(57)【要約】【課題】ダイナミックレンジをできるだけ広く確保する。【解決手段】アナログゲインＧの大きさ（換言すればＩＳＯ感度の大きさ）にかかわらず、デジタルデータ値のゼロから１２ビットの最大値である「４０９５」までの全域をつかってアナログデータ値のデジタルデータ値への変換を行う。例えば、アナログゲインＧがＧ１、ＩＳＯ感度が「ＩＳＯ２００」のときにはダイナミックレンジは最大信号レベルである「４０９５」からノイズ信号レベルつまりＯＢクランプ値である「４」を差し引いた「４０９１」となる。このため、アナログ信号の増幅率が変わったとしてもそれに応じてダイナミックレンジをできるだけ広く確保することができる。【選択図】図３
2007129523.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像素子から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換する信号変換装置であって、
前記撮像素子から出力されるアナログ信号の増幅率を設定する増幅率設定手段と、
所定ビット数のデジタル信号のゼロを起点として前記増幅率に応じたデータのバラツキ幅を持つように基準黒分布領域を設定したときの該基準黒分布領域内の所定値を基準黒相当値とする基準黒設定手段と、
前記撮像素子のうち非受光領域から出力され前記増幅率で増幅されたアナログ信号が前記基準黒相当値に変換されるように調整した変換制御でもって、前記撮像素子のうち受光領域から出力され前記増幅率で増幅されたアナログ信号のデジタル信号への変換を行う制御手段と、
を備えた信号変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の信号変換装置であって、
撮影感度を設定する感度設定手段を備え、
前記増幅率設定手段は、前記撮像素子から出力されるアナログ信号の増幅率を前記撮影感度に応じて設定する、
信号変換装置。
【請求項３】
前記バラツキ幅は、前記増幅率が大きいほど大きくなるように設定されている、
請求項１又は２に記載の信号変換装置。
【請求項４】
前記基準黒相当値は、前記基準黒分布領域の中央値である、
請求項１〜３のいずれかに記載の信号変換装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記撮像素子のうち受光領域から出力され前記増幅率で増幅されたアナログ信号のデジタル信号への変換後、該デジタル信号から前記基準黒相当値を差し引くことにより暗電流補正を行う、
請求項１〜４のいずれかに記載の信号変換装置。
【請求項６】
撮像素子から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換する信号変換方法であって、
（ａ）所定ビット数のデジタル信号のゼロを起点として前記撮像素子から出力されるアナログ信号の増幅率に応じたデータのバラツキ幅を持つように基準黒分布領域を設定したときの該基準黒分布領域内の所定値を基準黒相当値とするステップと、
（ｂ）前記撮像素子のうち非受光領域から出力され前記増幅率で増幅されたアナログ信号が前記基準黒相当値に変換されるように調整した変換制御でもって、前記撮像素子のうち受光領域から出力され前記増幅率で増幅されたアナログ信号のデジタル信号への変換を行うステップと、
を含む信号変換方法。
【請求項７】
請求項６に記載の信号変換方法の各ステップを１又は複数のコンピュータに実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号変換装置、信号変換方法及びそのプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、受光素子の集合体である撮像素子から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換する信号変換装置が知られている。例えば、特許文献１には、画像の基準黒を一定値にクランプするために、撮像素子であるイメージセンサのうちオプティカルブラック領域（非受光領域）から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換しそれを積算して平均値を求め、その平均値と予め定められた基準黒相当値との差分を求めて補正量とし、イメージセンサのうち受光領域から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換した値からこの補正量を減算する補正処理が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平９−３２６９６２号公報（段落０００２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、撮像素子のうちオプティカルブラック領域には複数の受光素子が設けられているが、各受光素子からのアナログ信号をデジタル信号に変換した場合、絶えず一定値になるわけではなく、種々の要因によってバラツキが発生する。また、撮影時の感度が高いほど増幅率（ゲイン）が大きくなり、撮像素子からのアナログ信号に含まれるノイズ成分も大きく増幅されるため、バラツキ幅が広くなる。例えば、感度が「ＩＳＯ２００」，「ＩＳＯ８００」及び「ＩＳＯ１６００」の３つの場合を考える。いま、最高感度の「ＩＳＯ１６００」のバラツキ幅が「基準黒相当値±６４」であり、デジタルデータが１２ビットつまりデジタルデータ値で「０〜４０９５」で表されるとすると、基準黒相当値をデジタルデータ値で「３２」とすれば、バラツキ幅は「−３２〜９６」となる。しかし、デジタルデータ値は負の値をとることはできないため、結局「０〜９６」になってしまい、バラツキ幅の範囲内をすべてデジタルデータ値として表すことができない。これに対して、図７に示すように、基準黒相当値をデジタルデータ値で「６４」とすれば、バラツキ幅が「０〜１２８」となり、バラツキ幅の範囲内をすべてデジタルデータ値として表すことができる。一方、感度「ＩＳＯ２００」，「ＩＳＯ８００」のときには「ＩＳＯ１６００」のときと比べて感度が低く増幅率が小さいためバラツキ幅は狭くなるが（例えば「ＩＳＯ２００」で±４，「ＩＳＯ８００」で±３２とする）、基準黒相当値をＩＳＯ１６００のときと同じくデジタル信号で「６４」とすれば、図７に示すように、バラツキ幅の範囲内をすべてデジタルデータ値として表すことができる。
【０００５】
しかしながら、感度「ＩＳＯ２００」，「ＩＳＯ８００」のときに基準黒相当値を最高感度である「ＩＳＯ１６００」と同じ値に設定した場合には、１２ビットのデジタルデータ値の中にデータの存在しない領域（「ＩＳＯ２００」の場合「０〜５９」の領域、「ＩＳＯ８００」の場合「０〜３１」の領域）が生じることになり、その分ダイナミックレンジが制限されてしまうという問題が生じる。
【０００６】
本発明は、このような課題に鑑みなされたものであり、ダイナミックレンジをできるだけ広く確保することができる信号変換装置、信号変換方法及びそのプログラム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】
【０００７】
本発明は、上述の目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００８】
本発明の信号変換装置は、
撮像素子から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換する信号変換装置であって、
前記撮像素子から出力されるアナログ信号の増幅率を設定する増幅率設定手段と、
所定ビット数のデジタル信号のゼロを起点として前記増幅率に応じたデータのバラツキ幅を持つように基準黒分布領域を設定したときの該基準黒分布領域内の所定値を基準黒相当値とする基準黒設定手段と、
前記撮像素子のうち非受光領域から出力され前記増幅率で増幅されたアナログ信号が前記基準黒相当値に変換されるように調整した変換制御でもって、前記撮像素子のうち受光領域から出力され前記増幅率で増幅されたアナログ信号のデジタル信号への変換を行う制御手段と、
を備えたものである。
【０００９】
この信号変換装置では、撮像素子から出力されるアナログ信号の増幅率を設定し、所定ビット数のデジタル信号のゼロを起点として増幅率に応じたデータのバラツキ幅を持つように基準黒分布領域を設定したときの該基準黒分布領域内の所定値を基準黒相当値とする。そして、撮像素子のうち非受光領域から出力され設定済みの増幅率で増幅されたアナログ信号が基準黒相当値に変換されるように調整した変換制御でもって、撮像素子のうち受光領域から出力され設定済みの増幅率で増幅されたアナログ信号のデジタル信号への変換を行う。この結果、アナログ信号の増幅率にかかわらず、デジタル信号のゼロから所定ビット数までの全域をつかってアナログ信号のデジタル信号への変換を行うことができる。このため、ダイナミックレンジをできるだけ広く確保することができる。なお、ここでは、「ダイナミックレンジ」とは、最大信号レベルからノイズ信号レベルを差し引いたレンジとする。
【００１０】
本発明の信号変換装置は、更に、撮影感度を設定する感度設定手段を備え、前記増幅率設定手段は、前記撮像素子から出力されるアナログ信号の増幅率を前記撮影感度に応じて設定してもよい。こうすれば、結果的に撮影感度にかかわらず、デジタル信号のゼロから所定ビット数までの全域をつかってアナログ信号のデジタル信号への変換を行うことができる。
【００１１】
本発明の信号変換装置において、前記バラツキ幅は、前記増幅率が大きいほど大きくなるように設定されていてもよい。アナログ信号を増幅するとアナログ信号中のノイズも一緒に増幅されてしまうことからバラツキ幅も増幅される。したがって、基準黒分布領域のバラツキ幅は増幅率が大きいほど大きくなるように設定することが好ましい。
【００１２】
本発明の信号変換装置において、前記基準黒相当値は、前記基準黒分布領域の中央値としてもよい。中央値とは、基準黒分布領域の下限値から数えて累積頻度が５０％となったときの値である。なお、中央値に代えて平均値を採用してもよいし、出現頻度の最も高い値を採用してもよい。
【００１３】
本発明の信号変換装置において、前記制御手段は、前記撮像素子のうち受光領域から出力され前記増幅率で増幅されたアナログ信号のデジタル信号への変換後、該デジタル信号から前記基準黒相当値を差し引くことにより暗電流補正を行ってもよい。こうすれば、暗電流によるノイズ成分を適切に除去することができる。
【００１４】
本発明の信号変換方法は、
撮像素子から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換する信号変換方法であって、
（ａ）所定ビット数のデジタル信号のゼロを起点として前記撮像素子から出力されるアナログ信号の増幅率に応じたデータのバラツキ幅を持つように基準黒分布領域を設定したときの該基準黒分布領域内の所定値を基準黒相当値とするステップと、
（ｂ）前記撮像素子のうち非受光領域から出力され前記増幅率で増幅されたアナログ信号が前記基準黒相当値に変換されるように調整した変換制御でもって、前記撮像素子のうち受光領域から出力され前記増幅率で増幅されたアナログ信号のデジタル信号への変換を行うステップと、
を含むものである。
【００１５】
この信号変換方法によれば、アナログ信号の増幅率にかかわらず、デジタル信号のゼロから所定ビット数までの全域をつかってアナログ信号のデジタル信号への変換を行うことができる。このため、ダイナミックレンジをできるだけ広く確保することができる。なお、この信号変換方法において、上述した種々の信号変換装置の機能を実現するようなステップを追加してもよい。
【００１６】
本発明のプログラムは、上述した信号変換方法を、１又は２以上のコンピュータに実行させるためのプログラムである。このプログラムは、コンピュータが読み取り可能な記録媒体（例えばハードディスク、ＲＯＭ、ＦＤ、ＣＤ、ＤＶＤなど）に記録されていてもよいし、伝送媒体（インターネットやＬＡＮなどの通信網）を介してあるコンピュータから別のコンピュータへ配信されてもよいし、その他どのような形で授受されてもよい。このプログラムを一つのコンピュータに実行させるか又は複数のコンピュータに各ステップを分担して実行させれば、上述した信号変換方法が実行されるため、上述した信号変換方法と同様の効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の一実施形態であるデジタルカメラ１０の構成の概略を示す構成図、図２はイメージセンサ２０の構成の概略を示す構成図である。
【００１８】
本実施形態のデジタルカメラ１０は、レンズ１２と、光を光電変換によって電気信号に変換するイメージセンサ２０と、レンズ１２とイメージセンサ２０との間に配置されたメカニカルシャッタ１４と、ＩＳＯ感度をマニュアル設定可能なＩＳＯ感度設定ボタン１５と、イメージセンサ２０の種々の動作の開始タイミングをドライバ回路２８を介してイメージセンサ２０に出力するタイミングジェネレータ（ＴＧ）１６と、イメージセンサ２０から出力された電気信号をデジタル信号に変換するアナログフロントエンド（ＡＦＥ）１８と、ユーザが押下可能なシャッタボタン３２と、充放電可能なバッテリ３４と、各種制御を実行するコントローラ４０とを備えている。
【００１９】
レンズ１２は、収差を抑えるために凸レンズと凹レンズとを組み合わせて構成されている。このレンズ１２は、図示しないがオートフォーカス機構を備えている。
【００２０】
イメージセンサ２０は、図２に示すように、マトリックス状に配置された複数のフォトダイオード２２と、各フォトダイオード２２ごとに形成されフォトダイオード２２から受け取った電荷を垂直方向に転送可能な垂直転送用ＣＣＤ２４と、垂直方向の終端に位置する垂直転送用ＣＣＤ２４から受け取った電荷を水平方向に転送可能な水平転送用ＣＣＤ２６とを備えている。フォトダイオード２２は、画素ごとに設けられた光電変換素子であり、露光されたときの光を電荷に変換して蓄積する。このフォトダイオード２２は、電子シャッタ機能を有しており、この電子シャッタ機能により電荷を図示しない基板へ逃がすことができるようになっている。垂直転送用及び水平転送用ＣＣＤ２４，２６は、電荷転送素子であり、露光中は動作しないが露光する直前のタイミングや露光したあと電荷をフォトダイオード２２から受け取る前のタイミングでＣＣＤ２４，２６に貯まったノイズとなる不要な電荷を掃き出し、露光後の電荷をフォトダイオード２２から受け取り順次転送することにより画像（アナログ信号）を読み出すようになっている。イメージセンサ２０に含まれるフォトダイオード２２や垂直転送用ＣＣＤ２４、水平転送用ＣＣＤ２６は、ドライバ回路２８によって駆動される。また、イメージセンサ２０の周縁部には、ノイズの原因である暗電流（熱などにより発生する電荷）を除去するために、遮光膜を貼って光が照射されないようにしたオプティカルブラック領域（ＯＢ領域）２０ａが形成されている。このＯＢ領域２０ａ以外の領域は光の照射が可能な受光領域２０ｂである。ＯＢ領域２０ａに電荷が発生していれば、それは暗電流によるものなので、出力信号のレベル値からＯＢ領域２０ａのレベル値を差し引けばノイズ分を除去することができる。
【００２１】
メカニカルシャッタ１４は、イメージセンサ２０への光の照射を物理的に遮るものであり、本実施形態ではレンズ１２から離れイメージセンサ２０のすぐ近くに装備されている。
【００２２】
ＩＳＯ感度設定ボタン１５は、ユーザの操作によってＩＳＯ感度を種々の値に設定可能なボタンであり、本実施形態では、ＩＳＯ感度の値として「ＩＳＯ２００」、「ＩＳＯ８００」、「ＩＳＯ１６００」のいずれかの値が設定可能である。このＩＳＯ感度は、電荷を信号として扱えるように増幅するときの度合いを変更するものであり、ＩＳＯ感度が高いほど増幅の度合いが大きくなるように設定されている。
【００２３】
ＴＧ１６は、垂直転送用ＣＣＤ２４の駆動速度を決定する垂直ラインシフトパルスや水平転送用ＣＣＤ２６の駆動速度を決定する水平ラインシフトパルスの出力タイミングのほか、各種デバイスの動作の同期をとるための同期信号の出力タイミングなどをドライバ回路２８に出力するものである。ここでは、出力タイミングはレジスタによって設定される。
【００２４】
ＡＦＥ１８は、イメージセンサ２０においてフォトダイオード２２から読み出された電荷信号をアナログ信号からデジタル信号に変換して出力するものであり、１画素ごとの電圧波形についてサンプリングを行う相関二重サンプラ（ＣＤＳ）１８ａと、ＣＤＳ１８ａから出力されたアナログ信号をアナログゲインＧでもって増幅するアナログゲインアンプ１８ｂと、アナログゲインアンプ１８ｂで増幅されたアナログ信号をデジタル信号として出力するＡ／Ｄ変換器１８ｃとを備えている。なお、アナログゲインアンプ１８ｂでのアナログゲインＧは、ＩＳＯ感度設定ボタン１５で設定されたＩＳＯ感度に応じて決定される。ここでは、ＩＳＯ感度が「ＩＳＯ２００」のときにはアナログゲインＧはＧ１に決定され、ＩＳＯ感度が「ＩＳＯ８００」のときにはアナログゲインＧはＧ２に決定され、ＩＳＯ感度が「ＩＳＯ１６００」のときにはアナログゲインＧはＧ３に決定される（Ｇ１＜Ｇ２＜Ｇ３）。このＡＦＥ１８から出力されたデジタル信号は、画素補間処理やホワイトバランス処理、ガンマ補正処理などの周知の画像処理が施されたあとＪＰＥＧファイルとしてメモリカード３０に格納される。
【００２５】
シャッタボタン３２は、ユーザの操作によって半押しや全押しが可能であり、半押し状態ではオートフォーカス機能により焦点が自動的に合うようになっており、半押し状態後に全押しすることによりレンズを通じてイメージセンサ２０上に結像した画像を取り込むタイミングをコントローラ４０へ出力する。
【００２６】
バッテリ３４は、充放電可能なリチウムイオン電池やニッケル水素電池などに代表される二次電池である。このバッテリ３４には、電源ユニット３６が接続されている。この電源ユニット３６はコントローラ４０からの指令によって適宜必要な電圧レベルに変換した電圧を各種回路やデバイスに供給する。また、バッテリ３４には、バッテリ残量検出センサ３８が取り付けられている。このバッテリ残量検出センサ３８はバッテリ３４の端子間電圧をバッテリ３４の残量として検出しコントローラ４０へ出力する。
【００２７】
コントローラ４０は、ＣＰＵ４２を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ４２の他に処理プログラムや各種テーブルを記憶するＲＯＭ４４と、データを一時的に記憶するＲＡＭ４６と、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備えている。コントローラ４０には、ＩＳＯ感度設定ボタン１５からのＩＳＯ感度に関する信号、シャッタボタン３２の半押し信号や全押し信号、バッテリ残量検出センサ３８からの検出信号、ＡＦＥ１８からのデジタル信号、メモリカード３０から読み出した各種データなどが入力される。また、コントローラ４０からは、メカニカルシャッタ１４へのシャッタ駆動信号、ＴＧ１６へのレジスタに関する信号、電源ユニット３６への制御信号、メモリカード３０への各種データの要求信号などが出力される。
【００２８】
ＲＯＭ４４には、表１に示す感度対応テーブルが記憶されている。この感度対応テーブルは、ＩＳＯ感度に対応してアナログゲインＧ、基準黒分布領域の中央値Ｍが設定されており、ＩＳＯ感度が高いほど、アナログゲインＧが高く基準黒分布領域の中央値Ｍが大きくなるように設定されている。ここで、基準黒分布領域の中央値Ｍは、図３に示すように、１２ビットのデジタルデータ値のゼロを起点としてアナログゲインＧに応じたバラツキ幅Ｗを持つように基準黒分布領域を設定したときの中央値である。基準黒分布領域のバラツキ幅Ｗは、ＩＳＯ感度が高いほど換言すればアナログゲインＧが高いほど広くなるように設定されている。これは、イメージセンサ２０から出力されたアナログ信号を増幅した場合には、アナログゲインＧが大きいほどノイズ成分も大きくなってバラツキ幅Ｗが広がるからである。本実施形態では、図３に示すように、ＩＳＯ感度が「ＩＳＯ２００」でアナログゲインＧがＧ１のときには、基準黒分布領域のバラツキ幅Ｗを「８」とし、ＩＳＯ感度が「ＩＳＯ８００」でアナログゲインＧがＧ２（Ｇ２＞Ｇ１）のときには、バラツキ幅Ｗを「６４」とし、ＩＳＯ感度が「ＩＳＯ１６００」でアナログゲインＧがＧ３（Ｇ３＞Ｇ２）のときには、バラツキ幅Ｗを「１２８」とした。この結果、ゼロを起点としてバラツキ幅Ｗを持つように基準黒分布領域を設定したときの中央値Ｍは、ＩＳＯ感度が「ＩＳＯ２００」でアナログゲインＧがＧ１のときには「４」、ＩＳＯ感度が「ＩＳＯ８００」でアナログゲインＧがＧ２（Ｇ２＞Ｇ１）のときには「３２」、ＩＳＯ感度が「ＩＳＯ１６００」でアナログゲインＧがＧ３（Ｇ３＞Ｇ２）のときには「６４」となり、これらの値が感度対応テーブルに書き込まれている。
【表１】
2007129523.tif 000003
【００２９】
次に、本実施形態のデジタルカメラ１０がイメージセンサ２０からアナログ画像信号を読み出す動作について、図４に基づいて説明する。図４はイメージセンサ２０における電荷の転送を表す説明図である。図４（ａ）は露光直後の状態であり、フォトダイオード２２には電荷が蓄積されている。この状態で、まずフォトダイオード２２に蓄積された電荷を隣接する垂直転送用ＣＣＤ２４に転送する（図４（ｂ）参照）。次に、ＴＧ１６が垂直ラインシフトパルスを出力する。すると、そのタイミングで垂直転送用ＣＣＤ２４の電荷が垂直方向に一段下がるように転送される（図４（ｃ）参照）。図４（ｃ）は、３つの水平転送用ＣＣＤ２６の左から順に、１番目のフォトダイオード２２（１番目の画素）の電荷、２番目のフォトダイオード２２（２番目の画素）の電荷、３番目のフォトダイオード（３番目の画素）の電荷が転送された状態を示す。なお、図中の丸付き数字「ｎ」は、ｎ番目の画素に蓄積されていた電荷を表す。次に、ＴＧ１６が水平ラインシフトパルスの出力タイミングを順次出力する。すると、水平転送用ＣＣＤ２６の電荷が水平方向に順次転送され、すべての電荷を１画素分ずつ増幅したあとＡＦＥ１８へ出力する（図４（ｄ）参照）。このようにして、１番目の画素から３番目の画素までの電荷が順次出力される。すべての水平転送用ＣＣＤ２６が空になったあと、ＴＧ１６は垂直ラインシフトパルスを出力する。すると、垂直転送用ＣＣＤ２４の電荷が垂直方向に一段下がるように転送される（図４（ｅ）参照）。図４（ｅ）は、３つの水平転送用ＣＣＤの左から順に、４番目のフォトダイオード（４番目の画素）の電荷、５番目のフォトダイオード（５番目の画素）の電荷、６番目のフォトダイオード（６番目の画素）の電荷が転送された状態を示す。次に、ＴＧ１６が水平ラインシフトパルスの出力タイミングを順次出力する。すると、水平転送用ＣＣＤ２６の電荷が水平方向に順次転送され、すべての電荷を１画素分ずつ増幅したあとＡＦＥへ出力する（図４（ｆ）参照）。このようにして、４番目の画素から６番目の画素までの電荷が順次出力される。すべての水平転送用ＣＣＤが空になったあと、ＴＧ１６は垂直ラインシフトパルスを出力する。すると、垂直転送用ＣＣＤ２４の電荷が垂直方向に一段下がるように転送される（図４（ｆ）参照）。その後は、この一連の動作を繰り返すことにより、すべてのフォトダイオード２２に蓄積されていた電荷を順番にＡＦＥ１８へ出力することができる。
【００３０】
次に、こうして構成された本実施形態のデジタルカメラ１０の動作、特にＩＳＯ感度に対応した処理を実行する際の動作と被写体を撮影する際の動作について説明する。図５は感度対応処理ルーチンのフローチャートであり、図６は撮影処理ルーチンのフローチャートである。以下には、まず感度対応処理ルーチンについて説明し、その後撮影処理ルーチンについて説明する。
【００３１】
感度対応処理ルーチンは、ＩＳＯ感度設定ボタン１５によりＩＳＯ感度の設定が変更されたときに実行される処理である。このルーチンが開始されると、コントローラ４０のＣＰＵ４２は、まず、ＩＳＯ感度設定ボタン１５で設定されているＩＳＯ感度を読み込み（ステップＳ１１０）、その読み込んだＩＳＯ感度が「ＩＳＯ２００」（低感度）なのか「ＩＳＯ８００」（中感度）なのか「ＩＳＯ１６００」（高感度）なのかを判定する（ステップＳ１２０）。ステップＳ１２０でＩＳＯ感度が「ＩＳＯ２００」のときには、表１に示す感度対応テーブルに照らしてＡＦＥ１８のアナログゲインアンプ１８ｂにおけるアナログゲインＧをＧ１に設定し（ステップＳ１３０）、基準黒分布領域の中央値Ｍである「４」をＯＢクランプ値として設定し（ステップＳ１４０）、このルーチンを終了する。なお、ＯＢクランプ値とは、イメージセンサ２０のうちＯＢ領域２０ａから出力されるデジタルデータ値のフィードバック制御（後述するステップＳ３３０参照）を行う際の目標値（基準黒相当値）である。また、ステップＳ１２０でＩＳＯ感度が「ＩＳＯ８００」のときには、表１に示す感度対応テーブルに照らしてアナログゲインＧをＧ２に設定し（ステップＳ１５０）、基準黒分布領域の中央値Ｍである「３２」をＯＢクランプ値として設定し（ステップＳ１６０）、このルーチンを終了する。また、ステップＳ１２０でＩＳＯ感度が「ＩＳＯ１６００」のときには、表１に示す感度対応テーブルに照らしてアナログゲインＧをＧ３に設定し（ステップＳ１７０）、基準黒分布領域の中央値Ｍである「６４」をＯＢクランプ値として設定し（ステップＳ１８０）、このルーチンを終了する。
【００３２】
次に、撮影処理ルーチンについて図６に基づいて説明する。撮影処理ルーチンは、デジタルカメラ１０のシャッタボタン３２が半押し状態になったのを検出してＣＰＵ４２がシャッタスピードや絞り値を設定すると共にオートフォーカスを行ったあと全押し状態になったのを検出したタイミングで実行される処理である。このルーチンが開始されると、ＣＰＵ４２は、半押し状態のときに自動露光を行うことにより求めた露光時間だけイメージセンサ２０の露光を行い（ステップＳ３１０）、既に図４を用いて説明した手順によりイメージセンサ２０からアナログ画像信号を読み出す（ステップＳ３２０）。続いて、ＡＦＥ１８のＣＤＳ１８ａでアナログ画像信号がサンプリングされＩＳＯ感度に応じたアナログゲインＧで増幅されたあとのアナログデータのうち、ＯＢ領域２０ａから出力されたアナログデータを順次読み出してこれらのアナログデータがＯＢクランプ値となるようなＡ／Ｄ変換をフィードバック制御によって確立する（ステップＳ３３０）。但し、ステップＳ３３０により、ＯＢ領域２０ａから出力されたアナログデータがすべてＯＢクランプ値に変換されるようになるわけではなく、基準黒分布領域内に入るようになるに過ぎない。このようにバラツキが生じるのは、ＡＦＥ１８やイメージセンサ２０の性能などによると考えられる。続いて、受光領域２０ｂから出力されたアナログデータを順次読み出してこれらのアナログデータをステップＳ３３０で確立したＡ／Ｄ変換でもって変換する（ステップＳ３４０）。その後、各デジタルデータ値からＯＢクランプ値を減算することにより暗電流補正を行い（ステップＳ３５０）、暗電流補正後のデジタルデータを用いて各種の画像処理を行うことによりＪＰＥＧファイルを作成し該ＪＰＥＧファイルをメモリカード３０へ保存し（ステップＳ３６０）、このルーチンを終了する。
【００３３】
ここで、本実施形態の構成要素と本発明の構成要素との対応関係を明らかにする。本実施形態のデジタルカメラ１０が本発明の信号変換装置に相当しアナログゲインアンプ１８ｂが増幅率設定手段に相当し、コントローラ４０が基準黒設定手段及び制御手段に相当する。また、イメージセンサ２０が撮像素子に相当し、ＯＢ領域２０ａが非受光領域に相当し、ＩＳＯ感度設定ボタン１５が感度設定手段に相当する。なお、本実施形態ではデジタルカメラ１０の構成、作用及び効果の説明をすることにより、本発明の信号変換装置を説明すると同時に、信号変換方法やそのプログラムについても併せて説明した。
【００３４】
以上詳述した本実施形態のデジタルカメラ１０によれば、図３に示すように、アナログゲインＧの大きさ（換言すればＩＳＯ感度の大きさ）にかかわらず、デジタルデータ値のゼロから１２ビットの最大値である「４０９５」までの全域をつかってアナログデータ値のデジタルデータ値への変換を行うため、ダイナミックレンジをできるだけ広く確保することができる。具体的には、アナログゲインＧがＧ１、ＩＳＯ感度が「ＩＳＯ２００」のときには図３（ａ）に示すようにダイナミックレンジは最大信号レベルである「４０９５」からノイズ信号レベルつまりＯＢクランプ値である「４」を差し引いた「４０９１」となり、アナログゲインＧがＧ２、ＩＳＯ感度が「ＩＳＯ８００」のときには図３（ｂ）に示すようにダイナミックレンジは最大信号レベルである「４０９５」からノイズ信号レベルつまりＯＢクランプ値である「３２」を差し引いた「４０６３」となり、アナログゲインＧがＧ３、ＩＳＯ感度が「ＩＳＯ１６００」のときには図３（ｃ）に示すようにダイナミックレンジは最大信号レベルである「４０９５」からノイズ信号レベルつまりＯＢクランプ値である「６４」を差し引いた「４０３１」となる。また、ステップＳ３３０で各デジタルデータ値からＯＢクランプ値を減算することにより暗電流によるノイズ成分を適切に除去することもできる。
【００３５】
なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。
【００３６】
例えば、上述した実施形態では、ＩＳＯ感度はＩＳＯ感度設定ボタン１５によりユーザがマニュアル操作で設定するものとしたが、ＩＳＯ感度を自動設定する機能をデジタルカメラ１０に搭載してもよい。その場合には、ＩＳＯ感度が自動的に更新されたときにも図５に示す感度対応処理ルーチンが実行される。
【００３７】
上述した実施形態では、ＩＳＯ感度に応じてアナログゲインＧを変更するようにしたが、ＩＳＯ感度以外の要因（例えばホワイトバランス処理など）によりアナログゲインＧを変更するようにしてもよい。
【００３８】
上述した実施形態では、感度対応処理ルーチンを撮影処理ルーチンとは別に実行するようにしたが、撮影処理ルーチンの中で感度対応処理ルーチンを実行してもよく、具体的には撮影処理ルーチンの開始直後かステップＳ３１０の後かステップＳ３２０の後に実行するようにしてもよい。
【００３９】
上述した実施形態では、信号変換装置の一例としてデジタルカメラ１０を取り上げたが、アナログ画像信号をデジタル化する信号変換装置であれば本発明を適用可能である。そのような信号変換装置としては、デジタルカメラのほかにスキャナ（ハンドスキャナを含む）などが挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本実施形態のデジタルカメラ１０の構成の概略を示す構成図。
【図２】イメージセンサ２０の構成の概略を示す構成図。
【図３】各感度におけるデジタルデータ値とデータ個数との関係を表すグラフ。
【図４】イメージセンサ２０における電荷の転送を表す説明図。
【図５】感度対応処理ルーチンのフローチャート。
【図６】撮影処理ルーチンのフローチャート。
【図７】従来の各感度におけるデジタルデータ値とデータ個数との関係を表すグラフ。
【符号の説明】
【００４１】
１０…デジタルカメラ、  １２…レンズ、  １４…メカニカルシャッタ、  １５…ＩＳＯ感度設定ボタン、  １６…タイミングジェネレータ（ＴＧ）、  １８…アナログフロントエンド（ＡＦＥ）、１８ａ…相関二重サンプラ（ＣＤＳ）、  １８ｂ…アナログゲインアンプ、  １８ｃ…Ａ／Ｄ変換器、  ２０…イメージセンサ、  ２０ａ…オプティカルブラック領域（ＯＢ領域）、  ２０ｂ…受光領域、  ２２…フォトダイオード、  ２４…垂直転送用ＣＣＤ、  ２６…水平転送用ＣＣＤ、  ２８…ドライバ回路、  ３０…メモリカード、  ３２…シャッタボタン、  ３４…バッテリ、  ３６…電源ユニット、  ３８…バッテリ残量検出センサ、  ４０…コントローラ、  ４２…ＣＰＵ、  ４４…ＲＯＭ、  ４６…ＲＡＭ。
【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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