(57)【要約】      （修正有）【課題】温度によって暗電流の発生量が異なる場合に画像処理に必要なダイナミックレンジを維持できる撮像装置を提供する。【解決手段】複数の画素が配列された撮像部と、前記撮像部から読み出される信号に第１ゲインを乗算する第１ゲイン乗算部と、前記撮像部から読み出される信号から暗電流成分を減算する暗電流補正部と、前記暗電流補正部が減算後の信号に第２ゲインを乗算する第２ゲイン乗算部と、前記撮像部近傍の温度を計測する温度計測部と、前記温度計測部が計測した温度に応じて、前記第１ゲインと前記第２ゲインとのトータルゲインが一定になるように、前記第１ゲインと前記第２ゲインの割合を可変して前記第１ゲイン乗算部と前記第２ゲイン乗算部とに設定するゲイン制御部とを備える。【選択図】図１
2012134803.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素が配列された撮像部と、
前記撮像部から読み出される信号に第１ゲインを乗算する第１ゲイン乗算部と、
前記撮像部から読み出される信号から暗電流成分を減算する暗電流補正部と、
前記暗電流補正部が減算後の信号に第２ゲインを乗算する第２ゲイン乗算部と、
前記撮像部近傍の温度を計測する温度計測部と、
前記温度計測部が計測した温度に応じて、前記第１ゲインと前記第２ゲインとのトータルゲインが一定になるように、前記第１ゲインと前記第２ゲインの割合を可変して前記第１ゲイン乗算部と前記第２ゲイン乗算部とに設定するゲイン制御部と
を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の撮像装置において、
前記ゲイン制御部は、前記温度計測部が計測した温度が予め設定された閾値以上の場合は前記第１ゲインを大きくすると共に前記トータルゲインが一定になるように前記第２ゲインを小さくし、前記温度計測部が測定した温度が前記閾値未満の場合は前記第１ゲインを小さくすると共に前記トータルゲインが一定になるように前記第２ゲインを大きくして前記第１ゲイン乗算部と前記第２ゲイン乗算部とにそれぞれ設定する
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項３】
請求項１に記載の撮像装置において、
前記温度計測部が計測する温度毎に予め決定された前記第１ゲインおよび前記第２ゲインを保持するテーブルを更に設け、
前記ゲイン制御部は、前記温度計測部が計測した温度に対応する前記第１ゲインおよび前記第２ゲインを前記テーブルから求め、前記第１ゲイン乗算部および前記第２ゲイン乗算部にそれぞれ設定する
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項４】
請求項３に記載の撮像装置において、
感度選択を行う感度選択部を更に設け、
前記テーブルは、前記温度計測部が計測する温度と前記感度選択部で選択される感度との組合せ毎に予め決定された前記第１ゲインおよび前記第２ゲインを保持し、
前記ゲイン制御部は、前記温度計測部が計測した温度と前記感度選択部で選択された感度との組合せに対応する前記第１ゲインおよび前記第２ゲインを前記テーブルから求め、前記第１ゲイン乗算部および前記第２ゲイン乗算部にそれぞれ設定する
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項５】
請求項４に記載の撮像装置において、
前記ゲイン制御部は、前記感度設定部で選択された感度が予め設定された閾値以上の高感度に設定され、且つ前記温度計測部で測定された温度が予め設定された閾値以上の高温である場合に、前記第１ゲインに対する前記第２ゲインの割合を可変する
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項６】
請求項４または５に記載の撮像装置において、
撮影秒時を制御する露出制御部を更に設け、
前記ゲイン制御部は、前記露出制御部が制御する撮影秒時と、前記感度設定部で設定された感度と、前記温度計測部が測定した温度との組合せに応じて、前記第１ゲインと前記第２ゲインの割合を可変する
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一項に記載の撮像装置において、
前記第１ゲイン乗算部は、前記第１ゲインをアナログゲインとするアナログ回路で構成され、
前記第２ゲイン乗算部は、前記第２ゲインをデジタルゲインとするデジタル回路で構成される
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、暗電流補正を行う撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な電子カメラでは、複数のフォトダイオードが二次元状に配置された撮像素子が用いられている。このような撮像素子のフォトダイオードでは暗電流が発生するので、ＯＢ（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｂｌａｃｋ）領域に配置されたフォトダイオードを有する画素とフォトダーオードを有さない画素との出力信号の差に基づいて暗電流の発生量を推定し、撮影画像の補正を行う方法が用いられている。また、暗電流は温度に依存し、温度が高くなると暗電流の発生量が増加するため、温度に応じて補正を行う技術も検討されている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１１８２９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、撮像素子の出力信号は、撮影感度（ＩＳＯ感度など）に応じたアナログゲインを乗算して信号レベルを調整後にＡ／Ｄ変換され、後段のデジタル信号処理回路に入力される。そして、デジタル信号処理回路で暗電流補正，ノイズ除去，ホワイトバランスゲイン調整，色補間処理などの画像処理を行っている。ところが、同じ撮影感度および同じ撮影秒時であっても撮像素子の温度によって暗電流の発生量が異なり、Ａ／Ｄ変換のダイナミックレンジを超えて飽和する可能性がある。この場合は、後段のデジタル信号処理回路で行われる画像処理に必要なダイナミックレンジを維持できないという問題が生じる。
【０００５】
本発明の目的は、温度によって暗電流の発生量が異なる場合でも画像処理に必要なダイナミックレンジを維持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】
【０００６】
本発明に係る撮像装置は、複数の画素が配列された撮像部と、前記撮像部から読み出される信号に第１ゲインを乗算する第１ゲイン乗算部と、前記撮像部から読み出される信号から暗電流成分を減算する暗電流補正部と、前記暗電流補正部が減算後の信号に第２ゲインを乗算する第２ゲイン乗算部と、前記撮像部近傍の温度を計測する温度計測部と、前記温度計測部が計測した温度に応じて、前記第１ゲインと前記第２ゲインとのトータルゲインが一定になるように、前記第１ゲインと前記第２ゲインの割合を可変して前記第１ゲイン乗算部と前記第２ゲイン乗算部とに設定するゲイン制御部とを備えることを特徴とする。
【０００７】
特に、前記ゲイン制御部は、前記温度計測部が計測した温度が予め設定された閾値以上の場合は前記第１ゲインを大きくすると共に前記トータルゲインが一定になるように前記第２ゲインを小さくし、前記温度計測部が測定した温度が前記閾値未満の場合は前記第１ゲインを小さくすると共に前記トータルゲインが一定になるように前記第２ゲインを大きくして前記第１ゲイン乗算部と前記第２ゲイン乗算部とにそれぞれ設定することを特徴とする。
【０００８】
また、前記温度計測部が計測する温度毎に予め決定された前記第１ゲインおよび前記第２ゲインを保持するテーブルを更に設け、前記ゲイン制御部は、前記温度計測部が計測した温度に対応する前記第１ゲインおよび前記第２ゲインを前記テーブルから求め、前記第１ゲイン乗算部および前記第２ゲイン乗算部にそれぞれ設定することを特徴とする。
【０００９】
さらに、感度選択を行う感度選択部を更に設け、前記テーブルは、前記温度計測部が計測する温度と前記感度選択部で選択される感度との組合せ毎に予め決定された前記第１ゲインおよび前記第２ゲインを保持し、前記ゲイン制御部は、前記温度計測部が計測した温度と前記感度選択部で選択された感度との組合せに対応する前記第１ゲインおよび前記第２ゲインを前記テーブルから求め、前記第１ゲイン乗算部および前記第２ゲイン乗算部にそれぞれ設定することを特徴とする。
【００１０】
特に、前記ゲイン制御部は、前記感度設定部で選択された感度が予め設定された閾値以上の高感度に設定され、且つ前記温度計測部で測定された温度が予め設定された閾値以上の高温である場合に、前記第１ゲインに対する前記第２ゲインの割合を可変することを特徴とする。
【００１１】
さらに、撮影秒時を制御する露出制御部を更に設け、前記ゲイン制御部は、前記露出制御部が制御する撮影秒時と、前記感度設定部で設定された感度と、前記温度計測部が測定した温度との組合せに応じて、前記第１ゲインと前記第２ゲインの割合を可変することを特徴とする。
【００１２】
特に、前記第１ゲイン乗算部は、前記第１ゲインをアナログゲインとするアナログ回路で構成され、前記第２ゲイン乗算部は、前記第２ゲインをデジタルゲインとするデジタル回路で構成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る撮像装置は、温度によって暗電流の発生量が異なる場合でも信号処理に必要なダイナミックレンジを維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態に係る電子カメラ１０１の一例を示すブロック図である。
【図２】暗電流の影響を示す説明図である。
【図３】暗電流補正部１６１の構成とゲイン制御を示す説明図である。
【図４】テーブル２５１の一例を示す図である。
【図５】本実施形態に係る電子カメラ１０１の撮影処理を示すフローチャートである。
【図６】本実施形態に係る電子カメラ１０１の撮影処理の変形例１を示すフローチャートである。
【図７】本実施形態に係る電子カメラ１０１の撮影処理の変形例２を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る撮像装置の実施形態について図面を用いて詳しく説明する。ここでは、本発明に係る撮像装置として電子カメラ１０１に適用する例について説明する。
【００１６】
［電子カメラ１０１の構成例および基本動作］
先ず、各実施形態に共通の電子カメラ１０１の構成例および基本動作について説明する。図１は電子カメラ１０１の構成例を示すブロック図で、電子カメラ１０１は、光学系１０２と、メカニカルシャッタ１０３と、撮像素子１０４と、ＡＦＥ（アナログフロントエンド）１０５と、信号処理部１０６と、画像バッファ１０７と、制御部１０８と、ＴＧ（タイミングジェネレータ）１０９と、メモリ１１０と、表示部１１１と、メモリカードＩＦ（インターフェース）１１２と、操作部１１３と、温度センサ１１４とで構成される。
【００１７】
図１において、光学系１０２に入射される被写体光は、メカニカルシャッタ１０３を介して撮像素子１０４の受光面に結像される。ここで、光学系１０２は、ズームレンズやフォーカスレンズなどの複数枚のレンズおよびレンズ駆動部や絞りなどで構成され、制御部１０８からの指令に応じて、ズームレンズやフォーカスレンズ或いは絞りなどが制御される。
【００１８】
撮像素子１０４は、例えばＣＭＯＳ型固体撮像素子で構成され、受光面にフォトダイオードを有する複数の画素が二次元状に配置されている。そして、ＴＧ１０９が出力するタイミング信号に応じて各画素から信号を読み出す。
【００１９】
ＡＦＥ１０５は、撮像素子１０４から読み出される信号のノイズを除去するためのＣＤＳ回路（相関二重サンプリング回路）１５１と、制御部１０８から指示される撮影感度（ＩＳＯ感度）に応じてアナログゲインＧａを調整するアナログアンプ１５２と、Ａ／Ｄ変換部１５３とを有する。そして、Ａ／Ｄ変換部１５３は、アナログアンプ１５２でゲイン調整されたアナログ信号をデジタル値に変換し、信号処理部１０６に出力する。
【００２０】
信号処理部１０６は、信号処理用のＡＳＩＣなどで構成され、ＡＦＥ１０５から入力するデジタル信号に対して、暗電流を補正する暗電流補正部１６１と、デジタルゲインを調整するデジタルゲイン調整部１６２と、画像処理部１６３とを有する。尚、画像処理部は、一般的なカメラで行われているホワイトバランス処理や色補間処理などを行う。また、本実施形態では、特徴がわかり易いようにデジタルゲイン調整部１６２を独立して設けたが、例えばホワイトバランス処理のホワイトバランスゲインなどに含めて画像処理部１６３でゲイン調整を行っても構わない。
【００２１】
画像バッファ１０７は、信号処理部１０６が処理した撮影画像を一時的に記憶する。
【００２２】
制御部１０８は、例えば内部に記憶されたプログラムに従って動作するＣＰＵで構成され、電子カメラ１０１全体の動作を制御する。例えば制御部１０８は、操作部１１３の撮影モード選択ダイヤル１１３ｃや感度選択ダイヤル１１３ｄおよびレリーズボタン１１３ｂの操作に応じて、電子カメラ１０１の撮影モードを設定する。また、露出制御処理部１８０は、撮像素子１０４の出力（または専用の測光センサを搭載している場合は測光センサの出力）から被写体の明るさを検出して露出計算を行い、撮影モードに応じて光学系１０２の絞り値やメカニカルシャッタ１０３の開閉時間（シャッター速度）を決定する。そして、露出制御処理部１８０は、レリーズボタン１０３ｂが押下されると、メカニカルシャッタ１０３を決定したシャッター速度で開閉して撮像素子１０４で撮像した１画面分の画像データをＡＦＥ１０５および信号処理部１０６を介して画像バッファ１０７に取り込む。特に本実施形態では、制御部１０８は、温度計測処理部１８１と、ゲイン調整処理部１８２とを有する。そして、温度計測処理部１８１は温度センサ１１４から撮像素子１０４自体（または近傍）の温度を取得し、ゲイン調整処理部１８２は温度計測処理部１８１が取得した温度に応じてアナログアンプ１５２のアナログゲインおよびデジタルゲイン調整部１６２のデジタルゲインの比率を制御する。また、制御部１０８は、画像バッファ１０７に記憶された撮影画像を表示部１１０に表示したり、メモリカードＩＦ１１２に接続されたメモリカード１１２ａに保存する処理を行う。尚、露出制御処理部１８０、温度計測処理部１８１およびゲイン調整処理部１８２は、本実施形態の説明に関係する制御部１０８の処理なので、図１では処理ブロックとして記載したが、その他の一般的な処理（例えば、表示部１１１へのメニュー画面や画像の表示処理、メモリカード１１２ａへの画像ファイルの書き込みや読み出し処理など）についても制御部１０８はそれぞれの処理を実行する。
【００２３】
ＴＧ１０９は、制御部１０８の指令に応じて撮像素子１０４から信号を読み出すためのタイミング信号を出力する。また、ＴＧ１０９は、撮像素子１０４から読み出される信号に同期してＣＤＳ回路１５１やＡ／Ｄ変換部１５３などが動作するためのタイミング信号をＡＦＥ１０５に出力する。
【００２４】
メモリ１１０は、例えばフラッシュメモリなどの不揮発性の半導体メモリで構成され、電子カメラ１０１の撮影モードや露出情報，フォーカス情報などのパラメータが記憶される。制御部１０８は、これらのパラメータを参照して電子カメラ１０１の動作を制御する。特に、本実施形態では、ＩＳＯ感度および温度センサ１１４が計測した温度に対応するアナログアンプ１５１のアナログゲインおよびデジタルゲイン調整部１６２のデジタルゲインの組合せが記載されたテーブル２５１がメモリ１１０に予め記憶されている。尚、メモリ１１０に記憶されているパラメータは、操作部１１３を介して行われるユーザー操作やメーカーの保守などで適宜更新される。
【００２５】
表示部１１１は、液晶モニタなどで構成され、制御部１０８によって撮影画像や電子カメラ１０１の操作に必要な設定メニューの画面などが表示される。
【００２６】
メモリカードＩＦ１１２は、電子カメラ１０１にメモリカード１１２ａを接続するためのインターフェースである。そして、制御部１０８はメモリカードＩＦ１１２を介してメモリカード１１２ａに画像データを読み書きする。
【００２７】
操作部１１３は、電源ボタン１０３ａ、レリーズボタン１０３ｂ、撮影モード選択ダイヤル１０３ｃ、感度選択ダイヤル１０３ｄ、カーソルボタン１０３ｅなどで構成される。ユーザーは、これらの操作ボタンを操作して電子カメラ１０１を使用する。例えば撮影モードダイヤル１０３ｃは、絞り優先撮影やシャッタ速度優先あるいはマニュアルによる絞り値やシャッタ速度の設定などを行う。或いは感度選択ダイヤル１０３ｄは、ＩＳＯ感度の選択を行う。尚、これらの操作部１１３の操作情報は制御部１０８に出力され、制御部１０８は操作部１１３から入力する操作情報に応じて電子カメラ１０１全体の動作を制御する。
【００２８】
温度センサ１１４は、撮像素子１０４の近傍に配置され、主に撮像素子１０４の温度を測定して逐次、制御部１０８に出力する。尚、温度センサ１１４は、撮像素子１０４の内部に設けられてもよい。
【００２９】
以上が電子カメラ１０１の構成および基本動作である。尚、本発明に係る撮像装置を電子カメラ１０１ではなく、単体の撮像素子として適用する場合は、図１において、ＡＦＥ１０５と、デジタルゲイン調整部１６２と、温度センサ１１４とを撮像素子１０４に内蔵させればよい。これにより、撮像素子１０４は、単体で本発明の特徴である暗電流補正を実現することができる。
【００３０】
［暗電流とダイナミックレンジについて］
ここで、暗電流について説明する。暗電流は、ＣＭＯＳ型固体撮像素子のフォトダイオードにおいて発生するノイズである。フォトダイオードは入射する光量に応じた電荷を蓄積する光電変換部で、明るい光が入射した時は出力が大きくなり、遮光された時は原理的に出力が零になる。ところが、遮光された状態であっても素子の熱雑音によって暗電流が発生し、電荷の蓄積時間が長くなったり、温度が上昇すると暗電流の発生量が増加する。そして、撮像素子１０４から読み出される信号には、画像信号に暗電流が上乗せされた状態になっている。この状態を図２（ａ）に示す。図２（ａ）は通常時（例えば１０℃から３０℃などの常温時）の画像信号２０１と暗電流２０２の一例を示した図である。図２（ａ）では、画像信号２０１に暗電流２０２が上乗せされた信号が撮像素子１０４からＡＦＥ１０５に読み出される。そして、信号処理部１０６の暗電流補正部１６１で暗電流２０２が差し引かれ、残りの部分が画像信号２０１のダイナミックレンジ２０３となる。
【００３１】
ところが、同じ撮影秒時（露光から読み出しまでの時間であるが、厳密にはフォトダイオードの電荷をリセットしてから読み出すまでの時間）でも高温環境下（６０℃など）では、暗電流の発生量が多くなり、例えば図２（ｂ）に示すように、撮像素子１０４から読み出される信号には、画像信号２０４に大きな暗電流２０５が上乗せされた状態になっている。そして、信号処理部１０６の暗電流補正部１６１で暗電流２０５が差し引かれ、残りの部分が画像信号２０４のダイナミックレンジ２０６となる。
【００３２】
このように、暗電流の発生量が少ない場合の画像信号２０１のダイナミックレンジ２０３よりも暗電流の発生量が多い場合の画像信号２０４のダイナミックレンジ２０６は狭くなってしまう。
【００３３】
尚、シャッター速度が速い場合（撮影秒時が短い場合に相当）は暗電流の影響は目立たないが、シャッター速度が遅い場合（撮影秒時が長い場合に相当）は暗電流の発生量が多くなる。特に、撮像素子１０４で撮影した画像を表示部１１１にリアルタイムで表示するライブビュー表示を行う場合は、撮像素子１０４の温度が上昇し、暗電流が増加する。このような状態で露光時間の長い（撮影秒時が長い）静止画撮影を行うと、撮像素子１０４の暗電流の影響が顕著になる。特にＩＳＯ感度を高くするとアナログアンプ１５２のアナログゲインＧａが高くなるので、さらにダイナミックレンジが狭くなり、後段の信号処理部１０６で必要なダイナミックレンジを維持できないという問題が生じる。
【００３４】
そこで、本実施形態に係る電子カメラ１０１では、アナログアンプ１５２のアナログゲインＧａとデジタルゲイン調整部１６２のデジタルゲインＧｄの比率を撮像素子１０４の温度に応じて制御することにより、図２（ｂ）のように暗電流の発生量が大きい場合でも信号処理に必要なダイナミックレンジを維持できるようになっている。
【００３５】
［暗電流補正部１６１の構成とゲイン調整について］
次に、暗電流補正部１６１の構成とゲイン調整について、図３を用いて説明する。図３は、図１の暗電流補正部１６１を中心としたゲイン調整に関連するブロックを示した図である。尚、図３において、図１と同符号のブロックは同じものを示す。
【００３６】
図３において、暗電流補正部１６１は、暗電流発生量の予測処理部１７１と、補正処理部１７２とで構成され、撮像素子１０４のフォトダイオードで発生する暗電流を除去する補正処理を行う。
【００３７】
予測処理部１７１は、撮像素子１０４のフォトダイオードで発生する暗電流の発生量を予測する処理を行う。例えば一般的な暗電流の発生量を計測する方法として、撮像素子１０４のＯＢ領域にフォトダイオードが無い画素と、フォトダイオードが有る画素とを配置し、フォトダイオードが無い画素から読み出した信号とフォトダイオードが有る画素から読み出した信号との差分を求め、これを暗電流の発生量とする方法が知られている。尚、実際には、計測値の安定化を図るために、複数の画素の平均値や複数回の平均値を求めるなどの工夫が為されている。ここで、予測処理部１７１は暗電流の発生量を予測して補正処理部１７２に出力できればよいので、暗電流の発生量を予測する方法は上記の例に限定されない。
【００３８】
補正処理部１７２は、撮影時に撮像素子１０４から読み出される信号から予測処理部１７１が求めた暗電流の発生量を差し引く処理を行う。例えば先述した図２（ａ）の常温時の場合、補正処理部１７２は、撮影時に撮像素子１０４から読み出される画像信号２０１と暗電流２０２とが含まれた信号から予測処理部１７１が求めた暗電流２０２を差し引いて、画像信号２０１を抽出する。同様に、図２（ｂ）の高温時の場合は、予測処理部１７１は暗電流２０５を求めて補正処理部１７２に出力するので、補正処理部１７２は撮影時に撮像素子１０４から読み出される画像信号２０４と暗電流２０５とが含まれた信号から予測処理部１７１が求めた暗電流２０５を差し引いて、画像信号２０４を抽出する。
【００３９】
このようにして、暗電流補正部１６１は、撮像素子１０４のフォトダイオードで発生する暗電流を除去する。
【００４０】
次に、暗電流補正部１６１の前後で行われるゲイン調整について説明する。撮像素子１０４から読み出される信号は、ＣＤＳ回路１５１でノイズ除去された後、アナログアンプ１５２でアナログゲインＧａが乗算される。そして、Ａ／Ｄ変換部１５３でデジタル信号に変換されて暗電流補正部１６１に入力される。ここで、アナログゲインＧａは、制御部１０８のゲイン調整処理部１８２によって設定される。ゲイン調整処理部１８２は、感度選択ダイヤル１０３ｄで選択されたＩＳＯ感度と、温度計測処理部１８１が取得した温度とに応じてアナログアンプ１５２のアナログゲインＧａおよびデジタルゲイン調整部１６２のデジタルゲインＧｄの比率を制御する。例えば図３に示すように、ゲイン調整処理部１８２は、温度計測処理部１８１が取得した温度が常温の温度範囲（例えば２０℃から３０℃など）である場合は、アナログゲインＧａを高温時のアナログゲイン（Ｇａ２）よりも大きなアナログゲイン（Ｇａ１）に設定し、デジタルゲインＧｄを高温時のデジタルゲイン（Ｇｄ２）よりも小さなゲイン（Ｇｄ１）に設定する。
【００４１】
逆に、温度計測処理部１８１が取得した温度が高温の温度範囲（例えば４０℃以上など）である場合は、ゲイン調整処理部１８２は、アナログゲインＧａを常温時のアナログゲイン（Ｇａ１）よりも小さなアナログゲイン（Ｇａ２）に設定し、逆にデジタルゲインＧｄを常温時のデジタルゲイン（Ｇｄ１）よりも大きなデジタルゲイン（Ｇｄ２）に設定する。尚、予め常温の温度範囲と高温の温度範囲とが設定され、メモリ１１０に記憶されているものとする。
【００４２】
さらに、ゲイン調整処理部１８２は、アナログゲインＧａとデジタルゲインＧｄの総合ゲインＧｔが一定になるように、アナログゲインＧａとデジタルゲインＧｄとの比率を調整する。例えば図３の場合、ゲイン調整処理部１８２は、常温時のアナログゲインＧａ１とデジタルゲインＧｄ１の総合ゲインＧｔ１と、高温時のアナログゲインＧａ２とデジタルゲインＧｄ２の総合ゲインＧｔ２とが同じになるように、アナログゲインＧａ１とデジタルゲインＧｄ１の比率またはアナログゲインＧａ２とデジタルゲインＧｄ２の比率を調整する。具体例として、アナログゲインＧａをＧａ２からＧａ１に大きくする場合は、デジタルゲインＧｄはＧｄ２からＧｄ１に小さくする。ここで、Ｇａ１＞Ｇａ２、Ｇｄ１＜Ｇｄ２、Ｇａ１×Ｇｄ１＝Ｇａ２×Ｇｄ２である。
【００４３】
ここで、高温時の問題点について説明する。先述した図２（ａ）の常温時の場合と図２（ｂ）の高温時の場合とを比較すると、撮像素子１０４から読み出される信号に占める暗電流は高温時の方が大きくなるため（暗電流２０２の大きさ＜暗電流２０５の大きさ）、画像信号に利用できるダイナミックレンジが狭くなる（画像信号２０１の大きさ＞画像信号２０４の大きさ）。
【００４４】
一方、一般的になカメラでは、操作部１１３の感度選択ダイヤル１１３ｄでＩＳＯ感度を大きく設定して高感度撮影を行う場合、アナログゲインＧａは通常感度での撮影より大きく設定される。このため、図３に示した撮像素子１０４から読み出される信号は、アナログアンプ１５２で更に大きく増幅されることになり、画像信号２０４はＡ／Ｄ変換部１５３のダイナミックレンジ２０６を超えて飽和する可能性がある。そこで、本実施形態に係る電子カメラ１０１では、ゲイン調整処理部１８２は、高温且つ高感度撮影時にアナログアンプ１５２のアナログゲインＧａを通常の撮影時より小さくして、画像信号が飽和しないように制御する。そして、ゲイン調整処理部１８２は、アナログゲインＧａを小さくした分だけＡ／Ｄ変換後のデジタルゲイン調整部１６２のデジタルゲインＧｄを大きくし、トータルゲインＧｔが変わらないように制御する。ここで、通常の撮影時とは、例えばＩＳＯ感度が１００で温度が３０℃以下などのように予め決められた条件下での撮影である。
【００４５】
次に、ＩＳＯ感度と温度とをパラメータとするアナログゲインＧａのシフト量（ゲイン調整量に相当）について説明する。尚、シフト量は、絞り値（Ｆ値），シャッター速度（Ｔｖ），ＩＳＯ感度（ＩＳＯ）をパラメータとする露出量の増減、いわゆる段数を意味する。例えばシフト量が＋１の場合は、絞り値（Ｆ値）であれば１段絞込み、シャッター速度であれば１段速くする。具体的には、絞りＦ値の場合、シフト前の絞りＦ値が２．８であれば４にシフトし、５．６であれば８にシフトする。シフト量が＋２であればシフト前の絞りＦ値が２．８であれば５．６にシフトする。シフト量が−２であればシフト前の絞りＦ値が２．８であれば１．４にシフトする。同様に、シャッター速度の場合、シフト前のシャッター速度が１／８であれば１／１５にシフトし、１／３０であれば１／１２５にシフトする。シフト量が＋２であればシフト前のシャッター速度が１／８であれば１／３０にシフトする。シフト量が−２であればシフト前のシャッター速度が１／８であれば１／２にシフトする。
【００４６】
図４は、ＩＳＯ感度と温度とをパラメータとするアナログゲインＧａのシフト量の一例を示すテーブル２５１である。図４のテーブル２５１において、縦方向の項目はＩＳＯ感度設定を示し、横方向の項目は温度センサ１１４で計測する撮像素子１０４（またはその近傍）の温度範囲（温度Ｔの範囲（摂氏））を示している。例えば、ＩＳＯ感度設定が１００の場合は、温度が３０℃未満の場合はシフト量は０である。尚、テーブル２５１では、シフト量０がデフォルトの基準値とし、この時のアナログゲインＧａをＧａ０、デジタルゲインＧｄをＧｄ０とする。
【００４７】
ここで、ゲイン調整処理部１８２は、テーブル２５１のシフト量をアナログゲインＧａおよびデジタルゲインＧｄのゲイン値に変換して、アナログアンプ１５２およびデジタルゲイン調整部１６２に与える。また、テーブル２５１に示したシフト量には±符号が記載されていないが、アナログゲインＧａとデジタルゲインＧｄとで同じシフト量を用い（シフト量の絶対値が同じ）、アナログゲインＧａの場合は負のシフト量とし、デジタルゲインＧｄの場合は正のシフト量とする。例えば図４のテーブル２５１において、ＩＳＯ感度３２００で温度Ｔが４０℃以上の場合のシフト量は４であるから、ゲイン調整処理部１８２はアナログゲインＧａを−４のシフト量になるようにゲイン調整し、デジタルゲインＧｄを＋４のシフト量になるようにゲイン調整する。
【００４８】
尚、シフト量が＋ｎ（ｎは整数）の場合は、シフト前のゲインを（２＾ｎ）倍する。同様に、シフト量が−ｎの場合は、シフト前のゲインを１／（２＾ｎ）倍する。例えば、アナログゲインＧａのデフォルトのゲインがＧａ０であった場合に、シフト量が−ｎの時のアナログゲインＧａは（式１）で求まる。
Ｇａ  ＝  Ｇａ０  ×  １／（２＾ｎ）    …（式１）
同様に、デジタルゲインＧｄのデフォルトのゲインがＧｄ０であった場合に、シフト量が＋ｎの時のデジタルゲインＧｄは（式２）で求まる。
Ｇｄ  ＝  Ｇｄ０  ×  （２＾ｎ）        …（式２）
このように、アナログゲインＧａとデジタルゲインＧｄは、同じシフト量で符号だけが異なるので、アナログゲインＧａとデジタルゲインＧｄとを乗算したトータルゲインＧｔは（式３）に示すようにシフト前後で変わらず、一定になる。
Ｇａ  ×  Ｇｄ  ＝  Ｇａ０  ×  Ｇｄ０  …（式３）
尚、図４のテーブル２５１では、わかり易いようにシフト量を整数のみとしたが、アナログゲインＧａやデジタルゲインＧｄは絞り値やシャッター速度のように段数以外の値の設定も可能なので、テーブル２５１のシフト量を１／３，１／６，１／１２など整数以外の値を設定できるようにしてもよい。
【００４９】
このように、同じＩＳＯ感度且つ同じ撮影秒時であっても撮像素子１０４の温度が高い場合は、アナログゲインＧａを常温時より小さくしてデジタルゲインＧｄを常温時より大きくすることにより、暗電流による画像信号の飽和を防止することができ、後段のデジタル信号処理に必要なダイナミックレンジを確保できる。しかも、アナログゲインＧａとデジタルゲインＧｄの比率を変えるだけで、アナログゲインＧａとデジタルゲインＧｄの総合ゲインＧｔは変わらないので、後段のデジタル信号処理やパラメータを変更する必要がない。
【００５０】
尚、図４のテーブル２５１は、電子カメラ１０１の製造時の実測値や設計値に基づいて作成され、製造時にメモリ１１０に予め記憶されているものとする。或いは、電子カメラ１０１の使用者が購入後に、メモリカード１１２ａを装着したパソコンでメーカーのホームページからテーブル２５１をダウンロードしてメモリカード１１２ａに一旦保存し、電子カメラ１０１にメモリカード１１２ａを装着してテーブル２５１をメモリ１１０に記憶するようにしても良い。
【００５１】
［電子カメラ１０１のゲイン調整処理］
次に、本実施形態に係る電子カメラ１０１のゲイン調整処理部１８２の処理の流れについて、図５のフローチャートを用いて説明する。尚、図５のフローチャートは、制御部１０８を構成するＣＰＵの内部またはメモリ１１０に予め記憶されたプログラムに従って実行される処理である。また、図５のフローチャートを実行する前に、ユーザーは操作部１１３の電源ボタン１１３ａを押下して電子カメラ１０１の電源を投入し、制御部１０８はメモリ１１０に予め記憶されているパラメータを読み出して電子カメラ１０１の初期設定を完了した状態にあるものとする。そして、ユーザーが操作部１１３の撮影モード選択ダイヤル１１３ｃで撮影モードを選択すると、制御部１０８は撮影処理を開始する。
【００５２】
（ステップＳ１０１）撮影処理が開始されると、制御部１０８は撮像素子１０４で撮像される画像を表示部１１１に動画表示するライブビュー画像表示を開始する。尚、ライブビュー画像は、撮影者が撮影構図を確認するための画像である。
【００５３】
（ステップＳ１０２）制御部１０８の温度計測処理部１８１は、温度センサ１１４で計測される温度を取得する。
【００５４】
（ステップＳ１０３）制御部１０８は、操作部１１３の感度選択ダイヤル１１３ｃで選択されたＩＳＯ感度設定情報を取得する。尚、本実施形態に係る電子カメラ１０１では、温度センサ１１４が計測した温度と感度選択ダイヤル１１３ｃで選択されたＩＳＯ感度との組合せに対応するアナログゲインＧａとデジタルゲインＧｄを制御するようにしたが、簡易的に温度センサ１１４が計測する温度だけを用いてアナログゲインＧａとデジタルゲインＧｄを制御する場合は本ステップは省略し、以降の処理は温度センサ１１４が計測する温度のみを用いる。
【００５５】
（ステップＳ１０４）制御部１０８のゲイン調整処理部１８２は、ステップＳ１０２で取得された温度とステップＳ１０３で取得されたＩＳＯ感度とに基づいて、メモリ１１０に記憶されているテーブル２５１を参照し、先に説明したようにシフト量を求める。例えば、ステップＳ１０２で取得された温度が４５℃で、ステップＳ１０３で取得されたＩＳＯ感度がＩＳＯ１６００であった場合、図４のテーブル２５１より、シフト量は３であることがわかる。
【００５６】
（ステップＳ１０５）制御部１０８のゲイン調整処理部１８２は、ステップＳ１０４で求めたシフト量に応じて、アナログゲインＧａおよびデジタルゲインＧｄを求め、アナログアンプ１５２およびデジタルゲイン調整部１６２にそれぞれ設定する。例えば、図４のテーブル２５１から求めたシフト量が３の場合は、（式１）より、アナログゲインＧａはデフォルトのアナログゲインＧａ０の１／８倍に設定される。同様に、（式２）より、デジタルゲインＧｄはデフォルトのデジタルゲインＧｄ０の８倍に設定される。
【００５７】
（ステップＳ１０６）制御部１０８は、操作部１１３のレリーズボタン１１３ｂが押下されたか否かを判別する。そして、レリーズボタン１１３ｂが押下された場合はステップＳ１０７に進み、レリーズボタン１１３ｂが押下されていない場合はステップＳ１０２に戻る。
【００５８】
（ステップＳ１０７）ステップＳ１０６で操作部１１３のレリーズボタン１１３ｂが押下されると、撮像素子１０４から撮影画像の信号の読み出しが開始される。撮像素子１０４から画素単位で読み出される信号は、ＣＤＳ回路１５１でノイズ除去された後、アナログアンプ１５２でステップＳ１０５で設定されたアナログゲインＧａが乗算される。そして、Ａ／Ｄ変換部１５３でデジタルデータに変換され、暗電流補正部１６１で先に説明したような暗電流補正が行われる。さらに、デジタルゲイン調整部１６２でステップＳ１０５で設定されたデジタルゲインＧｄが乗算され、画像処理部１６３で所定の画像処理が施される。同様の処理が全画素について繰り返し実行され、撮影画像１画面分の画像データが画像バッファ１０７に取り込まれる。
【００５９】
（ステップＳ１０８）制御部１０８は、画像バッファ１０７に取り込まれた１画面分の画像データにファイル名やヘッダ情報などを付加し、メモリカードＩＦ１１２を介してメモリカード１１２ａに保存する。
【００６０】
このようにして、本実施形態に係る電子カメラ１０１は、選択されたＩＳＯ感度と撮像素子１０４自体（または近傍）の温度との組合せに応じて、アナログアンプ１５２のアナログゲインＧａとデジタルゲイン調整部１６２のデジタルゲインＧｄとの比率をトータルゲインＧｔが変わらないように制御することにより、図２（ｂ）のように暗電流の発生量が大きい場合でも画像信号が飽和することなく後段の画像処理部１６３に必要なダイナミックレンジを維持できる。特に、高温時はアナログゲインＧａを小さくしてデジタルゲインＧｄを大きくすることにより暗電流による画像信号の飽和を回避し、低温時はアナログゲインＧａを大きくしてデジタルゲインＧｄを小さくすることにより、アナログアンプ１５２からＡ／Ｄ変換部１５３までの配線パターンで乗るノイズの影響を少なくしてアナログ信号のＳＮ比を高めることができる。また、アナログアンプ１５２のアナログゲインＧａとデジタルゲイン調整部１６２のデジタルゲインＧｄとの比率を制御するだけで、トータルゲインＧｔは変わらないので、信号処理部１０６の処理など他の回路や処理を変更する必要がなく、同じものを使用することができる。
【００６１】
［変形例１］
次に、先に説明した電子カメラ１０１の実施形態の変形例について説明する。先の実施形態では、ゲイン調整処理部１８２は、撮影秒時に関係なく撮像素子１０４の温度とＩＳＯ感度設定とに応じてアナログゲインＧａおよびデジタルゲインＧｄのゲイン調整を行うようにしたが、以下のようにゲイン調整を行う条件（撮影秒時の範囲）を決めても構わない。
【００６２】
例えばゲイン調整処理部１８２は、撮影秒時が予め設定した閾値より長い場合のみ、アナログゲインＧａおよびデジタルゲインＧｄのゲイン調整を行うようにしてもよい。この場合は、図５のフローチャートのステップＳ１０１とステップＳ１０２との間に、図６に示すようにステップＳ２０１の処理を行うようにする。
【００６３】
（ステップＳ２０１）ゲイン調整処理部１８２は、操作部１１３の撮影モードダイヤル１１３ｃで選択された撮影モードにおける撮影秒時が予め設定した閾値（撮影秒時の閾値）以上であるか否かを判別する。撮影秒時が閾値以上である場合はステップＳ１０２に進んで、図５のフローチャートと同様の処理を実行し、撮影秒時が閾値以上ではない場合は一連のゲイン調整処理を行わずにステップＳ１０６に進む。
【００６４】
尚、上記では撮影秒時が予め設定した閾値より長い場合であるか否かを判別したが、撮影秒時が予め設定した閾値より短い場合に、ゲイン調整処理部１８２はアナログゲインＧａおよびデジタルゲインＧｄのゲイン調整を行わないようにしてもよい。
【００６５】
このように、暗電流の影響を受け易い撮影秒時が長い場合だけゲイン調整を行うので、撮影秒時が短い場合にはアナログアンプ１５２以降のアナログ信号のＳＮ比の低下を防止できる。尚、撮影秒時が長い場合にはアナログアンプ１５２以降のアナログ信号のＳＮ比が低下するが、先に説明したような飽和による致命的な信号品質の劣化を防止することが優先される。
【００６６】
［変形例２］
次に、変形例２について説明する。変形例２に係る電子カメラ１０１では、変形例１の撮影秒時の条件（撮影秒時の範囲）と高温時の条件（温度範囲）とを組み合わせた条件を用いる。例えば、撮影秒時が予め設定した閾値より短い場合でも温度計測処理部１８１が温度センサ１１４から取得した撮像素子１０４の温度が予め設定した閾値（温度の閾値）より高温である場合に、ゲイン調整処理部１８２はアナログゲインＧａおよびデジタルゲインＧｄのゲイン調整を行うようにする。この場合は、図５のフローチャートのステップＳ１０２とステップＳ１０３との間に、図７に示すようにステップＳ３０１とステップＳ３０２の処理を行うようにする。
【００６７】
（ステップＳ３０１）この処理は、変形例１のステップＳ２０１と同様の処理である。ゲイン調整処理部１８２は、操作部１１３の撮影モードダイヤル１１３ｃで選択された撮影モードにおける撮影秒時が予め設定した閾値（撮影秒時の閾値）未満であるか否かを判別する。撮影秒時が閾値未満ではない場合はステップＳ１０３に進んで、図５のフローチャートと同様の処理を実行し、撮影秒時が閾値未満の場合はステップＳ３０２に進む。
【００６８】
（ステップＳ３０２）ゲイン調整処理部１８２は、温度計測処理部１８１が出力する温度が予め設定した閾値（温度の閾値）以上であるか否かを判別する。温度が閾値以上の場合はステップＳ１０３に進んで、図５のフローチャートと同様の処理を実行し、温度が閾値以上ではない場合は一連のゲイン調整処理を行わずにステップＳ１０６に進む。
【００６９】
尚、この場合は撮影秒時が短いので、図４のテーブル２５１のシフト量を弱めにした別のテーブルを設け、撮影秒時の長さに応じて切り換えるのが好ましい。この理由は、先に説明したように、アナログゲインＧａをできるだけ大きくした方がアナログアンプ１５２以降のアナログ信号のＳＮ比が高くなり、配線パターンで乗るノイズの影響を少なくできるからである。
【００７０】
このように、暗電流の影響を受け易い撮影秒時が長い場合且つ撮影秒時が短い場合でも高温の場合だけゲイン調整を行うので、撮影秒時が短い場合や温度が低い場合にアナログアンプ１５２以降のアナログ信号のＳＮ比の低下を防止できる。
【００７１】
以上説明したように、電子カメラ１０１は、アナログアンプ１５２のアナログゲインＧａとデジタルゲイン調整部１６２のデジタルゲインＧｄとの比率をトータルゲインＧｔが変わらないように制御することにより、暗電流の発生量が大きい場合でも画像信号が飽和することなく後段の画像処理に必要なダイナミックレンジを維持できる。特に、高温時はアナログゲインＧａを小さくしてデジタルゲインＧｄを大きくすることにより、暗電流による画像信号の飽和を回避することができ、常温時はアナログゲインＧａを大きくしてデジタルゲインＧｄを小さくすることにより、アナログアンプ１５２からＡ／Ｄ変換部１５３までの配線パターンで乗るノイズの影響を少なくしてアナログ信号のＳＮ比を高めることができる。また、アナログアンプ１５２のアナログゲインＧａとデジタルゲイン調整部１６２のデジタルゲインＧｄとの比率を制御するだけで、トータルゲインは変わらないので、信号処理部１０６の処理など他の回路や処理は同じものを使用することができる。
【００７２】
以上、本発明に係る撮像装置について、各実施形態で例を挙げて説明してきたが、その精神またはその主要な特徴から逸脱することなく他の多様な形で実施することができる。そのため、上述した実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明は、特許請求の範囲によって示されるものであって、本発明は明細書本文にはなんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内である。
【符号の説明】
【００７３】
１０１・・・電子カメラ                    １０２・・・光学系
１０３・・・メカニカルシャッタ            １０４・・・撮像素子
１０５・・・ＡＦＥ                        １０６・・・信号処理部
１０７・・・画像バッファ                  １０８・・・制御部
１０９・・・ＴＧ                          １１０・・・メモリ
１１１・・・表示部                        １１２・・・メモリカードＩＦ
１１２ａ・・・メモリカード                １１３・・・操作部
１１４・・・温度センサ                    １５１・・・ＣＤＳ回路
１５２・・・アナログアンプ                １５３・・・Ａ／Ｄ変換部
１６１・・・暗電流補正部                  １６２・・・デジタルゲイン調整部
１６３・・・画像処理部                    １７１・・・予測処理部
１７２・・・補正処理部                    １８０・・・露出制御処理部
１８１・・・温度計測処理部                １８２・・・ゲイン調整処理部
２５１・・・テーブル
【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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