(57)【要約】【課題】ほぼリアルタイムに撮像素子の変曲点バラツキを補正することができ、撮像された画像の高画質化に寄与する撮像装置および変曲点補正方法を提供すること。【解決手段】変曲点を境に異なる光電変換特性を有する複数の画素からなる撮像素子を備えた撮像装置において、記録のための撮像前に、撮像素子を遮光した状態で、撮像素子を少なくとも２つの異なる電位でリセットし、異なる電位でリセットされた後の撮像データを用いて変曲点を示すデータを生成し、この変曲点を示すデータを用いて変曲点バラツキの補正を行うことで、ほぼリアルタイムに撮像素子の変曲点バラツキを補正することができ、安価で高画質な撮像装置および変曲点補正方法を提供することができる。【選択図】図１
2007104242.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
変曲点を境に異なる光電変換特性を有する複数の画素からなる撮像素子と、
前記撮像素子の画素を遮光する遮光手段と、
前記撮像素子の撮像動作を制御する撮像制御手段と、
前記撮像素子から出力される撮像データに画像処理を施す画像処理手段とを備えた撮像装置において、
前記撮像制御手段は、記録のための撮像前に、前記遮光手段が前記撮像素子の画素を遮光した状態で、前記撮像素子の画素を少なくとも２つの異なる電位でリセットし、その後に撮像データを出力するように制御するリセットモードを有し、
前記画像処理手段は、前記リセットモードで出力される撮像データを用いて、前記撮像素子の画素の光電変換特性の変曲点を示す変曲点データを生成する変曲点データ生成手段と、
前記変曲点データを用いて、基準となる光電変換特性の変曲点と前記撮像素子の画素の光電変換特性の変曲点とのズレを補正する変曲点補正手段とを備えたことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記撮像素子の画素は、少なくとも光電変換手段と、光電変換手段に蓄積された電荷を転送する電荷転送手段とを有し、
前記リセットモードは、前記撮像素子の画素を、少なくとも前記電荷転送手段のしきい値よりも高い電位と低い電位との２つの異なる電位にリセットするように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】
変曲点を境に異なる光電変換特性を有する複数の画素からなる撮像素子の、基準となる光電変換特性の変曲点からのズレを補正する変曲点補正方法であって、前記撮像素子の画素を遮光した状態で、前記撮像素子の画素を少なくとも２つの異なる電位でリセットし、その後に撮像データを出力するように制御し、出力される撮像データを用いて、前記撮像素子の画素の光電変換特性の変曲点を示す変曲点データを生成し、前記変曲点データを用いて、基準となる光電変換特性の変曲点と前記撮像素子の画素の光電変換特性の変曲点とのズレを補正することを特徴とする変曲点補正方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置に関し、特に、変曲点を境に異なる光電変換特性を有する複数の画素からなる撮像素子を備え、基準となる光電変換特性の変曲点と、画素の光電変換特性の変曲点とのズレを補正する変曲点補正手段を備えた撮像装置に関する。さらに、変曲点補正方法に関し、特に、変曲点を境に異なる光電変換特性を有する複数の画素からなる撮像素子の基準となる光電変換特性の変曲点からのズレを補正する変曲点補正方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の、変曲点を境に異なる光電変換特性を有する複数の画素からなる撮像素子、例えば、低照度側は線形の光電変換特性、高照度側は対数の光電変換特性（以下、リニアログ特性と言う）を有する撮像素子（以下、リニアログセンサと言う）、を備えた撮像装置においては、画素を構成する素子の特性バラツキに起因して変曲点がばらつく場合があり、画質に少なからぬ悪影響を与えていた。
【０００３】
そこで、変曲点のバラツキ補正方法として、全画素の光電変換特性と標準の光電変換特性を記憶し、撮像時の全画素の画像データを標準の光電変換特性上のデータに補正する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、特許文献１には、全画素の周囲温度に対する温度係数と、基準温度係数との比を記憶し、温度センサが検出した周囲温度に基づき温度特性を補正する方法も記載されている。
【０００４】
さらに、対数特性領域の信号オフセットが任意のオフセットになるように補正した後に線形特性領域の信号を補正し、また、撮像素子の温度を検出して温度補正を行う方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平１１−２９８７９９号公報
【特許文献２】特開２０００−１７５１０８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、特許文献１の方法は、例えば、低価格のデジタルカメラに用いられる２００万画素の撮像素子の全画素の光電変換特性を、全照度域を１，０００に分割して各々を１６ビット（２バイト）データとして記憶するためには、２００万×１，０００×２＝４ギガバイトの、パーソナルコンピュータを超える巨大なメモリが必要であり、デジタルカメラ等の撮像装置には適用できない。また、全画素の撮像データと記憶された光電変換特性とを比較して、その結果から、撮像データを標準の光電変換特性上のデータに補正するには、非常に多くの演算が必要であり、演算時間がかかりすぎるために、デジタルカメラ等の撮像装置には適用できない。
【０００６】
また、特許文献２の方法では、例えば図１６（ａ）に示したような、リニアログ特性で、全画素の光電変換特性の基準となる光電変換特性（以下、基準特性と言う）６０１と、基準特性６０１に対して変曲点のずれた光電変換特性（以下、比較特性と言う）６０３のグラフを考えたときに、比較特性６０３（変曲点６０３ｄを境に線形特性６０１ａと対数特性６０３ｃを有する）を、図の縦軸方向に平行移動（以下、オフセットと言う）６０５を行って、基準特性６０１（変曲点６０１ｄを境に線形特性６０１ａと対数特性６０１ｃを有する）に合わせこもうとすると、対数特性６０３ｃの内、撮像面照度がＬｍより大きい部分は対数特性６０１ｃと一致するが、対数特性６０３ｃの内、撮像面照度がＬｍより小さい部分６０３ｂは、対数特性６０７ｂとなり、線形特性６０１ａの内、撮像面照度がＬｎより大きい部分６０１ｂと一致しない。つまり、変曲点バラツキを補正することはできない。
【０００７】
ここに、図１６（ａ）は、リニアログ特性で、変曲点バラツキのある（変曲点６０１ｄと変曲点６０３ｄ）２本の光電変換特性６０１と６０３のグラフを示す模式図で、横軸に撮像面照度Ｌを対数軸で、縦軸に光電変換出力ＶＰを線形軸でとってあり、変曲点６０１ｄの撮像面照度はＬｍで、光電変換出力はＶｍ、変曲点６０３ｄの撮像面照度はＬｎで、光電変換出力はＶｎである。
【０００８】
また、図１６（ｂ）に示すように、変曲点は温度によって変動する。本願出願人による測定では、図示したように、０℃から６５℃程度の実使用温度条件下では、線形特性領域は温度によってほとんど変化がないが、対数特性領域では、高温になるに従って、変曲点が低照度側に移動し、対数特性領域の傾きが立ってくる。対数特性領域の傾きが立つのは、対数特性が絶対温度に比例する特性だからである。
【０００９】
特許文献１には、全画素の周囲温度に対する温度係数と、基準温度係数との比を記憶し、温度センサが検出した周囲温度に基づき温度特性を補正する方法も記載されているが、温度センサの検出する周囲温度と実際の撮像素子の温度とは必ずしも一致しないため、特許文献１の方法では、温度特性は正しく補正できない。
【００１０】
また、特許文献２にも、温度センサで撮像素子の温度を検出して温度補正を行う旨の記載があるが、温度センサに関する説明が無く、撮像素子の温度が正しく測定できるとは言えない。
【００１１】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、ほぼリアルタイムに撮像素子の変曲点バラツキを補正することができ、撮像された画像の高画質化に寄与する撮像装置および変曲点補正方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の目的は、下記構成により達成することができる。
【００１３】
（１）  変曲点を境に異なる光電変換特性を有する複数の画素からなる撮像素子と、
前記撮像素子の画素を遮光する遮光手段と、
前記撮像素子の撮像動作を制御する撮像制御手段と、
前記撮像素子から出力される撮像データに画像処理を施す画像処理手段とを備えた撮像装置において、
前記撮像制御手段は、記録のための撮像前に、前記遮光手段が前記撮像素子の画素を遮光した状態で、前記撮像素子の画素を少なくとも２つの異なる電位でリセットし、その後に撮像データを出力するように制御するリセットモードを有し、
前記画像処理手段は、前記リセットモードで出力される撮像データを用いて、前記撮像素子の画素の光電変換特性の変曲点を示す変曲点データを生成する変曲点データ生成手段と、
前記変曲点データを用いて、基準となる光電変換特性の変曲点と前記撮像素子の画素の光電変換特性の変曲点とのズレを補正する変曲点補正手段とを備えたことを特徴とする撮像装置。
【００１４】
（２）  前記撮像素子の画素は、少なくとも光電変換手段と、光電変換手段に蓄積された電荷を転送する電荷転送手段とを有し、
前記リセットモードは、前記撮像素子の画素を、少なくとも前記電荷転送手段のしきい値よりも高い電位と低い電位との２つの異なる電位にリセットするように制御することを特徴とする（１）に記載の撮像装置。
【００１５】
（３）  変曲点を境に異なる光電変換特性を有する複数の画素からなる撮像素子の、基準となる光電変換特性の変曲点からのズレを補正する変曲点補正方法であって、前記撮像素子の画素を遮光した状態で、前記撮像素子の画素を少なくとも２つの異なる電位でリセットし、その後に撮像データを出力するように制御し、出力される撮像データを用いて、前記撮像素子の画素の光電変換特性の変曲点を示す変曲点データを生成し、前記変曲点データを用いて、基準となる光電変換特性の変曲点と前記撮像素子の画素の光電変換特性の変曲点とのズレを補正することを特徴とする変曲点補正方法。
【発明の効果】
【００１６】
以上に述べたように、本発明によれば、記録のための撮像前に、撮像素子を遮光した状態で、撮像素子を少なくとも２つの異なる電位でリセットし、異なる電位でリセットされた後の撮像データを用いて変曲点を示すデータを生成し、この変曲点を示すデータを用いて変曲点バラツキの補正を行うことで、全画素の光電変換特性を記憶する大容量のメモリが不要で、ほぼリアルタイムに撮像素子の変曲点バラツキの補正が行えるため、安価で高画質な撮像装置および変曲点補正方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。
【００１８】
まず最初に、本発明に係る撮像装置の一例であるデジタルカメラについて、図１および図２を用いて説明する。
【００１９】
図１は、デジタルカメラの外観模式図で、図１（ａ）は正面図、図１（ｂ）は背面図である。
【００２０】
図１（ａ）において、デジタルカメラ１のボディ１０の正面には、交換レンズ２０が取り付けれられている。ボディ１０の上面には、撮像のための操作部材であるレリーズボタン１０１が設置されており、ボディ１０の内部でレリーズボタン１０１の下部には、レリーズボタン１０１の押し込みの１段目で動作するＡＦスイッチ１０１ａと、レリーズボタンの押し込みの２段目で動作するレリーズスイッチ１０１ｂを構成する２段スイッチが配置されている。また、ボディ１０の上部には、フラッシュ１０２が内蔵され、デジタルカメラ１の動作モードを設定するモード設定ダイアル１１２が配置されている。
【００２１】
図１（ｂ）で、ボディ１０の背面には、デジタルカメラ１の電源をオン／オフするための電源スイッチ１１１、カメラの各種設定条件を変更する変更ダイアル１１３、上下左右と中央の５つのスイッチから成り、デジタルカメラ１の各動作モードでの各種設定を行うためのジョグダイアル１１５、ファインダ接眼レンズ１２１ａ、記録された画像や各種情報等を表示するための画像表示手段１３１が配置されている。
【００２２】
図２は、図１に示したデジタルカメラ１の回路の一例を示すブロック図である。図中、図１と同じ部分には同じ番号を付与した。
【００２３】
デジタルカメラ１の制御を行うカメラ制御手段１５０は、ＣＰＵ（中央処理装置）１５１、ワークメモリ１５２、記憶部１５３、データメモリ１５４等から構成され、記憶部１５３に記憶されているプログラムをワークメモリ１５２に読み出し、当該プログラムに従ってデジタルカメラ１の各部を集中制御する。データメモリ１５４は、本発明における変曲点補正値記憶手段として機能する。
【００２４】
また、カメラ制御手段１５０は、電源スイッチ１１１、モード設定ダイアル１１２、変更ダイアル１１３、ジョグダイアル１１５、ＡＦスイッチ１０１ａ、レリーズスイッチ１０１ｂ等からの入力を受信し、光学ファインダ１２１上の測光モジュール１２２と交信することで測光動作を制御し、ＡＦモジュール１４４と交信することでＡＦ動作を制御し、ミラー駆動手段  １４３を介してレフレックスミラー１４１及びサブミラー１４２を駆動し、シャッタ駆動手段１４６を介してシャッタ１４５を制御し、フラッシュ１０２を制御し、撮像制御手段１６１と交信することで撮像動作を制御すると共に、撮像された画像や各種情報を画像表示手段１３１に表示し、インファインダ表示手段１３２に各種情報を表示する。シャッタ１４５は、本発明における遮光手段として機能する。
【００２５】
また、カメラ制御手段１５０は、外部インターフェース（Ｉ／Ｆ）１８５を介して、デジタルカメラ１の外部に設けられたパーソナルコンピュータや携帯情報端末と、撮像された画像データやデジタルカメラ１の制御信号等をやり取りする。
【００２６】
さらに、カメラ制御手段１５０は、ボディ１０と交換レンズ２０の間の交信を行う、マウント（ボディ側）１７１上に設けられたＢＬ交信手段（ボディ側）１７２と、マウント（レンズ側）２７１上に設けられたＢＬ交信手段（レンズ側）２７２を介して、交換レンズ２０のレンズインターフェース２５１経由で、レンズ２１１のフォーカスとズームの制御を行うレンズ制御手段２４１、絞り２２１の制御を行う絞り制御手段２２２、交換レンズ２０の固有情報を格納しているレンズ情報記憶手段２３１と交信を行うことで、交換レンズ２０全体を制御する。
【００２７】
交換レンズ２０のレンズ２１１によって結像される画像は、撮像素子１６２で光電変換された後、アンプ１６３で増幅され、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換手段１６４でデジタルデータに変換され、画像処理手段１６５で既定の画像処理を施したデジタル撮像データに変換され、一旦画像メモリ１８１に記録された後、最終的にはメモリカード１８２に記録される。これらの動作は、カメラ制御手段１５０の制御下で、撮像制御手段１６１によって制御される。撮像制御手段１６１、アンプ１６３、Ａ／Ｄ変換器１６４および画像処理部１６５は、撮像回路１６０を構成する。
【００２８】
撮像素子１６２の近傍には、温度センサ１６６が配置され、温度センサ１６６とカメラ制御手段１５０によって、撮像素子１６２の温度またはデジタルカメラ１内部の温度を検知する。
【００２９】
次に、本発明における撮像素子の実施の形態と、その通常の撮像動作とについて、図３乃至図６を用いて説明する。
【００３０】
図３は、撮像素子１６２を構成する各構成要素の配置の一例を示す模式図である。
【００３１】
撮像素子１６２は、撮像面１６２ａ上に、水平と垂直に配列された複数の画素１６２ｂと、垂直走査回路１６２ｃ、サンプルホールド回路１６２ｄ、出力回路１６２ｅ、出力アンプ１６２ｇ、水平走査回路１６２ｆ、タイミングジェネレータ１６２ｈ等の構成要素を備え、画素１６２ｂの各水平行毎の並びと垂直走査回路１６２ｃとは行選択線１６２ｉで結ばれ、画素１６２ｂの各垂直列毎の並びとサンプルホールド回路１６２ｄとは垂直信号線１６２ｊで結ばれている。
【００３２】
ここでは、サンプルホールド回路１６２ｄは、垂直信号線１６２ｊの一本につき図示しない２個のキャパシタを備えており、図５で後述する撮像素子１６２の駆動方式において、一方のキャパシタに画素のノイズ成分を保持し、他方のキャパシタに画素の（信号＋ノイズ）成分を保持し、その差分をとる、所謂ＣＤＳ（相関二重サンプリング）動作を行い、ノイズ除去を行う。
【００３３】
撮像素子１６２の撮像動作は、撮像制御手段１６１からの撮像制御信号１６１ａに従って、タイミングジェネレータ１６２ｈによって制御され、撮像素子１６２の出力である撮像データ１６２ｋは、アンプ１６３に入力される。
【００３４】
図４は、撮像素子１６２を構成する画素１６２ｂの回路の一例を示す回路図である。
【００３５】
画素１６２ｂは、埋め込み型フォトダイオードＰＤ（以下、ＰＤ部という）、ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴ（金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ：以下、トランジスタという）Ｑ１乃至Ｑ４から構成されている。トランジスタＱ１のドレインとトランジスタＱ２のソースの接続部は、フローティングディフュージョンＦＤ（以下、ＦＤ部という）で構成されている。リセット電位φＲＳＢ、リセット信号φＲＳＴ、転送信号φＴＸ、読み出し信号φＶＸは、各トランジスタに対する信号（電位）を示し、ＶＤＤは電源、ＧＮＤは接地を示している。
【００３６】
ＰＤ部は本発明における光電変換手段として機能し、被写体からの入射光量に応じた光電流Ｉｐｄを発生し、光電流Ｉｐｄは、信号電荷ＱｐｄとしてＰＤ部の寄生容量Ｃｐｄに蓄積される。ＰＤ部は埋め込み型構造となっており、光電変換された光電流Ｉｐｄを直接取り出せないため、本発明における電荷転送手段として機能する転送ゲートと呼ばれるトランジスタＱ１（以下、転送ゲートＴＧと言う）を介してＦＤ部に接続されている。
【００３７】
撮像が行われる場合は、転送信号φＴＸは中間電位ＶＭに設定され、転送ゲートＴＧのしきい値をＶｔｈとすると、ＰＤ部の電位Ｖｐｄが（ＶＭ−Ｖｔｈ）に達するまでは、信号電荷ＱｐｄはそのままＰＤ部の寄生容量Ｃｐｄに蓄積され（線形の光電変換特性）、ＰＤ部の電位Ｖｐｄが（ＶＭ−Ｖｔｈ）を超えると、転送ゲートＴＧのサブスレショルド特性により電流電圧変換が行われ、信号電荷Ｑｐｄを対数圧縮した電荷がＰＤ部の寄生容量Ｃｐｄに蓄積される（対数の光電変換特性）。従って、光電流Ｉｐｄが小さい、すなわち被写体が暗い場合は、線形の光電変換特性、光電流Ｉｐｄが大きい、すなわち被写体が明るい場合は、対数の光電変換特性となる。
【００３８】
転送ゲートＴＧのしきい値Ｖｔｈは、画素毎にばらつく。つまり、各画素の転送ゲートＴＧのゲート電位が転送信号φＴＸの中間電位ＶＭに一律に設定されたとしても、ＰＤ部の光電変換特性が線形特性から対数特性に切り替わる点、すなわち変曲点が画素毎のしきい値ＶｔｈのバラツキΔＶｔｈによって異なることになり、本発明の課題である変曲点のバラツキが発生する。また、しきい値Ｖｔｈは温度特性を持っているため、本発明の課題である変曲点のバラツキも温度特性を持つ。
【００３９】
トランジスタＱ２はリセットゲートと呼ばれ（以下、リセットゲートＲＧと言う）、オンすることによってＦＤ部を既定のリセット電位φＲＳＢにリセットする。
【００４０】
トランジスタＱ３は、ソースフォロワ増幅回路を構成するものであり、ＦＤ部の電位Ｖｆｄに対する電流増幅を行うことで、出力インピーダンスを下げる働きをする。
【００４１】
トランジスタＱ４は、信号読み出し用のトランジスタであり、ゲートは、上述した行選択線１６２ｉに接続されており、垂直走査回路１６２ｃによって印加される読み出し信号φＶＸに応じてオン、オフされるスイッチとして動作する。トランジスタＱ４のソースは、垂直信号線１６２ｊに接続されており、トランジスタＱ４がオンされると、ＦＤ部の電位ＶｆｄがトランジスタＱ３で低インピーダンス化されて、画素出力ＶＯＵＴとして、垂直信号線１６２ｊへ導出される。
【００４２】
次に、撮像素子１６２の通常の撮像時の動作について、図５と図６を用いて説明する。
【００４３】
図５は、撮像素子１６２の通常の撮像時の駆動を示すタイミングチャートであり、図５（ａ）は、撮像動作の垂直ブランク（Ｖブランク）期間に、全画素同時に行われる撮像動作のタイミングチャート、図５（ｂ）は、撮像動作の水平ブランク（Ｈブランク）期間に、水平各行毎に順次行われるノイズデータと撮像データとの垂直転送および水平転送の動作のタイミングチャートである。本実施の形態では、撮像素子１６２の露光量制御は、絞り２２１とシャッタ１４５で行われる。
【００４４】
また、図６は、ある画素に着目した時の、図５で示した各タイミングでのＰＤ部、転送ゲートＴＧ、ＦＤ部、リセットゲートＲＧおよびリセット電位φＲＳＢの各部のポテンシャル（電位）を示す模式図である。半導体関連の文献では、ポテンシャル図は図の下側に行くほど電位が高くなるように表記されるのが一般的であるので、本明細書中もそれに倣う。
【００４５】
図５（ａ）で、シャッタ１４５が閉じられた状態で、リセット電位φＲＳＢが既定の高電位ＶＲＨに設定され、タイミングＴ１の最初でリセット信号φＲＳＴが高電位にされることでリセットゲートＲＧがオンされ、ＦＤ部の電位Ｖｆｄが既定の高電位ＶＲＨにリセット（初期化）される。タイミングＴ２で、転送信号φＴＸが高電位ＶＨにされることで転送ゲートＴＧがオンされ、ＰＤ部の寄生容量Ｃｐｄに残存する電荷がＦＤ部に完全転送されてリセット（初期化）される。これによって、ＰＤ部とＦＤ部が共にリセット（初期化）される。
【００４６】
タイミングＴ２での、ある画素の各部のポテンシャルの状態を、図６（ａ）に示す。上述したように、転送信号φＴＸが高電位ＶＨにされることで転送ゲートＴＧがオンされ、ＰＤ部に残存する電荷がＦＤ部に完全転送されてリセット（初期化）される。この時、リセットゲートＲＧもオンしているので、ＰＤ部からＦＤ部に転送された電荷も同時にリセットされる。埋め込み型フォトダイオードであるＰＤ部のポテンシャルは、ＰＤ部とその周辺の不純物の濃度プロファイル等から決まる。空乏層化された状態でのＰＤ部のポテンシャルをＶｐｔとすると、転送信号φＴＸの高電位ＶＨは、転送ゲートＴＧのポテンシャルＶｔｇがＰＤ部のポテンシャルＶｐｔよりも高くなるように設定される。
【００４７】
タイミングＴ２の最後で転送信号φＴＸが中間電位ＶＭに設定されることで、ＰＤ部はリニアログ特性での光電変換が可能な状態となる。次に、絞り２２１が、ＡＥの結果から決定される所定の絞り値に絞り込まれ、タイミングＴ３の初めでシャッタ１４５が開かれて、被写体からの光がＰＤ部で光電変換されて、寄生容量Ｃｐｄに信号電荷Ｑｐｄが蓄積され、タイミングＴ３の終わりでシャッタ１４５が閉じられるまで動作が継続される。シャッタ１４５が閉じられてから、絞り２２１が開放に戻される。
【００４８】
タイミングＴ１の最後で、リセット信号φＲＳＴが低電位にされることで全画素のリセットゲートＲＧがオフされ、ＦＤ部の電位Ｖｆｄのリセットが終了される。この時、ＦＤ部の電位Ｖｆｄにはリセット動作に伴うリセットノイズＶｆｄｎｏｉｓｅが発生する。
【００４９】
タイミングＴ３での、ある画素の各部のポテンシャルの状態を、図６（ｂ）に示す。上述したように、被写体からの光がＰＤ部で光電変換され、信号電荷ＱｐｄがＰＤ部の寄生容量Ｃｐｄに蓄積される。ＰＤ部のポテンシャルが転送ゲートＴＧのポテンシャルＶｔｇに達するまでは線形特性で電荷Ｑｐｄが蓄積され（図のＱＬＮ領域）、ＰＤ部のポテンシャルが転送ゲートＴＧのポテンシャルＶｔｇを超えると、転送ゲートＴＧのサブスレショルド特性により電流電圧変換が行われ、信号電荷Ｑｐｄを対数圧縮した電荷がＰＤ部の寄生容量Ｃｐｄに蓄積される（図のＱＬＯＧ領域）。つまり、転送ゲートＴＧのポテンシャルＶｔｇは、変曲点を示す電位である。
【００５０】
ある画素の転送ゲートＴＧのしきい値Ｖｔｈと転送信号φＴＸの中間電位ＶＭとから、転送ゲートＴＧのポテンシャルＶｔｇは、
Ｖｔｇ＝ＶＭ−Ｖｔｈ    ・・・（式１）
と表される。ＶＭは転送信号φＴＸの中間電位として与えられるものであるから、Ｖｔｇは、Ｖｔｈによって決定されるものである。逆に、Ｖｔｇが分かれば、Ｖｔｈが分かることになる。
【００５１】
Ｖｔｈ＝ＶＭ−Ｖｔｇ    ・・・（式２）
図４の説明で述べたように、転送ゲートＴＧのしきい値Ｖｔｈは、画素毎にばらつく。画素毎のしきい値ＶｔｈのバラツキをΔＶｔｈとすると、転送ゲートＴＧのポテンシャルＶｔｇはΔＶｔｈだけばらつくことになり、上述した、線形特性で電荷Ｑｐｄが蓄積される領域（図のＱＬＮ領域）と、信号電荷Ｑｐｄを対数圧縮した電荷がＰＤ部の寄生容量Ｃｐｄに蓄積される領域（図のＱＬＯＧ領域）との境界、すなわち変曲点のバラツキが発生する。また、しきい値Ｖｔｈは温度特性を持っているため、変曲点のバラツキΔＶｔｈも温度特性を持つ。
【００５２】
以上が全画素同時に行われる撮像動作である。
【００５３】
図５（ｂ）で、タイミングＴ４で水平ｎ行目の読み出し信号φＶＸ（φＶＸｎ）が高電位にされることでトランジスタＱ４がオンされ、ＦＤ部の電位Ｖｆｄ（ここではリセットノイズＶｆｄｎｏｉｓｅ）が画素１６２ｂの画素出力ＶＯＵＴとして垂直信号線１６２ｊに導出され、水平ｎ行目の全画素の画素出力ＶＯＵＴが、水平ｎ行目のリセットノイズデータＮＯＩＳＥｎとしてサンプルホールド回路１６２ｄの一方のキャパシタに保持される。
【００５４】
タイミングＴ５で、水平ｎ行目の転送信号φＴＸ（φＴＸｎ）が高電位ＶＨにされることで、転送ゲートＴＧがオンされて、ＰＤ部の寄生容量Ｃｐｄに蓄積された信号電荷ＱｐｄがＦＤ部に完全転送される。この時、ＦＤ部にはリセットノイズＶｆｄｎｏｉｓｅが残ったままであるので、ＦＤ部の電位Ｖｆｄは、信号電荷Ｑｐｄによる信号出力ＶｆｄｓｉｇｎａｌにリセットノイズＶｆｄｎｏｉｓｅが重畳されたものとなる。
【００５５】
この時の、ある画素の各部のポテンシャルの状態を、図６（ｃ）に示す。上述したように、リセットゲートＲＧがオフされてＦＤ部とリセット電位φＲＳＢが切り離された状態で、転送信号φＴＸ（φＴＸｎ）が高電位ＶＨにされることで、転送ゲートＴＧがオンされて、ＰＤ部の寄生容量Ｃｐｄに蓄積された信号電荷ＱｐｄがＦＤ部に完全転送され（Ｖｆｄｓｉｇｎａｌ）、リセットノイズＶｆｄｎｏｉｓｅに重畳される。
【００５６】
タイミングＴ６で、タイミングＴ４と同様に水平ｎ行目の読み出し信号φＶＸ（φＶＸｎ）が高電位にされることでトランジスタＱ４がオンされ、ＦＤ部の電位Ｖｆｄ（ここではＶｆｄｓｉｇｎａｌ＋Ｖｆｄｎｏｉｓｅ）が画素１６２ｂの画素出力ＶＯＵＴとして垂直信号線１６２ｊに導出され、水平ｎ行目の全画素の画素出力ＶＯＵＴが、（ＳＩＧＮＡＬｎ＋ＮＯＩＳＥｎ）信号としてサンプルホールド回路１６２ｄの他方のキャパシタに保持され、前述した水平ｎ行目のリセットノイズデータＮＯＩＳＥｎとの差分がとられて（所謂ＣＤＳ：相関二重サンプリング）、ノイズ成分の除去された画像信号成分ＳＩＧＮＡＬｎが生成され、タイミングＴ７で、水平転送信号φＨに従って、出力回路１６２ｅ、出力アンプ１６２ｇを介して撮像データ１６２ｋ（ＳＩＧＮＡＬｎ）としてアンプ１６３に出力される。
【００５７】
次に、上述した変曲点を示す転送ゲートＴＧのポテンシャルＶｔｇ、すなわち転送ゲートＴＧのしきい値Ｖｔｈの値を検出する方法、つまりリセットモードについて、図７と図８を用いて説明する。
【００５８】
図７は、転送ゲートＴＧのポテンシャルＶｔｇ検出時の動作を示すタイミングチャートであり、図７（ａ）は、全画素同時に行われるＰＤ部２回リセット動作のタイミングチャート、図７（ｂ）は、水平各行毎に順次行われるポテンシャルＶｔｇ読み出し動作のタイミングチャートである。本方式では、シャッタ１４５は閉じられたまま（＝遮光状態）で行われる。
【００５９】
また、図８は、図７で示した各タイミングでの、ある画素のＰＤ部、転送ゲートＴＧ、ＦＤ部、リセットゲートＲＧおよびリセット電位φＲＳＢの各部のポテンシャルを示す模式図である。
【００６０】
図７（ａ）で、最初に、シャッタ１４５が閉じられたままで、リセット電位φＲＳＢが低電位ＶＲＬに設定され、タイミングＴ１１でリセット信号φＲＳＴが高電位にされ、転送信号φＴＸが中間電位ＶＭに設定されることで、ＰＤ部、ＦＤ部が共に低いポテンシャルに設定され、図８（ａ）に示すように、ＰＤ部およびＦＤ部は電荷で満たされる。逆に言えば、ＰＤ部およびＦＤ部が電荷で満たされるように、リセット電位φＲＳＢの低電位ＶＲＬが設定される。これが１回目のリセットである。
【００６１】
次に、図７（ａ）のタイミングＴ１２で、タイミングＴ１１の状態からリセット電位φＲＳＢだけが高電位ＶＲＨに設定されることで、図８（ｂ）に示したように、ある画素では、ＰＤ部に満たされた電荷のうちの転送ゲートＴＧのポテンシャルＶｔｇを超える電荷と、ＦＤ部に満たされた電荷の全てがリセットされる。これが２回目のリセットである。これによって、ＰＤ部の寄生容量Ｃｐｄには、転送ゲートＴＧのポテンシャルＶｔｇ以下の電荷、つまり線形特性で蓄積される最大の電荷Ｑｐｄが残ることになる。ＰＤ部の寄生容量値Ｃｐｄを用いて、Ｑｐｄは、以下のように表される。
【００６２】
Ｑｐｄ＝Ｃｐｄ・（Ｖｐｔ−Ｖｔｇ）    ・・・（式３）
図７（ａ）のタイミングＴ１２の最後で、リセット信号φＲＳＴが低電位に設定されることでリセットゲートＲＧがオフされるとともに、転送信号φＴＸが低電位ＶＬに設定されることで転送ゲートＴＧがオフされて、ＦＤ部がＰＤ部とリセット電位φＲＳＢの両方と切り離される。この時、ＦＤ部の電位Ｖｆｄにはリセット動作に伴うリセットノイズＶｆｄｎｏｉｓｅが発生する。以上が、全画素同時に行われる動作である。
【００６３】
図７（ｂ）のタイミングＴ１３で、水平ｎ行目の読み出し信号φＶＸ（φＶＸｎ）が高電位にされることでトランジスタＱ４がオンされ、ＦＤ部の電位Ｖｆｄ（ここではリセットノイズＶｆｄｎｏｉｓｅ）が画素１６２ｂの画素出力ＶＯＵＴとして垂直信号線１６２ｊに導出され、水平ｎ行目の全画素の画素出力ＶＯＵＴが、水平ｎ行目のリセットノイズデータＮＯＩＳＥｎとしてサンプルホールド回路１６２ｄの一方のキャパシタに保持される。
【００６４】
タイミングＴ１４で、水平ｎ行目の転送信号φＴＸ（φＴＸｎ）が高電位ＶＨにされることで、転送ゲートＴＧがオンされて、ＰＤ部の寄生容量Ｃｐｄに蓄積された（式３）で示される信号電荷ＱｐｄがＦＤ部に完全転送される。この時、ＦＤ部にはリセットノイズＶｆｄｎｏｉｓｅが残ったままであるので、ＦＤ部の電位Ｖｆｄは、（式３）で示される信号電荷Ｑｐｄによる信号出力ＶｆｄｓｉｇｎａｌにリセットノイズＶｆｄｎｏｉｓｅが重畳されたものとなる。
【００６５】
この時の、ある画素の各部のポテンシャルの状態を、図８（ｃ）に示す。上述したように、リセットゲートＲＧがオフされてＦＤ部とリセット電位φＲＳＢが切り離された状態で、転送信号φＴＸ（φＴＸｎ）が高電位ＶＨにされることで、転送ゲートＴＧがオンされて、ＰＤ部の寄生容量Ｃｐｄに蓄積された（式３）で示される信号電荷ＱｐｄがＦＤ部に完全転送され、リセットノイズＶｆｄｎｏｉｓｅに重畳される。ＦＤ部の寄生容量値をＣｆｄとすると、
Ｑｐｄ＝Ｃｆｄ・Ｖｆｄｓｉｇｎａｌ
（式１）と（式３）から、
Ｖｆｄｓｉｇｎａｌ＝Ｑｐｄ／Ｃｆｄ
＝（Ｃｐｄ／Ｃｆｄ）・（Ｖｐｔ−Ｖｔｇ）
＝（Ｃｐｄ／Ｃｆｄ）・（Ｖｐｔ−（ＶＭ−Ｖｔｈ））    ・・・（式４）
従って、（式４）から、全画素のＦＤ部の電位Ｖｆｄｓｉｇｎａｌを読み出すことで、変曲点を示す転送ゲートＴＧのしきい値Ｖｔｈを検出することができる。また、実際にはＰＤ部のポテンシャルＶｐｔもバラツキを持つ。しかし、（式４）から、Ｖｐｔのバラツキは、転送ゲートのしきい値ＶｔｈのバラツキΔＶｔｈと同等に扱えるので、Ｖｐｔのバラツキも含めたしきい値バラツキがΔＶｔｈであると考えてよい。図９で後述する変曲点バラツキの補正方法では、ＰＤ部のポテンシャルＶｐｔのバラツキも含めたしきい値バラツキを変曲点バラツキとして補正する。
【００６６】
タイミングＴ１５で、タイミングＴ１３と同様に水平ｎ行目の読み出し信号φＶＸ（φＶＸｎ）が高電位にされることでトランジスタＱ４がオンされ、ＦＤ部の電位Ｖｆｄ（ここではＶｆｄｓｉｇｎａｌ＋Ｖｆｄｎｏｉｓｅ）が画素１６２ｂの画素出力ＶＯＵＴとして垂直信号線１６２ｊに導出され、水平ｎ行目の全画素の画素出力ＶＯＵＴが、（ＳＩＧＮＡＬｎ＋ＮＯＩＳＥｎ）信号としてサンプルホールド回路１６２ｄの他方のキャパシタに保持され、前述した水平ｎ行目のリセットノイズデータＮＯＩＳＥｎとの差分がとられて（所謂ＣＤＳ：相関二重サンプリング）、ノイズ成分の除去されたリセットモードでの信号成分ＳＩＧＮＡＬｎが生成され、タイミングＴ１６で、水平転送信号φＨに従って、出力回路１６２ｅ、出力アンプ１６２ｇを介して、リセットモードでの撮像データ１６２ｋ（ＳＩＧＮＡＬｎ）としてアンプ１６３に出力される。
【００６７】
次に、本発明における変曲点バラツキの補正方法について、図９を用いて説明する。図９は変曲点バラツキの補正方法を示す模式図で、図９（ａ）は補正方法を示す光電変換特性の模式図、図９（ｂ）は、図９（ａ）の変曲点６０１ｄと６０３ｄ周辺の拡大図で、変曲点バラツキの補正量の算出方法を示す模式図である。図１６と同じ部分には同じ番号を付与した。なお、図９においては、本発明の課題で示した図１６との対比のために、撮像面照度Ｌが大きくなると光電変換出力ＶＰも大きくなるように示してあるが、図４および図５に示した例では、撮像面照度Ｌが大きくなると光電変換出力ＶＰは小さくなる。この場合は、図９の天地を逆転して考えればよい。
【００６８】
ここに、全画素の光電変換特性の基準となる光電変換特性、つまり基準特性６０１を持つ画素（以下、基準画素と言う）の、図７および図８に示したリセットモードでの撮像データ１６２ｋ、すなわち変曲点６０１ｄの光電変換出力（以下、変曲点データと言う）をＶｍ、基準特性から変曲点のずれた光電変換特性、つまり比較特性６０３を持つ画素（以下、比較画素と言う）の図７および図８に示したリセットモードでの撮像データ１６２ｋ、すなわち変曲点６０３ｄの変曲点データをＶｎとし、変曲点６０１ｄでの撮像面照度をＬｍ、変曲点６０３ｄでの撮像面照度をＬｎとする。
【００６９】
また、基準特性は、特定の画素（例えば、最大の変曲点を持つ画素）を基準画素として、基準画素の光電変換特性を基準特性としてもよいし、撮像素子の全画素の光電変換特性の平均値、最小値であってもよいし、仮想の画素の光電変換特性であってもよい。本実施の形態では、これから説明する変曲点補正の演算を簡単にするために、全画素中の最大の変曲点を持つ画素を基準画素とし、その光電変換特性を基準特性とする。
【００７０】
図９（ａ）で、基準画素の基準特性６０１（変曲点６０１ｄ）に対して、比較画素の比較特性６０３（変曲点６０３ｄ）を考えたときに、基準特性６０１の線形特性部分６０１ａの内、変曲点６０３ｄよりも光電変換出力ＶＰが低い部分については、基準特性６０１も比較特性６０３も一致しているので、補正を行わない。
【００７１】
基準特性６０１の対数特性部分６０１ｃと、比較特性６０３の対数特性部分の内、変曲点６０１ｄよりも撮像面照度Ｌが明るい部分については、図１６で説明したと同様に、図の縦軸方向に平行移動（以下、オフセットと言う）６０５を行って、対数特性６０３ｃを対数特性６０１ｃに合わせこむ。ここで、平行移動の量（以下、オフセット値Ｖｏｓと言う）と、オフセットによる変曲点補正を行う光電変換出力の下限値Ｖｍ’を求める。
【００７２】
基準特性６０１は、線形特性領域および対数特性領域が各々、
ＶＰ＝ａ・Ｌ    ・・・（式５）
ＶＰ＝ｃ・ｌｎ（Ｌ）＋ｄ    ・・・（式６）
と表され、ａ、ｃ、ｄは、図１０で後述する測定方法により、基準特性６０１の測定値から与えられる定数である。また、比較特性６０３の対数特性領域は、（式６）から、
ＶＰ＝ｃ・ｌｎ（Ｌ）＋ｄ−Ｖｏｓ    ・・・（式７）
と表すことができる。
【００７３】
変曲点６０１ｄでの撮像面照度をＬｍ、変曲点６０３ｄでの撮像面照度をＬｎとすると、変曲点６０３ｄは、（式５）と（式７）から、
Ｖｎ＝ａ・Ｌｎ    ・・・（式８）
Ｖｎ＝ｃ・ｌｎ（Ｌｎ）＋ｄ−Ｖｏｓ    ・・・（式９）
で表される。
【００７４】
（式８）からＬｎ＝Ｖｎ／ａであるから、（式９）に代入して整理すると、
Ｖｏｓ＝ｃ・ｌｎ（Ｖｎ／ａ）＋ｄ−Ｖｎ    ・・・（式１０）
となって、基準特性６０１の測定値から与えられる定数ａ、ｃ、ｄと、比較特性６０３の変曲点６０３ｄの撮像データＶｎからオフセット値Ｖｏｓが得られる。
【００７５】
次に、図９（ｂ）で、比較特性６０３の撮像面照度＝Ｌｍでの変曲点データＶｍ’は、（式７）から、
Ｖｍ’＝ｃ・ｌｎ（Ｌｍ）＋ｄ−Ｖｏｓ    ・・・（式１１）
（式５）から、撮像面照度Ｌｍは、基準特性６０１の変曲点６０１ｄの変曲点データＶｍを用いて、
Ｌｍ＝Ｖｍ／ａ    ・・・（式１２）
（式１０）と（式１２）とを（式１１）に代入して整理して、オフセットによる変曲点補正を行う光電変換出力の下限値Ｖｍ’は、
Ｖｍ’＝Ｖｎ＋ｃ・ｌｎ（Ｖｍ／Ｖｎ）    ・・・（式１３）
で与えられる。
【００７６】
次に、基準特性６０１が線形特性６０１ｂで、比較特性６０３が対数特性６０３ｂの部分（比較特性の光電変換出力がＶｎからＶｍ’の間の部分）については、対数特性６０３ｂに対数から線形への特性変換６０６を施すことで、対数特性６０３ｂを線形特性６０１ｂに合わせこむ。
【００７７】
比較特性の撮像データとしてＶｘ（Ｖｎ＜Ｖｘ＜Ｖｍ’）が与えられた時に、対数特性から線形特性に特性変換された変換撮像データＶｘ’を求める。比較特性の撮像データがＶｘとなる撮像面照度をＬｘとすると、（式７）から、
Ｖｘ＝ｃ・ｌｎ（Ｌｘ）＋ｄ−Ｖｏｓ    ・・・（式１４）
（式１４）からＬｘを求めると、
Ｌｘ＝ｅｘｐ（（Ｖｘ−ｄ＋Ｖｏｓ）／ｃ）    ・・・（式１５）
よって、特性変換された出力Ｖｘ’は、（式５）から、
Ｖｘ’＝ａ・Ｌｘ
＝ａ・ｅｘｐ（（Ｖｘ−ｄ＋Ｖｏｓ）／ｃ）    ・・・（式１６）
となる。ただし、ａ、ｃ、ｄは基準特性６０１の測定値から与えられる定数で、Ｖｏｓは（式１０）で与えられる値である。
【００７８】
以上をまとめると、
（１）比較特性の撮像データ≦Ｖｎの場合、変曲点補正は行わない。
（２）Ｖｎ＜比較特性の撮像データ＜Ｖｍ’（但しＶｍ’は（式１３）で与えられる）の場合、比較特性の撮像データに、変曲点補正として（式１６）の特性変換を施す。
（３）Ｖｍ’≦比較特性の撮像データ（但しＶｍ’は（式１３）で与えられる）の場合、比較特性の撮像データに、変曲点補正として（式１０）のオフセットを施す。
【００７９】
ここで、基準画素の変曲点の変曲点データＶｍと、比較画素の変曲点の変曲点データＶｎは、実際の撮像時の環境下で、シャッタ１４５が閉じられた状態で撮像された撮像データであるため、画素の転送ゲートＴＧのしきい値Ｖｔｈの温度特性も含めたバラツキを示す値になっている。一方、基準特性６０１の定数（ａ、ｃ、ｄ）は、事前に測定された基準特性６０１から与えられる定数であるので、温度特性を含んでいない。
【００８０】
そのため、実際の変曲点補正にあたっては、例えば図１０で後述するような方法を用いて、複数の温度条件下での定数（ａ、ｃ、ｄ）と基準変曲点データＶｍを事前に測定して、データメモリ１５４等に温度と共に記憶しておき、温度センサ１６６での撮像素子１６２あるいはデジタルカメラ１内の撮像素子１６２近傍の温度検知結果によって、記憶された定数（ａ、ｃ、ｄ）と基準変曲点データＶｍの中から撮像時の撮像素子１６２の温度条件に最適の定数（ａ、ｃ、ｄ）と基準変曲点データＶｍを選択して用いるのがよい。複数の温度条件下での定数（ａ、ｃ、ｄ）と基準変曲点データＶｍの記憶であれば、非常に小さなメモリ容量で済む。
【００８１】
次に、上述した複数の温度条件下での定数（ａ、ｃ、ｄ）と基準変曲点データＶｍの測定方法について、図１０を用いて説明する。図１０は、複数の温度条件下での定数（ａ、ｃ、ｄ）と基準変曲点データＶｍを測定する方法の一例を示す模式図である。
【００８２】
パッケージ１６２ｘに収められた撮像素子１６２と、撮像素子１６２の近傍に置かれ、撮像素子１６２あるいはその近傍の温度を検知する温度センサ１６６、内部にデータメモリ１５４を備えたカメラ制御手段１５０、画像処理手段１６５を含む撮像回路１６０等は、撮像素子基板１５５上に実装されており、撮像素子基板１５５には、撮像素子１６２の裏面に相当する位置に穴１５５ａが開けられている。
【００８３】
温度特性検知装置１４００は、上部に配置された光源ボックス１４２１、光源面１４２３、投影レンズ１４２５等からなる光源ユニット１４２０と、下部に配置された、金属等からなる冷却板１４１１と放熱板１４１５に挟まれたペルチエ素子等の冷却素子１４１３と、冷却素子１４１３を駆動する電源１４１７等からなる冷却ユニット１４１０と、外部に設置されたパーソナルコンピュータＰＣ等の制御装置で構成されている。
【００８４】
周知のように、ペルチエ素子等の冷却素子は、一方向に電流を流すと、片面が冷却され、反対面が加熱される。電流の向きを逆にすると、冷却と加熱の面が逆になる。そこで、撮像素子基板１５５の穴１５５ａを、冷却板１４１１の上部に差し込み、冷却素子１４１３を駆動して冷却あるいは加熱することで、撮像素子１６２は、冷却素子１４１３によって冷却あるいは加熱されることになる。
【００８５】
光源ボックス１４２１を点灯して、光源面１４２３の輝度を投影レンズ１４２５を介して撮像素子１６２の撮像面１６２ａに投影し、冷却素子１４１３によって冷却あるいは加熱された撮像素子１６２あるいはその近傍の温度を温度センサ１６６で検知し、その温度と、その時の撮像素子１６２の撮像データ中の基準特性とを、例えば外部のＰＣ等によって演算することで、ある温度下での定数（ａ、ｃ、ｄ）と基準変曲点データＶｍを得、温度と定数（ａ、ｃ、ｄ）と基準変曲点データＶｍとをデータメモリ１５４に書き込むことで、複数の温度での定数（ａ、ｃ、ｄ）と基準変曲点データＶｍのテーブルを得ることができる。
【００８６】
この方法によれば、実際に撮像素子１６２の温度を変化させて、その温度下での撮像データから定数（ａ、ｃ、ｄ）と基準変曲点データＶｍを得るため、正確な温度特性を反映することが可能となる。
【００８７】
本例では、撮像素子１６２の温度を変化させるために、冷却素子１４１３を用いることとしたが、それに限るものではなく、例えば、撮像素子１６２上の消費電流の多い部分（例えば、電源部や出力部等）を連続通電して、消費電力により撮像素子１６２の温度を変化させてもよい。
【００８８】
また、撮像素子１６２の温度を検知するために、撮像素子１６２外に温度センサ１６６を設けることとしたが、これに限るものではなく、撮像素子１６２上に温度検知回路を設けてもよいし、撮像素子１６２の撮像データの、明るさの異なる複数の対数特性部分の傾きの変化から、撮像素子１６２の温度を算出してもよい。これは、対数特性が理論的に、ＶＰ＝ｋＴ／ｑ・ｌｎ（Ｉｐｄ）（ここに、ｋはボルツマン定数、Ｔは絶対温度、ｑは電子の電荷素量、ＶＰは光電変換出力、ＩｐｄはＰＤ部による光電流）の特性を持っているため、明るさの異なる対数特性部の撮像データから温度Ｔが算出できるからである。
【００８９】
続いて、図２に示した回路ブロック図の内、本発明における変曲点バラツキの補正を担う画像処理手段１６５の構成について、図１１を用いて説明する。図１１は、画像処理手段１６５とその周辺の回路構成の一例を示す回路ブロック図である。図２、図３と同じ部分には、同じ番号を付与した。
【００９０】
前述したように、撮像素子１６２で光電変換された撮像データ１６２ｋは、アンプ１６３で増幅され、Ａ／Ｄ変換手段１６４でデジタルデータ１６４ａに変換され、画像処理手段１６５で既定の画像処理を施したデジタル画像データ５０８ａに変換され、撮像制御手段１６１およびカメラ制御手段１５０を介して、一旦画像メモリ１８１に記録された後、最終的にはメモリカード１８２に記録される。
【００９１】
まず、撮像制御手段１６１から撮像素子１６２に、図７および図８で説明したリセットモードでの撮像を指示する撮像制御信号１６１ａが送信され、シャッタ１４５が閉じられたままの状態でリセットモードでの撮像動作が行われ、撮像素子から出力されたリセットモードでの撮像データ１６２ｋが、アンプ１６３、Ａ／Ｄ変換手段１６４を経て、リセットモードでのデジタルデータ１６４ａとして変曲点データ生成手段５０１に入力され、図７および図８に示した方法で、基準画素の変曲点データＶｍを含む全画素の変曲点データＶｎが生成され、撮像制御手段１６１を介して、カメラ制御手段１５０内のデータメモリ１５４に記憶される。この変曲点データＶｎは、撮像時の環境下で実際に撮像された画像を用いて生成されるため、温度特性も含めた変曲点を示す値になっている。
【００９２】
次に、通常の撮像では、撮像制御手段１６１から撮像素子１６２にリニアログ特性での撮像を指示する撮像制御信号１６１ａが送信され、リニアログ特性の撮像データ１６２ｋが、アンプ１６３、Ａ／Ｄ変換手段１６４を経て、デジタルデータ１６４ａとして変曲点補正手段５０２に入力され、直前のリセットモードでの撮像で変曲点データ生成手段５０１により生成され、データメモリ１５４に記憶された変曲点データＶｎが読み出され、これを用いて、図９で説明した方法により、３つの場合に応じて変曲点バラツキの補正が施される。
【００９３】
この際、上述したように、変曲点補正の演算のために用いられる基準特性の定数（ａ、ｃ、ｄ）についても温度補正が必要なため、カメラ制御手段１５０によって温度センサ１６６を用いた温度検知が行われ、その結果から最も適切な定数（ａ、ｃ、ｄ）がデータメモリ１５４から読み出され、撮像制御手段１６１を介して変曲点補正手段５０２に送られ、変曲点補正の演算に使用される。
【００９４】
変曲点バラツキの補正が施された変曲点補正済データ５０２ａは、その他の画像処理手段５０３に入力されて、ホワイトバランス処理、色補間、色補正、γ補正、色空間変換等の画像処理が施される。これらのその他の画像処理は一般のデジタルカメラ等で用いられているものと同じでよいので、説明は省略する。
【００９５】
次に、変曲点バラツキの補正を含む実際の撮像動作の流れを、図１２乃至図１５を用いて説明する。図１２は、変曲点バラツキの補正を含む実際の撮像動作の流れを示すフローチャートのメインルーチンであり、図１３乃至図１５は、図１２のサブルーチンである。
【００９６】
図１２において、ステップＳ１０１で、デジタルカメラ１の電源スイッチ１１１が操作されて電源がオンされると、ステップＳ１０２に進む。ステップＳ１０２で、モード設定ダイアル１１２の設定により、デジタルカメラ１の動作モードがカメラモードに設定されているか否かが確認される、カメラモード以外のモード（例えば、再生モード等）に設定されている場合（ステップＳ１０２；ＮＯ）には、ステップＳ１０３に進み、設定されているモードでの制御に移行する。説明は省略する。
【００９７】
また、カメラモードに設定されている場合（ステップＳ１０２；ＹＥＳ）、ステップＳ１１１に進む。ステップＳ１１１で、レリーズボタン１０１が半押しされてＡＦスイッチ１０１ａがオンされているか否かが確認される。オンされるまでステップＳ１１１で待機する。オンされた場合（ステップＳ１１１；ＹＥＳ）、ステップＳ１１２に進む。ステップＳ１１２で、ＡＦとＡＥの動作が行われて、レンズ２１１の合焦動作と測光動作が行われ、ステップＳ１２１に進む。
【００９８】
ステップＳ１２１で、リセットモードでの撮像により変曲点データを生成する変曲点データ生成サブルーチンが実行されて、全画素の変曲点データＶｎがデータメモリ１５４に記憶され、ステップＳ１３１に進む。
【００９９】
ステップＳ１３１で、レリーズボタン１０１が全押しされてレリーズスイッチ１０１ｂがオンされているか否かが確認される。オンされるまでステップＳ１１１からステップＳ１３１をくり返す。オンされた場合（ステップＳ１３１；ＹＥＳ）、ステップＳ１４１に進む。ステップＳ１４１で、撮像サブルーチンが実行され、ステップＳ１５１に進む。
【０１００】
ステップＳ１５１で、温度センサ１６６を用いて撮像素子１６２あるいはその近傍の温度が検知されて、ステップＳ１６１に進む。ステップＳ１６１で、ステップＳ１５１で検知された温度に従って変曲点補正サブルーチンが実行され、ステップＳ１７１に進む。ステップＳ１７１で、ホワイトバランス処理等の画像処理が施され、ステップＳ１７２に進む。ステップＳ１７２で、画像データが一旦画像メモリ１８１に記録され、ステップＳ１７３に進む。ステップＳ１７３で、ステップＳ１７２で画像メモリ１８１に記録された画像データが、最終的にメモリカード１８２に記憶され、ステップＳ１７４に進む。
【０１０１】
ステップＳ１７４で、電源スイッチ１１１が操作されて電源がオフされたか否かが確認され、オフされた場合（ステップＳ１７４；ＹＥＳ）は、ステップＳ１７５に進む。ステップＳ１７５で、デジタルカメラ１の電源がオフされて、動作が終了される。オフされていない場合（ステップＳ１７４；ＮＯ）は、ステップＳ１０２に戻って、以降、上述した動作がくり返される。
【０１０２】
図１３は、図１２のステップＳ１２１「変曲点データ生成サブルーチン」である。
【０１０３】
ステップＳ２０１で、撮像素子１６２のリセット電位φＲＳＢが低電位ＶＲＬに設定され、ステップＳ２０２に進む。ステップＳ２０２で、転送信号φＴＸが中間電位ＶＭに、リセットゲートＲＧのゲート電位φＲＳＴが高電位に設定されることで、ＰＤ部とＦＤ部が共に低電位ＶＲＬにリセットされて、ＰＤ部とＦＤ部が電荷で満たされ（図８（ａ）の状態）、ステップＳ２０３に進む。ステップＳ２０３で、転送信号φＴＸが中間電位ＶＭに、リセットゲートＲＧのゲート電位φＲＳＴが高電位に設定されたままで、リセット電位φＲＳＢが高電位ＶＲＨに設定されることで、ＰＤ部に図８の（式３）で表される電荷が蓄積されるとともに、ＦＤ部が高電位ＶＲＨに再リセットされ（図８（ｂ）の状態）、ステップＳ２０４に進む。ステップＳ２０４で、リセットゲートＲＧのゲート電位φＲＳＴが低電位に設定されることでリセットゲートＲＧがオフされて、２回のリセットが終了して、ステップＳ２０５に進む。ステップＳ２０５で、ＦＤ部のリセットノイズＮＯＩＳＥがサンプルホールド回路１６２ｄに転送され、ステップＳ２０６に進む。ステップＳ２０６で、転送信号φＴＸが高電位ＶＨに設定されることでＰＤ部に蓄積されたしきい値Ｖｔｈを示す信号ＳＩＧＮＡＬがＦＤ部に転送され（図８（ｃ）の状態）、ステップＳ２０７に進む。ステップＳ２０７でサンプルホールド回路１６２ｄに転送され、ステップＳ２０８に進む。
【０１０４】
ステップＳ２０８で、サンプルホールド回路１６２ｄのＣＤＳ（相関二重サンプリング）動作によりリセットノイズがキャンセルされ、ステップＳ２０９に進む。ステップＳ２０９でリセットノイズがキャンセルされた撮像データ、すなわち全画素の変曲点データＶｎが読み出され、（図７のタイミングＴ１４とＴ１５）、ステップＳ２１０に進む。ステップＳ２１０で、ステップＳ２０９で読み出された全画素の変曲点データＶｎがデータメモリ１５４に記憶され、図１２のステップＳ１２１に戻る。
【０１０５】
図１４は、図１２のステップＳ１４１「撮像サブルーチン」である。ステップＳ４０１で、ステップＳ１１２と同様に、再度ＡＦとＡＥの動作が行われて、レンズ２１１の合焦動作と測光動作が行われ、ステップＳ４０２に進む。ステップＳ４０２でレフレックスミラー１４１とサブミラー１４２がミラーアップされ、ステップＳ４０３に進む。ステップＳ４０３で、撮像素子１６２のリセット電位φＲＳＢが高電位ＶＲＨに設定され、転送信号φＴＸが中間電位ＶＭに、リセットゲートＲＧのゲート電位φＲＳＴが高電位に設定されることで、ＰＤ部とＦＤ部が共にリセットされ（図６（ａ）の状態）、ステップＳ４０４に進む。
【０１０６】
ステップＳ４０４で、ステップＳ４０１のＡＥの結果に基づいて絞り２２１が絞り込まれ、ステップＳ４０５に進む。ステップＳ４０５でシャッタ１４５が開かれてＰＤ部に信号電荷が蓄積され（図６（ｂ）の状態）、ステップＳ４０１のＡＥの結果に基づくシャッタ速度の時間経過後にステップＳ４０６でシャッタ１４５が閉じられ、ステップＳ４０７に進む。ステップＳ４０７で絞り２２１が開放され、ステップＳ４０８に進む。ステップＳ４０８で、レフレックスミラー１４１とサブミラー１４２がミラーダウンされ、ステップＳ４０９に進む。
【０１０７】
ステップＳ４０９でリセットノイズＮＯＩＳＥがサンプルホールド回路１６２ｄに転送され、ステップＳ４１０に進む。ステップＳ４１０で信号ＳＩＧＮＡＬがＦＤ部に転送された（図６（ｃ）の状態）後、サンプルホールド回路１６２ｄに転送され、ステップＳ４１１に進む。ステップＳ４１１で、サンプルホールド回路１６２ｄのＣＤＳ（相関二重サンプリング）動作によりリセットノイズがキャンセルされ、ステップＳ４１２に進む。ステップＳ４１２でリセットノイズがキャンセルされた撮像データが読み出され、図１２のステップＳ１４１に戻る。
【０１０８】
図１５は、図１２のステップＳ１６１「変曲点補正サブルーチン」である。ステップＳ６０１で、図１２のステップＳ１５１で検知された撮像素子１６２あるいは撮像素子１６２周辺の温度に基づき、データメモリ１５４に記憶された各温度での基準特性の定数（ａ、ｃ、ｄ）の中から、最適な定数（ａ、ｃ、ｄ）を読み込み、あるいは適当な複数の定数（ａ、ｃ、ｄ）の組を読み込んで補間計算等で最適な定数（ａ、ｃ、ｄ）を演算し、ステップＳ６０２に進む。
【０１０９】
ステップＳ６０２で、図１２のステップＳ１２１「変曲点データ生成サブルーチン」で生成されてデータメモリ１５４に記憶されている、基準特性の変曲点データＶｍを含む全画素の変曲点データＶｎが読み込まれ、ステップＳ６０３に進む。ステップＳ６０３で、基準特性の変曲点データＶｍと全画素の変曲点データＶｎから、図９の（式１３）を用いて、全画素のＶｍ’（オフセットによる変曲点補正を行う光電変換出力の下限値）が演算され、ステップＳ６０４に進む。
【０１１０】
ステップＳ６０４で、図１２のステップＳ１４１「撮像サブルーチン」で得られた全画素の撮像データＶｘが読み込まれ、以後、各画素の撮像データＶｘ毎に、ステップＳ６１１からＳ６４１が繰り返される。
【０１１１】
ステップＳ６１１で、ある画素の撮像データＶｘがその画素の変曲点Ｖｎよりも小さいかあるいは等しいか否かが確認される。ある画素の撮像データＶｘがその画素の変曲点Ｖｎよりも小さいかあるいは等しい場合（ステップＳ６１１；ＹＥＳ）、ステップＳ６１２に進む。ステップＳ６１２で変曲点補正を施さずに変曲点補正済みの撮像データＶｘ’としてデータメモリ１５４に記憶され、ステップＳ６４１に進む。
【０１１２】
ある画素の撮像データＶｘがその画素の変曲点Ｖｎよりも大きい場合（ステップＳ６１１；ＮＯ）、ステップＳ６２１に進み、ある画素の撮像データＶｘがステップＳ６０３で演算したオフセットによる変曲点補正を行う光電変換出力の下限値Ｖｍ’と等しいかあるいは大きいか否かが確認される。ある画素の撮像データＶｘがＶｍ’と等しいかあるいは大きい場合（ステップＳ６２１；ＹＥＳ）、ステップＳ６２２に進む。ステップＳ６２２で、図９の（式１０）で与えられるオフセット値Ｖｏｓが演算され、ある画素の撮像データＶｘに加算されて、変曲点補正済みの撮像データＶｘ’としてデータメモリ１５４に記憶され、ステップＳ６４１に進む。
【０１１３】
ある画素の撮像データＶｘが、オフセットによる変曲点補正を行う光電変換出力の下限値Ｖｍ’よりも小さい場合（ステップＳ６２１；ＮＯ）、ステップＳ６３１に進む。ステップＳ６３１で、ある画素の撮像データＶｘに、図９の（式１６）で与えられる対数特性から線形特性への特性変換が施されて、変曲点補正済みの撮像データＶｘ’としてデータメモリ１５４に記憶され、ステップＳ６４１に進む。
【０１１４】
ステップＳ６４１で全画素の変曲点補正が終了したか否かが確認され、終了した場合は（ステップＳ６４１；ＹＥＳ）図１２のステップＳ１６１に戻る。終了していない場合は（ステップＳ６４１；ＮＯ）ステップＳ６１１に戻り、次の画素の変曲点補正を行う。
【０１１５】
以上に述べたように、本発明によれば、記録のための撮像前に、撮像素子を遮光した状態で、撮像素子を少なくとも２つの異なる電位でリセットし、異なる電位でリセットされた後の撮像データを用いて変曲点を示すデータを生成し、この変曲点を示すデータを用いて変曲点バラツキの補正を行うことで、全画素の光電変換特性を記憶する大容量のメモリが不要で、ほぼリアルタイムに変曲点バラツキの補正が行えるため、安価で高画質な撮像装置および変曲点補正方法を提供することができる。
【０１１６】
尚、本発明に係る撮像装置を構成する各構成の細部構成および細部動作に関しては、本発明の趣旨を逸脱することのない範囲で適宜変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１１７】
【図１】本発明に係る撮像装置の一例であるデジタルカメラの外観模式図である。
【図２】図１に示したデジタルカメラの回路の一例を示すブロック図である。
【図３】撮像素子を構成する各構成要素の配置の一例を示す模式図である。
【図４】撮像素子を構成する画素の回路の一例を示す回路図である。
【図５】撮像素子の通常の撮像時の駆動を示すタイミングチャートである。
【図６】図５で示した各タイミングでの各部のポテンシャルを示す模式図である。
【図７】撮像素子のしきい値検出時の動作を示すタイミングチャートである。
【図８】図７で示した各タイミングでの各部のポテンシャルを示す模式図である。
【図９】変曲点バラツキの補正方法を示す模式図である。
【図１０】複数の温度条件下での定数（ａ、ｃ、ｄ）と基準変曲点データＶｍを測定する方法の一例を示す模式図である。
【図１１】画像処理手段とその周辺の回路構成の一例を示す回路ブロック図である。
【図１２】変曲点バラツキの補正を含む実際の撮像動作の流れを示すフローチャートのメインルーチンである。
【図１３】図１２のサブルーチン（１／３）である。
【図１４】図１２のサブルーチン（２／３）である。
【図１５】図１２のサブルーチン（３／３）である。
【図１６】変曲点バラツキのある２本の光電変換特性のグラフを示す模式図である。
【符号の説明】
【０１１８】
１  デジタルカメラ
１０  ボディ
１０１  レリーズボタン
１０１ａ  ＡＦスイッチ
１０１ｂ  レリーズスイッチ
１１１  電源スイッチ
１１２  モード設定ダイアル
１１３  変更ダイアル
１１５  ジョグダイアル
１２１  ファインダ
１２２  測光モジュール
１３１  画像表示手段
１４４  ＡＦモジュール
１４５  シャッタ
１５０  カメラ制御手段
１５１  ＣＰＵ（中央処理装置）
１５２  ワークメモリ
１５３  記憶部
１５４  データメモリ
１６０  撮像回路
１６１  撮像制御手段
１６２  撮像素子
１６２ｂ  画素
１６２ｋ  撮像データ
１６３  アンプ
１６４  アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換手段
１６５  画像処理手段
１６６  温度センサ
１８１  画像メモリ
１８２  メモリカード
２０  交換レンズ
２１１  レンズ
２２１  絞り
５０１  変曲点データ生成手段
５０２  変曲点補正手段
５０８ａ  デジタル画像データ
６０１  基準特性
６０１ｄ  （基準特性の）変曲点
６０３  比較特性
６０３ｄ  （比較特性の）変曲点
１４００  温度特性検知装置
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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