となる変曲点を、撮影に先立って決定するための処理時間が必要である。即ち、撮影前に被写体画像を取り込み、得られた画像から被写体の輝度幅を算出し、輝度幅に応じて変曲点を決定する処理を行うための所定の時間を必要とすることで、使用者の操作感がやや損なわれる問題がある。
【０００６】
本発明は上記問題に鑑み、撮像素子からの電気信号出力における線形的変換領域と対数的変換領域との境界となる変曲点を決定するための時間を要せず、使用者にとって良好な操作感を有した、種々の被写体条件に対して、被写体を良好に再現できる撮像装置を得ることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題は、以下の構成で解決される。
【０００８】
１）  入射光量に対して線形的に変換した電気信号と入射光量に対して対数的に変換した電気信号の出力が可能な複数の画素を有する撮像素子と、前記撮像素子からの電気信号出力における線形的変換領域と対数的変換領域との境界となる変曲点を変更制御する変曲点制御手段と、被写体輝度を検出する輝度検出手段と、前記被写体輝度に対応して予め設定された変曲点位置を記憶した記憶手段と、を有し、前記輝度検出手段で検出した被写体輝度に基づいて、前記変曲点制御手段は、前記記憶手段に記憶された変曲点位置に変曲点を変更制御することを特徴とする撮像装置。
【０００９】
２）  前記撮像素子に入射する入射光量を制御する入射光量制御手段を有し、前記入射光量制御手段では過度の露光量となる場合に、変曲点を変更制御する１）の撮像装置。
【００１０】
３）  前記記憶手段は、被写体輝度に対応して前記入射光量制御手段の制御値を予め記憶している１）又は２）の撮像装置。
【００１１】
４）  入射光量に対して線形的に変換した電気信号と入射光量に対して対数的に変換した電気信号の出力が可能な複数の画素を有する撮像素子と、前記撮像素子からの電気信号出力における線形的変換領域と対数的変換領域との境界となる変曲点を変更制御する変曲点制御手段と、被写体輝度を検出する輝度検出手段と、前記撮像素子の感度を変更する感度変更手段と、前記撮像素子に入射する入射光量を制御する入射光量制御手段と、を有し、前記輝度検出手段で検出した被写体輝度に基づいて、前記入射光量制御手段と、前記感度変更手段と、前記変曲点制御手段と、を選択的に用いて前記撮像素子への露光制御を行うことを特徴とする撮像装置。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、種々の被写体条件に対して被写体を良好に再現できると共に、使用者にとって良好な操作感を有した撮像装置を得ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、実施の形態により本発明を詳しく説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００１４】
図１は、本実施の形態に係る撮像装置１の外観斜視図である。同図に示す撮像装置１は、デジタルカメラであり、同図（ａ）はカメラ前面側を示し、同図（ｂ）はカメラ背面側を示している。
【００１５】
同図（ａ）に示すように、撮像装置１が備える筐体２の前面中央部付近には、被写体光を所定の焦点位置に結像させる、レンズユニット３が配置され、レンズユニット３の光軸が筐体２の前面に直交するように設けられている。そして、筐体２の内部であってレンズユニット３の後方には、レンズユニット３を介して入射した被写体の反射光を電気信号に光電変換する、不図示の撮像素子が設けられている。
【００１６】
また、筐体２の前面上端部付近には撮影時に、補助光として光を照射するフラッシュ発光部５が備えられている。本実施形態のフラッシュ発光部５は撮像装置１に内蔵されたエレクトリックフラッシュによって構成されている。また、筐体２の前面であってレンズユニット３の上部付近には、フラッシュ発光部５から照射された光の、被写体からの反射光を受光する調光センサ６が設けられている。１４ａは光学式ファインダの対物側の入射窓である。
【００１７】
上面には、シャッタレリーズを行うためのレリーズスイッチ１６が設けられている。レリーズスイッチ１６は、途中まで押し込んだ「半押し状態」の操作と、更に押し込んだ「全押し状態」の操作とが可能とされている。側面には、撮像装置１をパーソナルコンピュータなどに接続するＵＳＢケーブルを接続するためのＵＳＢ端子１８が設けられている。
【００１８】
更に、撮像装置１が備える筐体２の内部には、不図示のシステム制御部及び信号処理部などの回路を含む回路基板が設けられている。
【００１９】
また、同図（ｂ）に示すように、筐体２の背面には、画像表示用のモニタ１１が設けられている。モニタ１１はＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）、有機ＥＬディスプレイなどによって構成されており、被写体のプレビュー画面や撮影画像を表示することができるようになっている。
【００２０】
撮像装置１の背面上端部付近には、ズームを調整するためのズームボタン１２、１３が設けられている。ズームボタン１２をＯＮするとワイド方向にズーミングし、ズームボタン１３をＯＮするとテレ方向にズーミングを行う。また、撮像装置１の背面には、被写体を確認するための光学式のファインダ接眼部１４ｂが配置されている。
【００２１】
更に、撮像装置１の背面には、モニタ１１の画面上に表示されたカーソルやウィンドウの移動又はウィンドウの指定範囲の変更をするための十字キーを備えた選択用十字キー１５ａが設けられている。また、選択用十字キー１５ａの隣には、カーソルやウィンドウによって指定した内容を確定するための確定キー１５ｂが備えられている。
【００２２】
また、筐体２の内部には不図示であるが、電池及びメモリカードなどの記録部が装填されている。
【００２３】
なお、コンパクトカメラタイプのデジタルカメラで説明したが、本発明の撮像装置には、一眼レフタイプのデジタルカメラ、カメラ付携帯電話、車載カメラなどの撮影機能を備えた電子機器の他、携帯電話、車載カメラなどの電子機器に組み込まれるカメラユニットなども含まれるものである。
【００２４】
図２は、本実施の形態に係る撮像装置１の機能的構成を示すブロック図である。
【００２５】
上述のように、撮像装置１は筐体２の内部の回路基板上にシステム制御部７を備えている。システム制御部７は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、書き換え可能な半導体素子で構成されるＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）及び不揮発性の半導体メモリで構成されるＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）から構成されている。
【００２６】
また、システム制御部７には撮像装置１の各構成部分が接続されており、システム制御部７は、ＲＯＭに記録された処理プログラムをＲＡＭに展開してＣＰＵによりこの処理プログラムを実行することにより、これらの各構成部分を駆動制御するようになっている。
【００２７】
同図に示すように、システム制御部７には、レンズユニット３、絞り・シャッタ制御部１９、撮像素子４、信号処理部８、タイミング生成部２０、記録部１０、フラッシュ発光部５、調光センサ６、モニタ１１、操作部２１及び変曲点変更部２２が接続されている。
【００２８】
レンズユニット３は、被写体光像を撮像素子４の撮像面に結像する複数のレンズ及びレンズにより集光される光の量を調整する絞り・シャッタ部から構成されている。
【００２９】
絞り・シャッタ制御部１９は、レンズユニット３においてレンズにより集光される光の量を調整する入射光量制御手段である絞り・シャッタ部を駆動制御するようになっている。即ち、絞り・シャッタ制御部１９は、システム制御部７から入力される制御値に基づき、絞り値を設定すると共に、撮像素子４の撮像動作時に開口しているシャッタ部を、所定の露光時間の経過後に閉塞させることにより、入射光量を制御する。
【００３０】
撮像素子４は、被写体光像であるＲ，Ｇ，Ｂの各色成分の入射光を電気信号に光電変換して取り込むようになっている。
【００３１】
図３は、本実施の形態に係る撮像素子の構成を示すブロック図である。
【００３２】
同図に示すように、撮像素子４は、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。
【００３３】
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、入射光量に応じた電気信号の変換動作の切り換えが可能となっており、より詳細には、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ようになっている。なお、本実施形態において、入射光を電気信号に線形変換や対数変換するとは、光量の時間積分値を線形的に変化するような電気信号に変換することや、対数的に変化するような電気信号に対数変換することである。
【００３４】
画素Ｇ11〜Ｇmnのレンズユニット３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、同図に示すように、電源ライン２３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等のラインも接続されているが、同図ではこれらの図示を省略している。
【００３５】
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，φVD，φVPS（図４，図５参照）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２４が接続されている。この垂直走査回路２４は、タイミング生成部２０（図２参照）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。
【００３６】
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。また、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。
【００３７】
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２５及び補正回路２６が接続されている。水平走査回路２５は、電気信号をサンプルホールドして補正回路２６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２６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。
【００３８】
なお、選択回路Ｓ1〜Ｓm及び補正回路２６としては、特開２００１−２２３９４８号公報に開示のものを用いることができる。また、本実施の形態においては、選択回路Ｓ1〜Ｓmの全体に対して補正回路２６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２６を１つずつ設けることとしても良い。続いて、撮像素子４が備える画素Ｇ11〜Ｇmnについて説明する。
【００３９】
図４は、本実施の形態に係る撮像素子が備える画素の構成を示す回路図である。
【００４０】
同図に示すように、各画素Ｇ11〜Ｇmnは、フォトダイオードＰ、トランジスタＴ1〜Ｔ6及びキャパシタＣを備えている。なお、トランジスタＴ1〜Ｔ6は、ＰチャネルのＭＯＳトランジスタである。
【００４１】
フォトダイオードＰには、レンズユニット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が接続されている。
【００４２】
トランジスタＴ1のゲートＴ1Gには信号φSが入力されるようになっており、ソースＴ1SにはトランジスタＴ2のゲートＴ2G及びドレインＴ2Dが接続されている。
【００４３】
このトランジスタＴ2のソースＴ2Sには信号印加ラインＬC（図３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は電圧信号であり、より詳細には、入射光量が所定入射光量ｔｈを超えたときにトランジスタＴ2をサブスレッショルド領域で動作させるための電圧値ＶＬと、トランジスタＴ2を導通状態にする電圧値ＶＨの値をとるようになっている。
【００４４】
また、トランジスタＴ1のソースＴ1SにはトランジスタＴ3のゲートＴ3Gが接続されている。このトランジスタＴ3のドレインＴ3Dには、直流電圧ＶPDが印加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には、キャパシタＣの一端と、トランジスタＴ5のドレインＴ5Dと、トランジスタＴ4のゲートＴ4Gとが接続されている。
【００４５】
キャパシタＣの他端には、信号印加ラインＬB（図３のＬB1〜ＬBnに相当）が接続されており、この信号印加ラインＬBから信号φVDが与えられるようになっている。ここで、信号φVDは３値の電圧信号であり、より詳細には、キャパシタＣを積分動作させる際の電圧値Ｖｈと、光電変換された電気信号読み出し時の電圧値Ｖｍと、ノイズ信号読み出し時の電圧値Ｖｌとの３つの値をとるようになっている。
【００４６】
トランジスタＴ5のソースＴ5Sには直流電圧ＶRGが、ゲートＴ5Gには信号φRSが入力されるようになっている。トランジスタＴ4のドレインＴ4Dには、トランジスタＴ3のドレインＴ3Dと同様に直流電圧ＶPDが印加されるようになっており、ソースＴ4Sには、トランジスタＴ6のドレインＴ6Dが接続されている。
【００４７】
このトランジスタＴ6のソースＴ6Sには、信号読出ラインＬD（図３のＬD1〜ＬDmに相当）が接続されており、ゲートＴ6Gには、信号印加ラインＬA（図３のＬA1〜ＬAnに相当）から信号φVが入力されるようになっている。
【００４８】
このような回路構成をとることにより、各画素Ｇ11〜Ｇmnは以下のリセット動作を行うようになっている。
【００４９】
図５は、本実施の形態に係る撮像素子が備える画素の動作のタイミングチャートを示す図である。
【００５０】
同図に示すように、垂直走査回路２４が画素Ｇ11〜Ｇmnのリセット動作を行うようになっている。具体的には、信号φSがＬｏｗ、信号φVがＨｉ、信号φVPSがＶＬ、信号φRSがＨｉ、信号φVDがＶｈとなっている状態から、垂直走査回路２４が、パルス信号φVと、電圧値Ｖｍのパルス信号φVDとを画素Ｇ11〜Ｇmnに与えて電気信号を信号読出ラインＬDに出力させた後、信号φSをＨｉとしてトランジスタＴ1をＯＦＦとするようになっている。
【００５１】
次に、垂直走査回路２４が信号φVPSをＶＨとすることで、トランジスタＴ2のゲートＴ2G及びドレインＴ2D、並びにトランジスタＴ3のゲートＴ3Gに蓄積された負の電荷を速やかに再結合させるようになっている。また、垂直走査回路２４が信号φRSをＬｏｗとしてトランジスタＴ5をＯＮにすることにより、キャパシタＣとトランジスタＴ4のゲートＴ4Gとの接続ノードの電圧を初期化するようになっている。
【００５２】
次に、垂直走査回路２４が信号φVPSをＶＬとすることで、トランジスタＴ2のポテンシャル状態を基の状態に戻した後、信号φRSをＨｉにして、トランジスタＴ5をＯＦＦにする。次に、キャパシタＣが積分動作を行うようになっている。これにより、キャパシタＣとトランジスタＴ4のゲートＴ4Gとの接続ノードの電圧が、リセットされたトランジスタＴ2のゲート電圧に応じたものとなる。
【００５３】
次に、垂直走査回路２４がパルス信号φVをトランジスタＴ6のゲートＴ6Gに与えることでトランジスタＴ6をＯＮにするとともに、電圧値Ｖｌのパルス信号φVDをキャパシタＣに印加するようになっている。このとき、トランジスタＴ4がソースフォロワ型のＭＯＳトランジスタとして動作するため、信号読出ラインＬDにはノイズ信号が電圧信号として現れる。
【００５４】
そして、垂直走査回路２４がパルス信号φRSをトランジスタＴ5のゲートＴ5Gに与えてキャパシタＣとトランジスタＴ4のゲートＴ4Gとの接続ノードの電圧をリセットした後、信号φSをＬｏｗにしてトランジスタＴ1をＯＮとするようになっている。これにより、リセット動作が完了し、画素Ｇ11〜Ｇmnが撮像可能状態となる。
【００５５】
また、各画素Ｇ11〜Ｇmnは以下の撮像動作を行うようになっている。
【００５６】
フォトダイオードＰより入射光量に応じた光電荷がトランジスタＴ2に流れ込むと、光電荷がトランジスタＴ2のゲートＴ2Gに蓄積されるようになっている。
【００５７】
ここで、被写体の輝度が低く、フォトダイオードＰに対する入射光量が前記所定入射光量ｔｈよりも少ない場合には、トランジスタＴ2はカットオフ状態であるので、トランジスタＴ2のゲートＴ2Gに蓄積された光電荷量に応じた電圧が当該ゲートＴ2Gに現れる。そのため、トランジスタＴ3のゲートＴ3Gには、入射光を線形変換した電圧が現れるようになっている。
【００５８】
一方、被写体の輝度が高く、フォトダイオードＰに対する入射光量が前記所定入射光量ｔｈよりも多い場合には、トランジスタＴ2がサブスレッショルド領域で動作を行うようになっている。そのため、トランジスタＴ3のゲートＴ3Gには、入射光を自然対数で対数変換した電圧が現れる。
【００５９】
なお、本実施の形態においては、画素Ｇ11〜Ｇmnの間で前記所定値の値は等しくなっている。
【００６０】
トランジスタＴ3のゲートＴ3Gに電圧が現れると、その電圧量に応じてキャパシタＣからトランジスタＴ3のドレインＴ3Dに流れる電流が増幅されるようになっている。そのため、トランジスタＴ4のゲートＴ4Gには、フォトダイオードＰの入射光を線形変換又は対数変換した電圧が現れる。
【００６１】
次に、垂直走査回路２４が信号φVDの電圧値をＶｍとするとともに、信号φVをＬｏｗとするようになっている。これにより、トランジスタＴ4のゲート電圧に応じたソース電流が、トランジスタＴ6を介して信号読出ラインＬDへ流れる。このとき、トランジスタＴ4がソースフォロワ型のＭＯＳトランジスタとして動作するため、信号読出ラインＬDには撮像時の電気信号が電圧信号として現れるようになっている。ここで、トランジスタＴ4，Ｔ6を介して出力される電気信号の信号値はトランジスタＴ4のゲート電圧に比例した値となるため、当該信号値はフォトダイオードＰの入射光を線形変換又は対数変換した値となる。
【００６２】
そして、垂直走査回路２４が信号φVDの電圧値をＶｈとするとともに、信号φVをＨｉとすることにより、撮像動作が終了するようになっている。
【００６３】
以上のように動作するとき、撮像時の信号φVPSの電圧値ＶＬが低くなり、リセット時の信号φVPSの電圧値ＶＨとの差を大きくするほど、トランジスタＴ2のゲート・ソース間におけるポテンシャル差が大きくなって、トランジスタＴ2がカットオフ状態で動作する被写体輝度の割合が大きくなる。したがって、以下の図６に示すように、電圧値ＶＬが低いほど、線形変換する被写体輝度の割合が大きくなる。このように、本実施形態に係る撮像素子４の出力信号は、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。即ち、電圧値ＶＬを低くすることで線形変換する領域が多くなり、電圧値ＶＬを高くすることで対数変換する領域を多くすることで、所望の光電変換特性とすることができる。
【００６４】
このように、撮像素子４の画素Ｇ11〜Ｇmnに与える信号φVPSの電圧値ＶＬの値を切り換えることによって、ダイナミックレンジを切り換えることが可能となっている。すなわち、システム制御部７が変曲点変更部２２を介して撮像素子４への信号φVPSの電圧値ＶＬの値を切り換えることによって、画素Ｇ11〜Ｇmnの線形変換動作から対数変換動作に切り換わる変曲点を変更することができるようになっている。
【００６５】
図６は、本実施の形態に係る画素の受光量に対する出力を示したグラフである。上述のように、システム制御部７が電圧値ＶＬの値を切り換えることにより、画素Ｇ11〜Ｇmnの線形変換動作から対数変換動作に切り換わる変曲点を変更することができるようになっている。
【００６６】
同図に示すＡのグラフは、受光量に対し線形変換動作した場合の出力を示し、Ｂは受光量に対し対数変換動作した場合の出力を示し、Ｃは線形変換動作と対数変換動作が所望の変曲点で変更され、併用された場合の出力状態を示している。
【００６７】
なお、本実施形態に係る撮像素子４は線形変換動作と対数変換動作とを各画素において自動的に切り換えるものであればよく、図４とは異なる構成の画素を備えた撮像素子４であってもよい。
【００６８】
また、本実施の形態においては撮像時の信号φVPSの電圧値ＶＬを変更することで線形変換動作と対数変換動作とを切り換えることとしたが、リセット時の信号φVPSの電圧値ＶＨを変更することで線形変換動作と対数変換動作との変曲点を変更してもよい。更に、リセット時間を変更することで線形変換動作と対数変換動作との変曲点を変更してもよい。
【００６９】
また、本実施の形態の撮像素子４は各画素にＲＧＢフィルタを備えるものとしたが、シアン（Ｃｙａｎ）、マゼンタ（Ｍａｇｅｎｔａ）、イエロー（Ｙｅｌｌｏｗ）など他の色フィルタを備えるものとしてもよい。
【００７０】
図２に戻り、信号処理部８はアンプ２７、Ａ／Ｄコンバータ２８、黒基準補正部２９、ＡＥ評価値算出部３０、ＷＢ処理部３１、色補間部３２、色補正部３３、階調変換部３４及び色空間変換部３５から構成されている。
【００７１】
このうち、アンプ２７は、撮像素子４から出力された電気信号を所定の規定レベルに増幅して撮影画像のレベル不足を補償するようになっている。また、Ａ／Ｄコンバータ２８（ＡＤＣ）は、アンプ２７において増幅された電気信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するようになっている。
【００７２】
黒基準補正部２９は、最低輝度値となる黒レベルを、基準値に補正するようになっている。すなわち、撮像素子４のダイナミックレンジにより黒レベルが異なるため、Ａ／Ｄコンバータ２８から出力されるＲＧＢ各信号の信号レベルに対して、黒レベルとなる信号レベルを減算することで黒基準補正が行われるようになっている。
【００７３】
ＡＥ評価値算出部３０は、黒基準補正後の電気信号からＡＥ（自動露出）のための、以下の機能を有している。ＲＧＢの各原色成分から成る電気信号レベルに所定の演算を行うことで、撮像素子４の所定の範囲の輝度の平均値を算出して、入射光量を設定するＡＥ評価値としてシステム制御部７に出力する機能を有している。即ち、本例ではＡＥ評価値算出部３０が被写体輝度を検出する輝度検出手段となっている。
【００７４】
一方、システム制御部７内のＲＯＭには、被写体輝度に対応して予め設定された変曲点位置、即ち、被写体輝度に対応して上記の電圧値ＶＬの値を記憶した記憶領域を有している。変曲点制御手段であるシステム制御部７は、輝度検出手段であるＡＥ評価値算出部３０から被写体輝度情報を得ると、この被写体輝度値に対応づけられたＲＯＭに記憶された変曲点位置となるよう、変曲点変更部２２を介して撮像素子４の変曲点を制御するようになっている。
【００７５】
ＷＢ処理部３１は、黒基準補正後の電気信号から補正係数を算出することによって、撮像画像のＲ，Ｇ，Ｂの各色成分のレベル比（Ｒ／Ｇ，Ｂ／Ｇ）を調整して白色を正しく表示するようになっている。色補間部３２は、撮像素子４の画素において得られる信号が原色のうち一つあるいは二つだけである場合に、各画素についてＲ，Ｇ，Ｂの各色成分値を求めることができるように、欠落する色成分を画素ごとに補間する色補間処理を行う。色補正部３３は、色補間部３２から入力する画像データの画素ごとの色成分値を補正して、各画素の色合いを強調した画像を生成する。階調変換部３４は、画像を忠実に再現すべく、画像の入力から最終出力までにおいてガンマを１として理想階調再現特性を実現するために、画像の階調の応答特性を撮像装置１のガンマ値に応じた最適のカーブに補正するガンマ補正処理を行う。
【００７６】
色空間変換部３５は、色空間をＲＧＢからＹＵＶに変換するようになっている。ＹＵＶは、輝度（Ｙ）信号と青の色差（Ｕ、Ｃｂ）と赤の色差（Ｖ、Ｃｒ）の２つの色度で色を表現するの管理方法であり、色空間をＹＵＶに変換することにより、色差信号のみのデータ圧縮が行いやすくなる。
【００７７】
タイミング生成部２０は、撮像素子４による撮影動作（露光に基づく電荷蓄積や蓄積電荷の読出しなど）を制御するようになっている。すなわち、システム制御部７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、タイミング生成部２０は、Ａ／Ｄコンバータ２８において用いられるＡ／Ｄ変換用のクロックも生成する。
【００７８】
記録部１０は、半導体メモリなどからなる記録用のメモリであり、信号処理部８から入力された画像データを記録する画像データ記録領域を有している。記録部１０は、例えばフラッシュメモリなどの内蔵型メモリや、着脱可能なメモリカードであってもよく、また、ハードディスク等の磁気記録媒体などであってもよい。
【００７９】
フラッシュ発光部５は、被写体の撮影時に検出された周囲環境の輝度が不足する場合に、システム制御部７の制御によって所定の発光タイミングで発光するようになっている。調光センサ６は、発光量を調光するために、被写体側から反射されるフラッシュ光の反射光を受光して、受光結果をシステム制御部７に出力するようになっている。
【００８０】
モニタ１１は、表示部としての機能を果たすものであり、被写体のプレビュー画像を表示し、システム制御部７の制御に基づいて信号処理部８で画像処理された撮影画像を表示する他、ユーザが機能選択するためのメニュー画面などのテキスト画面を表示するようになっている。すなわち、モニタ１１は、静止画撮影モード又は動画撮影モードを選択する撮影モード選択画面や、オートモード、オフモード又はオンモードのいずれかを選択するストロボモード選択画面などを表示するようになっている。
操作部２１は、ズームボタン１２、ズームボタン１３、選択用十字キー１５ａ、レリーズスイッチ１６及び電源スイッチ１７等から構成されており、ユーザが操作部２１を操作することにより、各ボタン又はスイッチの機能に対応した指示信号がシステム制御部７に送信され、この指示信号に従って撮像装置１の各構成部分が駆動制御されるようになっている。
【００８１】
このうち、選択用十字キー１５ａは、十字キーの押下によりモニタ１１の画面上でカーソルやウィンドウを移動させる機能を果たすと共に、確定キー１５ｂの押下によりカーソルやウィンドウによる選択内容を確定させる機能を果たしている。すなわち、選択用十字キー１５ａの十字キーを押下することによりモニタ１１に表示されたカーソルを移動させて、メニュー画面から撮影モードの選択画面を開き、更に撮影モードの選択画面上で所望の撮影モードボタンにカーソルを移動させて、確定キー１５ｂを押下すると、撮影モードを決定することができるようになっている。
【００８２】
レリーズスイッチ１６は、静止画撮影モードにおいて半押し（以下、スイッチＳ１のＯＮと称す）により撮影の準備動作を開始し、また、全押し（以下、スイッチＳ２のＯＮと称す）により撮像素子４に露光を与え、露光によって得られた電気信号に所定の信号処理を施して記録部１０に記録するという一連の撮影動作が実行されるようになっている。メインスイッチ１７は、押下により撮像装置１のＯＮ、ＯＦＦを順次繰り返すようになっている。
【００８３】
以上が、本実施の形態に係る撮像素子４及びこの撮像素子４を備えた撮像装置１の概略構成である。以下に、撮像装置１の動作について説明する。
【００８４】
なお、撮像装置１は、静止画撮影モード、動画撮影モード、再生モード、セットアップモード等を有するものであるが、本発明は、静止画又は動画の撮影モード時に係るものであり、以下では、静止画撮影モードであって、被写体輝度に対応して予め絞り値とシャッター速度の組み合わせで露光を与える所謂プログラムＡＥで撮影する場合を例にとって説明する。
【００８５】
図７は、本実施の形態に係る撮像装置１の静止画撮影モード時の動作概略を示すフローチャートである。以下、同図に示すフローに従い説明する。
【００８６】
同図において、静止画撮影モードに入ると、撮像素子、アンプ、Ａ／Ｄコンバータ等の撮像部の駆動を開始し（ステップＳ１５０）、画像表示部であるモニタでライブビュー表示を行う（ステップＳ１５１）。ここでのライブビュー表示は、入射光量に対して線形的に変換した撮像素子出力に基づいて行われる。
【００８７】
ここで、メインスイッチのＯＮを判断する（ステップＳ１５２）。メインスイッチがＯＦＦされた場合（ステップＳ１５２；Ｎｏ）には、ライブビュー表示を停止させ（ステップＳ１８０）、撮像部の駆動を停止（ステップＳ１８５）させて終了する。
【００８８】
メインスイッチがＯＮの場合（ステップＳ１５２；Ｙｅｓ）には、再度、静止画撮影モードであるか判断する（ステップＳ１５３）。静止画撮影モード以外のモードに切り替えられた場合（ステップＳ１５３；Ｎｏ）には、他の切り替えられたモードへ移行する（ステップＳ１７０）。
【００８９】
静止画撮影モードである場合（ステップＳ１５３；Ｙｅｓ）は、次にスイッチＳ１がＯＮされているか判断する（ステップＳ１５５）。スイッチＳ１がＯＮされていない場合（ステップＳ１５５；Ｎｏ）は、ステップＳ１５２へ戻る。
【００９０】
スイッチＳ１がＯＮされる（ステップＳ１５５；Ｙｅｓ）と、ＡＦ動作とＡＥ準備動作（ステップＳ１５６）を行う。ＡＦ動作は、例えばレンズユニット内のフォーカシングレンズを小刻みに移動と停止を繰り返し、各停止位置での画像を取り込み、各画像を評価して、高周波成分が最も多く存在し最もピントが合っていると評価された画像の得られた位置にフォーカシングレンズを位置させることで行われる。また、ＡＥ準備動作は、以下のようにする。
【００９１】
図８は、図７に示すステップＳ１５６のＡＥ準備動作の概略を示すフローチャートである。
【００９２】
ＡＥ準備動作は、例えば撮像素子出力が全ての輝度に対し対数的変換がされるよう変曲点を設定し、所定の露光時間、絞り値で被写体画像が取り込まれる（ステップＳ２０１）。次に、得られた被写体の画像データを用いて、予め決められた範囲の領域の平均輝度値を演算により求める（ステップＳ２０２）。
【００９３】
次いで、ステップＳ２０２で得られた平均輝度値がＡＥ評価値算出部３０からシステム制御部７に出力され（図２参照）、システム制御部７は、システム制御部７内のＲＯＭに予め記憶されている、被写体輝度と変曲点位置のテーブルより、撮影時の変曲点の設定を読み出して決定する（ステップＳ２０３）。この後、図７に示すステップＳ１５７へ移行する。
【００９４】
このＡＥ準備動作後は、ステップＳ２０３で決定された変曲点位置での撮像素子出力によるライブビュー表示が行われる。このライブビュー表示はステップＳ１５７におけるスイッチＳ１がＯＦＦされるか、ステップＳ１５８のスイッチＳ２がＯＮされるまで、行われる。このようにすることで、撮影後の画像を想定することができると共に、画面のちらつきを防ぐこともできる。
【００９５】
即ち、本実施の形態では、撮影時の変曲点の設定が被写体輝度に対応して予め決められて記憶手段に記憶されており、被写体輝度を得た後、記憶手段から被写体輝度に対応した変曲点の設定位置を読み出して、その設定で撮影を行うというものである。
【００９６】
表１に、記憶手段に記憶された被写体輝度と撮影条件及び変曲点の設定の対応テーブルの例を示す。
【００９７】
【表１】
2007067491.tif 000003
【００９８】
図９は、本実施の形態に係る画素の受光量と出力の関係を示す図である。同図（ａ）は撮像素子を線形変換のみで使用した場合の画素出力を示すグラフであり、同図（ｂ）、（ｃ）は撮像素子を線形変換領域と対数変換領域を併用して使用した場合の画素出力を示すグラフであり、同図（ｂ）と（ｃ）の相違点は線形変換領域と対数変換領域の変曲点の位置が異なるものである。表１と図９を用いて、より詳しく説明する。
【００９９】
表１に示すように、記憶手段であるシステム制御部内のＲＯＭには、被写体輝度を表すブライトバリュー値（ＢＶ値）と、各ＢＶ値に対応して、撮影する際の入射光量制御手段である絞り値とシャッタ速度と、撮像素子のゲインに相当するＩＳＯ感度と、画素の受光量と出力の変換を線形とするか対数とするかが、予め記憶されている。
【０１００】
同表に示すように、ＢＶ値が４〜９である場合には、画素出力は線形変換のみが用いられるよう設定され、絞り値とシャッタ速度とＩＳＯ感度を選択的に変更することにより露光がなされるように決められている。この時は、図９（ａ）に示すグラフのような画素出力を得るように決められ、記憶されている。
【０１０１】
また、ＢＶ値が１０である場合には、画素出力は線形変換領域と対数変換領域が併用されると共に、絞り値とシャッタ速度とＩＳＯ感度はＢＶ値９の時の露光条件が用いられて露光が行われる。この時は、図９（ｂ）に示すグラフ、即ち、画素出力の出力範囲のうち、線形変換領域：対数変換領域が４：１となるように変曲点が設定されるように決められ、記憶されている。
【０１０２】
また、ＢＶ値が１１である場合には、画素出力は線形変換領域と対数変換領域が併用されると共に、絞り値とシャッタ速度とＩＳＯ感度はＢＶ値９の時の露光条件が用いられて露光が行われる。この時は、図９（ｃ）に示すグラフ、即ち、画素出力の出力範囲のうち、線形変換領域：対数変換領域が３：２となるように変曲点が設定されるように決められ、記憶されている。
【０１０３】
図８のステップＳ２０３の後、図７に戻り、再度スイッチＳ１がＯＮされているか確認する（ステップＳ１５７）。スイッチＳ１がＯＮされていない場合（ステップＳ１５７；Ｎｏ）には、ステップＳ１５２へ戻る。スイッチＳ１がＯＮされている場合（ステップＳ１５７；Ｙｅｓ）には、スイッチＳ２がＯＮされるのを待機する（ステップＳ１５８）。スイッチＳ２がＯＮされていない場合（ステップＳ１５８；Ｎｏ）には、ステップＳ１５７へ戻る。
【０１０４】
スイッチＳ２がＯＮされた場合（ステップＳ１５８；Ｙｅｓ）には、被写体輝度に応じて予め決められ記憶手段に記憶された、上記の表１に示した露光条件及び画素出力条件で撮影が行われる（ステップＳ１６０）。次いで、メモリーカードに撮影した画像データを記録（ステップＳ１６１）し、撮影した画像を画像表示部に所定時間アフタービュー表示（ステップＳ１６２）した後、ステップＳ１５１のライブビュー表示に戻る。
【０１０５】
以上が、本実施の形態に係る撮像装置の動作概略である。
【０１０６】
上記の説明では、プログラムＡＥを例に取り説明したが、絞り優先ＡＥやシャッタ速度優先ＡＥにおいても、同様のことが可能である。
【０１０７】
表２に、絞り優先ＡＥの場合の、記憶手段に記憶された被写体輝度と撮影条件及び変曲点の設定の対応テーブルの例を示す。なお、同表は絞り値をＦ２．８とした場合を示している。
【０１０８】
【表２】
2007067491.tif 000004
【０１０９】
同表に示すように、ＢＶ値が４〜７である場合には、画素出力は線形変換のみが用いられるよう設定され、シャッタ速度とＩＳＯ感度を選択的に変更することにより露光がなされるように決められている。この時は、図９（ａ）に示すグラフのような画素出力を得るように決められ、予め記憶手段に記憶されている。
【０１１０】
ＢＶ値が８の場合には、画素出力は線形変換領域と対数変換領域が併用されると共に、シャッタ速度とＩＳＯ感度はＢＶ値７の時の露光条件が用いられて露光が行われる。この時は、図９（ｂ）に示すグラフ、即ち、画素出力の出力範囲のうち、線形変換領域：対数変換領域が４：１となるように変曲点が設定されるように決められ、記憶されている。
【０１１１】
ＢＶ値が９の場合には、画素出力は線形変換領域と対数変換領域が併用されると共に、絞り値とシャッタ速度とＩＳＯ感度はＢＶ値７の時の露光条件が用いられて露光が行われる。この時は、図９（ｃ）に示すグラフ、即ち、画素出力の出力範囲のうち、線形変換領域：対数変換領域が３：２となるように変曲点が設定されるように決められ、記憶されている。
【０１１２】
ＢＶ値が１０の場合には、画素出力は線形変換領域と対数変換領域が併用されると共に、シャッタ速度とＩＳＯ感度はＢＶ値７の時の露光条件が用いられて露光が行われる。この時は、不図示であるが、画素出力の出力範囲のうち、線形変換領域：対数変換領域が２：３となるように変曲点が設定されるように決められ、記憶されている。
【０１１３】
ＢＶ値が１１の場合には、画素出力は線形変換領域と対数変換領域が併用されると共に、シャッタ速度とＩＳＯ感度はＢＶ値７の時の露光条件が用いられて露光が行われる。この時は、不図示であるが、画素出力の出力範囲のうち、線形変換領域：対数変換領域が１：４となるように変曲点が設定されるように決められ、記憶されている。
【０１１４】
表３に、シャッタ速度優先ＡＥの場合の、記憶手段に記憶された被写体輝度と撮影条件及び変曲点の設定の対応テーブルの例を示す。同表はシャッタ速度を１／１２８秒とした場合を示している。
【０１１５】
【表３】
2007067491.tif 000005
【０１１６】
同表に示すように、ＢＶ値が４〜７である場合には、画素出力は線形変換のみが用いられるよう設定され、絞り値とＩＳＯ感度を選択的に変更することにより露光がなされるように決められている。この時は、図９（ａ）に示すグラフのような画素出力を得るように決められ、予め記憶手段に記憶されている。
【０１１７】
ＢＶ値が８の場合には、画素出力は線形変換領域と対数変換領域が併用されると共に、絞り値とＩＳＯ感度はＢＶ値７の時の露光条件が用いられて露光が行われる。この時は、図９（ｂ）に示すグラフ、即ち、画素出力の出力範囲のうち、線形変換領域：対数変換領域が４：１となるように変曲点が設定されるように決められ、記憶されている。
【０１１８】
ＢＶ値が９の場合には、画素出力は線形変換領域と対数変換領域が併用されると共に、絞り値とＩＳＯ感度はＢＶ値７の時の露光条件が用いられて露光が行われる。この時は、図９（ｃ）に示すグラフ、即ち、画素出力の出力範囲のうち、線形変換領域：対数変換領域が３：２となるように変曲点が設定されるように決められ、記憶されている。
【０１１９】
ＢＶ値が１０の場合には、画素出力は線形変換領域と対数変換領域が併用されると共に、絞り値とＩＳＯ感度はＢＶ値７の時の露光条件が用いられて露光が行われる。この時は、不図示であるが、画素出力の出力範囲のうち、線形変換領域：対数変換領域が２：３となるように変曲点が設定されるように決められ、記憶されている。
【０１２０】
ＢＶ値が１１の場合には、画素出力は線形変換領域と対数変換領域が併用されると共に、絞り値とＩＳＯ感度はＢＶ値７の時の露光条件が用いられて露光が行われる。この時は、不図示であるが、画素出力の出力範囲のうち、線形変換領域：対数変換領域が１：４となるように変曲点が設定されるように決められ、記憶されている。
【０１２１】
以上説明したように、被写体輝度を検出し、被写体輝度に対応して予め設定された変曲点位置を記憶した記憶手段から変曲点位置を読み出して変曲点を変更制御することにより、撮影時の変曲点を決定するための時間を短縮でき、使用者にとって良好な操作感を有した、種々の被写体条件に対して、被写体を良好に再現できる撮像装置を得ることが可能となる。
【０１２２】
更に、被写体輝度を検出し、被写体輝度に対応して予め設定された入射光量制御手段である絞り値とシャッタ速度と、感度と、変曲点の制御と、を選択的に用いて撮像素子への露光制御を行い、特に高輝度側で線形変換と対数変換を併用した画素出力とすることにより、特に被写体輝度が高い場合に多く発生する被写体輝度幅の広い被写体条件に対しても、被写体を良好に再現できる撮像装置を得ることが可能となる。
【０１２３】
なお、上記の説明では、プログラムＡＥ、絞り優先ＡＥ、シャッタ速度優先ＡＥのそれぞれの場合について、被写体輝度がＢＶ４〜１１の範囲について説明したが、これに限るものでなく、より広い範囲について予め記憶させておくことが好ましい。また、絞り優先ＡＥについては、使用する各絞り値毎に予め記憶されているのは勿論であり、シャッタ速度優先ＡＥについては、使用する各シャッタ速度毎に予め記憶されているのは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【０１２４】
【図１】本実施の形態に係る撮像装置の外観斜視図である。
【図２】本実施の形態に係る撮像装置の機能的構成を示すブロック図である。
【図３】本実施の形態に係る撮像素子の構成を示すブロック図である。
【図４】本実施の形態に係る撮像素子が備える画素の構成を示す回路図である。
【図５】本実施の形態に係る撮像素子が備える画素の動作のタイミングチャートを示す図である。
【図６】本実施の形態に係る画素の受光量に対する出力を示したグラフである。
【図７】本実施の形態に係る撮像装置の静止画撮影モード時の動作概略を示すフローチャートである。
【図８】図７に示すステップＳ１５６のＡＥ準備動作の概略を示すフローチャートである。
【図９】本実施の形態に係る画素の受光量と出力の関係を示す図である。
【符号の説明】
【０１２５】
１  撮像装置
２  筐体
３  レンズユニット
４  撮像素子
５  フラッシュ発光部
６  調光センサ
７  システム制御部
８  信号処理部
１１  モニタ
１２  ズームボタンＷ
１３  ズームボタンＴ
１４  光学式ファインダ
１５  選択用十字キー
１６  レリーズスイッチ
１７  電源スイッチ
１８  ＵＳＢ端子
２２  変曲点変更部
２７  アンプ
２８  Ａ／Ｄコンバータ
２９  黒基準補正部
３０  ＡＥ評価値算出部
３１  ＷＢ処理部
３２  色補間部
３３  色補正部
３４  階調変換部
３５  色空間変換部
【図１】
2007067491.tif 000006
【図２】
2007067491.tif 000007
【図３】
2007067491.tif 000008
【図４】
2007067491.tif 000009
【図５】
2007067491.tif 000010
【図６】
2007067491.tif 000011
【図７】
2007067491.tif 000012
【図８】
2007067491.tif 000013
【図９】
2007067491.tif 000014