JP2006148350A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数チャンネルからデータを出力する撮像素子を有する撮像装置において、簡単にチャンネル間の出力差を調整することのできる撮像装置を提供する。
【解決手段】 ２次元に配置された受光部各々で受光して得られた光電変換出力を複数の出力部から出力可能になされた撮像手段（１０２）と、前記複数の出力部の各々に対応して設けられた信号増幅手段（１２９）と、前記光電変換出力が飽和レベルに達した後に、前記複数の出力部の飽和出力の大きさを検出する検出手段（１１０）と、前記検出された各飽和出力の大きさを等しくするように、前記信号増幅手段の増幅度を設定する設定手段（１３１）とを有する撮像装置である。
【選択図】 図２

Description

本発明は、複数の出力チャンネルを有する撮像素子を備えた撮像装置において、出力チャンネル間の出力信号の差を調整する技術に関する。

光電変換された出力のチャンネルを２チャンネル持つ撮像素子から同時に出力される２チャンネルの撮像信号用の夫々の信号経路に利得差があると、チャンネル間での撮像信号レベルに差が生じて、映出される撮像画面に横縞やフリッカが生ずる。

この解決策として、撮像輝度レベルに応じて一方のチャンネル側のＡＧＣ回路の利得を利得制御回路にて決定し、この利得及び記憶された利得特性を基に、演算部にて他方のチャンネル側のＡＧＣ回路の利得を決定するものが記載されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平９−２００６１９号公報

しかし、特許文献１に記載の技術では、調整時の条件設定の差が調整精度に影響する。例えば、調整時の輝度設定や管理等は光源や拡散光板の状態の経時的変化、個体差による誤差要因を有するため、調整時に必要とされる条件に校正すること自体、精密な管理を要求される。

本発明は、係る事情に鑑みてなされたものであって、複数チャンネルからデータを出力する撮像素子を有する撮像装置において、色フィルタに関わらず簡単にチャンネル間の出力差を調整することのできる撮像装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための、本発明に係る請求項１に記載の撮像装置は、２次元に配置された光電変換素子を有する複数の画素からなる受光部と、この受光部各々の画素で受光して得られた光電変換出力を複数の出力部から出力可能になされた撮像手段と、前記複数の出力部の各々に対応して設けられた信号増幅手段と、前記光電変換出力が飽和レベルに達した後に、前記複数の出力部から出力される飽和出力の大きさを検出する検出手段と、前記検出された各飽和出力の大きさを等しくするように、前記信号増幅手段の増幅度を設定する設定手段と、を有する。

また本発明に係る請求項２に記載の撮像装置は、上記記載の発明である撮像装置において、前記検出手段で飽和出力の大きさを検出するときには、飽和出力を検出可能なように前記信号増幅手段の増幅率を低く設定するように制御される。

また本発明に係る請求項３に記載の撮像装置は、上記記載の発明である撮像装置において、前記受光部は複数の色フィルタを介して受光するように構成されるとともに、前記複数の出力部は、別々の出力部から同色の色フィルタを介して得られた光電変換出力を出力するようになされた。

また本発明に係る請求項４に記載の撮像装置は、上記記載の発明である撮像装置において、前記複数の出力部のうち、異なる数の出力部を前記光電変換出力の出力部として選択可能になされた。

また本発明に係る請求項５に記載の撮像装置は、上記記載の発明である撮像装置において、色情報を有する画像情報を複数の出力部から出力可能になされた撮像手段と、前記複数の出力部のうち、前記撮像手段で撮像された画像情報の出力部を選択する選択手段と、各出力部から出力された飽和信号レベルの大きさを等しくするように、前記選択された各出力部からの信号の増幅度を設定する設定手段と、前記設定手段により設定された増幅度に基づいて増幅された画像情報をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換手段と、を有する。

また本発明に係る請求項６に記載の撮像装置は、上記記載の発明である撮像装置において、前記増幅度の設定は、各出力部から出力された飽和信号レベルの大きさを等しくするとともに、前記ＡＤ変換手段のＡＤ入力範囲に適正な大きさに増幅するように設定される。

また本発明に係る請求項７に記載の撮像装置は、上記記載の発明である撮像装置において、前記増幅度の設定は、前記補正対象とする出力部から出力される飽和出力のうちの最大値と他の出力部からの各出力との比を前記ＡＤ入力範囲に増幅するように設定された。

また本発明に係る請求項８に記載の撮像装置は、上記記載の発明である撮像装置において、前記撮像手段は、少なくとも３色からなるフィルタを配列した受光部を有し、前記選択手段は、２つの出力部と４つの出力部との選択を可能なようになされるとともに、２つの出力部が選択されたときには．それぞれ前記受光部のフィルタ配列の異なるラインの画像情報を順次出力し、４つの出力部が選択されたときには、それぞれ前記受光都のフィルタ配列の異なるラインの画像情報とフィルタ配列の同一のラインの画像情報とが交互の順に出力されるようになされた。

また本発明に係る請求項９に記載の撮像装置は、上記記載の発明である撮像装置において、前記検出手段で飽和出力の大きさを検出するときには、前記信号増幅手段の増幅率を撮影時に設定される増幅率とは異なる増幅率に設定するように制御される。

また本発明に係る請求項１０に記載の撮像装置は、上記記載の発明である撮像装置において、所定の大きさの電圧を参照電圧として設定する参照電圧設定手段を更に有し、前記検出手段で飽和出力の大きさを検出するときには、前記光電変換出力から前記参照電圧だけ低下させて前記信号増幅手段で増幅するように制御される。

本発明によれば、複数チャンネルからデータを出力する撮像素子を有する撮像装置において、色フィルタに関わらず簡単にチャンネル間の出力差を調整することができる。

〔第１の実施の形態〕
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置の構成を示すブロック図である。

撮像装置１００は、撮影レンズ系１０１、撮像素子１０２、撮像回路１０３、ＡＤ変換器１０４、出力選択部１０５、前処理部１０６、画像処理部１０７、インターフェース部１０８、カードスロット１０９、シスコン１１０、バッファメモリ１１１、ビデオメモリ１１２、ビデオ出力回路１１３、画像表示ＬＣＤ１１４、外部インターフェース部１１５、ストロボ発光部１１６及び操作部１１７を備えている。

撮影レンズ系１０１はズーム光学系、絞り部、オートフォーカス光学系などを備えている。撮像素子１０２は、例えば数百万画素からなる受光部を有し、撮影レンズ系１０１を介して入射した被写体像を電気信号に変換して後述するように複数の出力チャンネルから画素信号として出力可能なように構成されている。撮像回路１０３は、主としてＡＧＣ（自動利得制御）処理、及びＣＤＳ（相関２重サンプリング）処理などの信号処理を行う。ＡＤ変換器１０４は、撮像回路１０３から各々出力されるアナログの撮像信号をデジタルの画像データに変換する。出力選択部１０５は、シスコン１１０の指令に基づいてＡＤ変換器１０４の複数の出力チャンネルから所定のチャンネルを選択して画像データを後段に出力する。

前処理部１０６は上記画像データを基に、ＡＥ（自動露出）動作、ＡＦ（自動焦点）動作に係る処理を実行する。画像処理部１０７ではＹ（輝度）／Ｃ（色）生成処理、適切な色バランスを有するＲＧＢ信号に関する色マトリクス処理等の処理が施される。インターフェース部１０８は、カードスロット１０９を介して着脱メモリ１２６との間で画像データを授受するためのインターフェースである。シスコン１１０は、撮像装置１００の動作を統括して制御する。バッファメモリ１１１は、画像データなどを一時的に格納する。ビデオメモリ１１２は、画像処理部１０７から出力されるＹ（輝度）データ及びＣ（色）データを一時的に記憶する。ビデオ出力回路１１３は、ビデオメモリ１１２のデータをアナログの輝度信号（Ｙ信号）及び色信号（Ｃ信号）に変換して画像表示ＬＣＤ１１４に出力する。なお、この信号は、外部入出力端子を介して外部機器（不図示）に出力することができる。外部インターフェース部１１５は、ＰＣなどの端末装置（不図示）との間で調整値やその他の情報の授受を行うための通信インターフェースである。

ストロボ発光部１１６は、シスコン１１０とストロボ通信コネクタ（不図示）を介して通信可能に装着される。操作部１１７は、ユーザが入力操作を行う際に使用するスイッチ、十字キーなどで構成される。ユーザはこの操作部１１７を介して、レリーズ操作、モード設定、電池表示選択などの撮影や再生の操作を行うことができる。電源部１１８は、電源電圧を撮像装置１００の各部が必要とする電圧に変換して供給する。

なお、撮像装置１００のチャンネル間の出力差を調整する際には、調整用光源１２５が用いられる。この調整動作については後述する。

図２は、撮像回路１０３と関連する回路の詳細の構成を示す図である。図２を参照しつつ、撮像回路１０３と関連する回路の構成と動作について説明する。

撮像素子１０２には、画素信号を出力するための出力チャンネルＣＨ１〜ＣＨ４が備わっている。それぞれの出力チャンネルＣＨ１〜ＣＨ４から読み出されたアナログの画素信号は撮像回路１０３において増幅部１２９の増幅器Ａｍｐ１〜Ａｍｐ４で増幅される。そして、ＡＤ変換器１０４のそれぞれの変換器ＡＤ１〜ＡＤ４でデジタル信号に変換された後、出力選択部１０５が、出力チャンネルＣＨ１〜ＣＨ４の内から読み出すデジタル信号とされた画像データを選択して、後段の前処理部１０６に送り出す。この増幅器Ａｍｐ１〜Ａｍｐ４の増幅率（以下、ゲインという）で増幅された各出力に差が有ると上述の撮像画面に横縞やフリッカ、色ずれを生ずる。

ここで、撮像素子１０２から画素信号を読み出す方式として、２つの出力チャンネルＣＨ１、ＣＨ２から読み出す２チャンネル読み出しと、４つの出力チャンネルＣＨ１〜ＣＨ４から読み出す４チャンネル読み出しが可能である。４チャンネル読み出しは、高速な読み出し（例えば、連写モード）において使用される方式である。

設定部１３０は、シスコン１１０からの信号に基づいて、撮像素子１０２の動作を駆動制御するとともに、２チャンネル読み出しと４チャンネル読み出しの動作の切り替えを指示する。ゲイン設定部１３１は、シスコン１１０からの信号に基づいて、それぞれの増幅器Ａｍｐ１〜Ａｍｐ４の増幅率を設定する。出力選択部１０５は、シスコン１１０からの２チャンネル読み出しまたは４チャンネル読み出し指示信号に基づいて、対応した選択動作を実行する。

続いて、本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置のゲイン差の調整方法について説明する。本調整方法では、撮像装置１００に調整用光源１２５からの光を照射して、撮像素子１０２から読み出された画素信号に基づいて増幅器Ａｍｐ１〜Ａｍｐ４の増幅率を調整する。

図３は、撮像素子１０２の色フィルタの配列を示す図である。図４は、２チャンネル読み出しによって各チャンネルから読み出される色信号列を示し、図５は、４チャンネル読み出しによって各チャンネルから読み出される色信号列を示している。

以下、４チャンネル読み出しを例としてゲイン差の調整方法を説明する。４チャンネル読み出しでは、図５に示すように、それぞれの増幅器Ａｍｐ１〜Ａｍｐ４の出力が、４つの色信号Ｒ、Ｂ、ＧＢ、ＧＲに対応している。調整用光源１２５からの光の強度（光量）を変化させると、増幅器Ａｍｐ１〜Ａｍｐ４の出力は光量に対応して変化する。図６は、光量と増幅器出力との関係を示す図である。なお図６には、説明を簡便にするため、色信号Ｂ、ＧＲ、ＧＢについてのみ表示している。

図６に示されるように、光量の増加と共に増幅器の出力は増加し、光量が所定値以上となると画素が飽和して、出力値は一定値に固定される。図６では、色信号ＢとＧＲ、ＧＢが飽和する光量が異なっているが、これは撮像素子１０２の画素に設けられた色フィルタ毎に調整用光源１２５に対する感度が異なっているためである。ところで、撮像装置１００が取り扱う撮像信号は、光量と出力値との関係が線形な関係を保っていることが望ましい。そのため、増幅器Ａｍｐ１〜Ａｍｐ４の出力値は、線形な関係を保っている領域である使用領域内になるように露出が制御される。そして、従来のゲイン差の調整も、この使用領域内における撮像信号に基づいて行われていた。

これに対して、発明者らは、使用領域を越えた領域に存在する画素の飽和状態に着目した。即ち、画素の飽和状態での出力（以下、飽和出力値という）は、色に無関係に撮像素子の蓄積容量で定まるものである。このことから、飽和出力値が一致するように増幅器Ａｍｐ１〜Ａｍｐ４のゲインを調整することで、使用領域における特性を調整できることに想到したのである。

この技術思想を実現するため、図７に示すように増幅器に対して感度を特別に低くするようなゲイン（例えば、１／２ゲイン）を設定する。増幅器のゲインは、撮影時にはＩＳＯ感度に対応して×１、×２、×４、〜×３２と倍増した値が設定可能である。しかし、本技術思想を実現しようとした場合、ゲインが最低値の×１の場合であっても、飽和出力値が大きくなりすぎて調整時に飽和出力値を読み取ることができないからである。

こうして、読み取り可能な飽和出力値に各増幅器のゲインを調整した後、最大の飽和出力値に他のチャンネルの飽和出力値を一致させるようにそれぞれの増幅器Ａｍｐ１〜Ａｍｐ４のゲインを調整する。

即ち、増幅器Ａｍｐｉ（ｉ＝１〜４）の現在のゲインをＧｉ（ｉ＝１〜４）、補正係数をｇ（ｉ＝１〜４）として、新たなゲインＧ’ ｉ（ｉ＝１〜４）を式（１）で表す。

Ｇ’ｉ＝ｇｉ×Ｇｉ ・・・式（１）
そうすると、補正係数ｇｉは、飽和出力値Ｓｉ（ｉ＝１〜４）を用いて式（２）で表される。

ｇｉ＝Ｍａｘ（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４）／Ｓｉ ・・・式（２）
このようにして、飽和出力値を一致させるように増幅器Ａｍｐ１〜Ａｍｐ４のゲインを調整する。その後、調整後における増幅器Ａｍｐ１〜Ａｍｐ４の出力値を、ＡＤ変換器１０４がＡＤ変換できるフルレンジに対応させる。即ち、式（１）、（２）では、飽和出力値にしか着目していないため、場合によっては補正後における出力特性とＡＤ変換器１０４の変換可能範囲との間に不整合が生ずる恐れがある。そこで、出力値をＡＤ変換器１０４のフルレンジに対応させるための補正係数ｋを用いて、新たなゲインＧ’ ｉ（ｉ＝１〜４）を式（３）で定義しても良い。

Ｇ’ｉ＝ｋ×ｇｉ×Ｇｉ ・・・式（３）
なお、補正係数ｋは、増幅器Ａｍｐ１〜Ａｍｐ４毎に設け、個々に調整できるようにすることが望ましい。他の要因による補正をも可能とするためである。

なお、上述のゲイン調整の考え方は、４チャンネル読み出し方式に限定されず、２チャンネル読み出し方式であっても適用することが可能である。

続いて、上述の考え方に基づいて、ゲインを調整する手順について説明する。このゲインの調整方法では、撮像装置１００の製造工程において補正係数ｇｉを算出して把握し、出荷後においてユーザが撮影を行ったときにこの補正係数ｇｉを用いて画像処理を行う。

なお、調整手順は、撮像装置内に予め組み込まれた調整用ソフトウエアを動作させて実現しても良く、外部装置であるＰＣと組み合わせて協働して実現しても良い。

調整者は調整を行うために、調整用光源１２５からの光を撮像装置１００に入射する。ここで調整用光源１２５は均一な拡散光源を用いるが、上述のように、調整においては飽和出力値を使用するため、画素出力が飽和するような光量を与えられれば、この光源に限定される必要はない。次に、調整者が例えば、撮像装置１００に設けられている調整モードスイッチ（不図示）をオンとすると、撮像装置１００は、補正係数算出処理（図８）を実行する。

図８のステップＳ０１において、初期化処理を実行する。この初期化処理において、増幅器のゲインを調整用のゲインである、例えば１／２に設定する。また、撮像装置１００を４チャンネル読み出しモードに設定した後、タイマーの初期化、撮像素子１０２の残留電荷掃き出し、内部パラメータのリセットなどを実行する。

ステップＳ０２〜Ｓ０３において、調整用光源１２５の光量に基づいた電荷蓄積を開始して画素が飽和するまでの時間ｔ０が経過するまで待機する。そして、飽和時間ｔ０経過後、各増幅器Ａｍｐ１〜Ａｍｐ４の出力を読み込む。ここで読み込んだ値は、飽和出力値Ｓ１〜Ｓ４に対応している。上述のように、予め増幅器のゲインを１／２と低減しているため、飽和状態であっても飽和出力値をＡＤ変換できるレンジ内に収めることができる。

ステップＳ０５〜Ｓ０６において、式（１）〜式（３）を用いて補正係数ｇｉまたはｋ×ｇｉを算出して保存する。

ステップＳ０７において、２チャンネル読み出しによる処理を実行したかどうかを調べ、まだ実行していない場合は、ステップＳ０２に戻って、２チャンネル読み出しモードにおける補正係数ｇｉを算出して保存する。以上の手順によって、２チャンネル読み出しと４チャンネル読み出しに対応した補正係数が算定されて保存される。

この後、ユーザが撮像装置１００の電源をＯＮすると、撮影時処理（図９）が実行される。

図９のステップＳ１１において、保存されていた補正係数ｇｉを読み出してゲイン設定部１３１に設定する。ステップＳ１２において、撮像装置１００の動作モードから４チャンネル読み出しモードか２チャンネル読み出しのいずれの方式を使用するかを判断する。そして、その方式に撮像素子１０２と出力選択部１０５を設定する。

ステップＳ１３でＹｅｓのとき、即ち、撮影が行われたときは、ステップＳ１４〜Ｓ１６において、ゲイン設定部１３１は与えられた補正係数ｇｉを用いて増幅器Ａｍｐ１〜Ａｍｐ４のゲインを調整する。そして、撮像素子１０２に蓄積された画素信号を読み出して、調整されたゲインで読み出した信号を増幅した後デジタル信号に変換し、そのデジタル信号である画像データに基づいて画像処理を実行する。

次に、２チャンネル読み出しと４チャンネル読み出しを実現するための撮像素子１０２の構成と動作について詳細に説明する。

図１０は、撮像素子１０２の構成を示す図である。この図１０において、符号Ｐ１１〜Ｐｍｎ（ｍ，ｎは整数）は、２次元状に行列配置（マトリクス配置）されたｍ×ｎ個の画素を示している。符号１はこれら複数画素からなる受光部を示している。

符号３０は、垂直走査回路を示している。この垂直走査回路３０は、ライン４０−１〜４０−ｎを順次走査していくものであり、各ライン４０−１〜４０−ｎに対応した複数のユニット３０−１〜３０−ｎで構成されている。

符号１０，２０は、双方とも水平走査回路を示している。この水平走査回路１０，２０は、各画素Ｐ１１〜Ｐｍｎから出力信号線５０−１〜５０−ｍに導出された電気信号を画素毎に水平方向に順次読み出すためのものである。

この水平走査回路１０は、各出力信号線５０−１〜５０−ｍに対応した複数のユニット１０−１〜１０−ｍからなり、同様に、水平走査回路２０は、各出力信号線５０−１〜５０−ｍに対応したユニット２０−１〜２０−ｍからなる。

各画素Ｐ１１〜Ｐｍｎには、ライン４０−１〜４０−ｎ、出力信号線５０−１〜５０−ｍ以外の他のラインも接続されているが、図示を省略する。

出力信号線５０−１〜５０−ｍの水平走査回路１０側の一端には、トランジスタ１３−１〜１３−ｍ、ラインメモリ１２−１〜１２−ｍ、トランジスタ１１−１〜１１−ｍが、それぞれ図示の如く１組ずつ配設されている。

一方、出力信号線５０−１〜５０−ｍの水平走査回路２０側の他端には、トランジスタ２３−１〜２３−ｍ、ラインメモリ２２−１〜２２−ｍ、トランジスタ２１−１〜２１−ｍが、それぞれ図示の如く１組ずつ配設されている。

トランジスタ１３−１〜１３−ｍ、２３−１〜２３−ｍは、垂直走査回路３０により選択された画素行の信号をラインメモリ１２−１〜１２−ｍ、２２−１〜２２−ｍに転送するための転送スイッチとしての役割を担うものであり、図中、一列置きに共通に入力される制御信号ＣＫＴ１−１，ＣＫＴ１−２，ＣＫＴ２−１，ＣＫＴ２−２によりオン／オフ制御されるように構成されている（以下では、このトランジスタ１３−１〜１３−ｍ、２３−１〜２３−ｍを「転送スイッチ」と称する）。

また、ラインメモリ１２−１〜１２−ｍ、２２−１〜２２−ｍは、転送スイッチ１３−１〜１３−ｍ、２３−１〜２３−ｍを介して画素Ｐ１１〜Ｐｍｎから転送される画素信号を一時的に記憶するための容量素子からなる。

トランジスタ１１−１〜１１−ｍ、２１−１〜２１−ｍは、ラインメモリ１２−１〜１２−ｍ、２２−１〜２２−ｍに記憶された画素信号を選択するための水平選択スイッチとしての役割を担うものである。トランジスタ１１−１〜１１−ｍ、２１−１〜２１−ｍは、水平走査回路１０，２０の出力信号によりオン／オフ制御されるように構成されている（以下では、このトランジスタ１１−１〜１１−ｍ、２１−１〜２１−ｍを「水平選択スイッチ」と称する）。

そして、水平選択スイッチ１１−１〜１１−ｍは１１−１と１１−２、１１−３と１１−４、…１１−（ｍ−１）と１１−ｍという２つずつが同一水平選択信号によりオン／オフ制御されるように構成されており、水平選択スイッチ２１−１〜２１−ｍも同様に２１−１と２１−２、２１−３と２１−４、…２１−（ｍ−１）と２１−ｍという２つずつが同一の水平選択信号によりオン／オフ制御されるように構成されている。

更に、水平選択スイッチ１１−１〜１１−ｍの内、奇数番目の選択スイッチ１１−１，１１−３，・・・，１１−（ｍ−１）を介した画素信号を読み出すための出力チャンネルＣＨ１、偶数番目の選択スイッチ１１−２，１１−４，・・・，１１−ｍを介した画素信号を読み出すための出力チャンネルＣＨ２、水平選択スイッチ２１−１〜２１−ｍの内、奇数番目の選択スイッチ２１−１，２１−３，・・・，２１−（ｍ−１）を介した画素信号を読み出すための出力チャンネルＣＨ３、偶数番目の選択スイッチ２１−２，２１−４，・・・，２１−ｍを介した画素信号を読み出すための出力チャンネルＣＨ４、を備えている。

そして、水平走査回路１０，２０は、前述したように水平選択スイッチ１１−１〜１１−ｍ、２１−１〜２１−ｍを２ケずつ制御していくために、それぞれ水平画素数の１／２の数からのユニット１０−１〜１０−（ｍ／２）、２０−１〜２０−(ｍ／２)で構成されている。

以下、図１１乃至図１２のタイミングチャートを参照して、上記構成である撮像素子１０２の特徴的な動作について詳細に説明する。尚、図１１のタイミングチャートは２チャンネル読み出しモード時の動作を示しており、図１２のタイミングチャートは４チャンネル読み出しモード時の動作を示している。

先ず、動作説明に先立ち、図１１，図１２で用いる各符号の意味内容を定義する。

図１１，図１２中、ＶＤは垂直同期信号、ＨＤは水平同期信号をそれぞれ意味している。ＣＫＴ１−１は奇数列の転送スイッチ１２−１，１２−３，・・・，１２−（ｍ−１）のオン／オフを制御する転送信号を意味しており、ＣＫＴ１−２は、偶数列の転送スイッチ１２−２，１２−４，・・・，１２−ｍのオン／オフを制御する転送信号を意味している。そして、ＣＫＴ２−１は、奇数列の転送スイッチ２２−１，２２−３，・・・，２２−（ｍ−１）のオン／オフを制御する転送信号を意味しており、ＣＫＴ２−２は、偶数列の転送スイッチ２２−２，２２−４，・・・，２２−ｍのオン／オフを制御する転送信号を意味している。

Ｖ−１〜Ｖ−ｎは、垂直走査回路３０より出力される行選択信号を意味している。Ｈ１−１〜Ｈ１−（ｍ／２）は、水平走査回路１０のユニット１０−１〜１０−（ｍ／２）から出力され、水平選択スイッチ１１−１〜１１−ｍを制御する水平選択信号を意味している。Ｈ２−１〜Ｈ２−（ｍ／２）は、水平走査回路２０のユニット２０−１〜２０−（ｍ／２）から出力され、水平選択スイッチ２１−１〜２１−ｍを制御する水平選択信号を意味している。ＣＨ１〜ＣＨ４は、各出力チャンネルから出力される画素信号も併せて意味する。

以下、図１１を参照して、２チャンネル読み出しモード時の動作を詳述する。

２チャンネル読み出しモードの設定時において、水平ブランキング期間Ｔ１内に行選択信号Ｖ−１が“Ｈ”レベルとなると１行目の画素Ｐ１１〜Ｐｍ１が選択される。この間、転送信号ＣＫＴ１−１及びＣＫＴ２−２が“Ｈ”レベルであり、転送信号ＣＫＴ１−２及びＣＫＴ２−１が“Ｌ”レベルであるため、選択された画素Ｐ１１〜Ｐｍ１の内、奇数列画素Ｐ１１，Ｐ３１，・・・，Ｐ（ｍ−１）１の画素信号は、ラインメモリ１２−１〜１２−ｍの内、奇数番目のラインメモリ１２−１，１２−３，・・・，１２−（ｍ−１）に記憶され、偶数列画素Ｐ２１，Ｐ４１，・・・，Ｐｍ１の画素信号は、ラインメモリ２２−１〜２２−ｍの内、偶数番目のラインメモリ２２−２，２２−４，・・・，２２−ｍにそれぞれ記憶される。

その後、水平有効期間Ｔ２内に水平走査回路１０、２０を動作させる。

水平走査回路１０の各ユニット１０−１〜１０−（ｍ／２）から順に水平選択信号Ｈ１−１〜Ｈ１−（ｍ／２）を出力すると、奇数番目のラインメモリ１２−１，１２−３，・・・，１２−（ｍ−１）に記憶された画素Ｐ１１，Ｐ３１，・・・，Ｐ（ｍ−１）１の画素信号が順次出力チャンネルＣＨ１より出力される。

一方、水平走査回路２０の各ユニット２０−１〜２０−（ｍ／２）から順に水平選択信号Ｈ２−１〜Ｈ２−（ｍ／２）を出力すると、偶数番目のラインメモリ２２−２，２２−４，・・・，２２−ｍに記憶された画素Ｐ２１，Ｐ４１，・・・，Ｐｍ１の信号が順次出力チャンネルＣＨ４より出力される。

これ以後、前述したのと同様に、水平ブランキング期間中に２行目からｎ行目までの画素が選択され、水平有効期間中にその画素信号の内奇数列画素信号が出力チャンネルＣＨ１より出力され、偶数列画素信号が出力チャンネルＣＨ４より出力される。即ち、第１の駆動モード時には、水平隣接２画素の信号が２つの出力チャンネルから並列に読み出されることになる。

ここで、水平走査回路２０の動作タイミングは水平走査回路１０の動作タイミングに対して位相が１８０度ずれている。このため、出力チャンネルＣＨ１とＣＨ４の信号を後に混合する際、処理を確実に行うことが可能となる。

以下、図１２を参照して、４チャンネル読み出しモード時の動作を詳述する。

４チャンネル読み出しモードの設定時において、水平ブランキング期間Ｔ１内の前半期間Ｔ１−１で行選択信号Ｖ−１が“Ｈ”レベルとなると、１行目の画素Ｐ１１〜Ｐｍ１が選択される。

この間、転送信号ＣＫＴ１−１及びＣＫＴ２−２が“Ｈ”レベルであり、転送信号ＣＫＴ１−２及びＣＫＴ２−１が“Ｌ”レベルであるため、選択された画素Ｐ１１〜Ｐｍ１の内、奇数列画素Ｐ１１，Ｐ３１，・・・，Ｐ（ｍ−１）１の画素信号は、ラインメモリ１２−１〜１２−ｍの内、奇数番目のラインメモリ１２−１，１２−３，・・・，１２−（ｍ−１）に記憶され、偶数列画素Ｐ２１，Ｐ４１，・・・，Ｐｍ１の画素信号は、ラインメモリ２２−１〜２２−ｍの内、偶数番目のラインメモリ２２−２，２２−４，・・・，２２−ｍに記憶される。

そして、続く後半期間Ｔ１−２で行選択信号Ｖ−２が“Ｈ”レベルとなると２行目の画素Ｐ１２〜Ｐｍ２が選択される。

この間、転送信号ＣＫＴ１−２及びＣＫＴ２−１が“Ｈ”レベルであり、転送信号ＣＫＴ１−１及びＣＫＴ２−２が“Ｌ”レベルであるため、選択された画素Ｐ１２〜Ｐｍ２の内、奇数列画素Ｐ１２，Ｐ３２，・・・，Ｐ（ｍ−１）２の画素信号は、ラインメモリ２２−１〜２２−ｍの内、奇数番目のラインメモリ２２−１，２２−３，・・・，２２−（ｍ−１）に記憶され、偶数列画素Ｐ２２，Ｐ４２，・・・，Ｐｍ２の画素信号は、ラインメモリ１２−１〜１２−ｍの内、偶数番目のラインメモリ１２−２，１２−４，・・・，１２−ｍに記憶される。

その後、水平有効期間Ｔ２内で水平走査回路１０，２０を動作させる。

水平走査回路ユニット１０−１〜１０−（ｍ／２）から順に水平選択信号Ｈ１−１〜１−（ｍ／２）を出力すると、ラインメモリ１２−１〜１２−ｍの内、奇数番目のラインメモリ１２−１，１２−３，・・・，１２−（ｍ−１）に記憶された画素Ｐ１１，Ｐ３１，・・・，Ｐ（ｍ−１）１の画素信号が順次出力チャンネルＣＨ１より出力され、偶数番目のラインメモリ１２−２，１２−４，・・・，１２−ｍに記憶された画素Ｐ２２，Ｐ４２，・・・，Ｐｍ２の画素信号が順次出力チャンネルＣＨ２より出力される。一方で、水平走査回路ユニット２０−１〜２０−（ｍ／２）から順に水平選択信号Ｈ２−１〜Ｈ２−（ｍ／２）を出力すると、ラインメモリ２２−１〜２２−ｍの内、奇数番目のラインメモリ２２−１，２２−３，・・・，２２−（ｍ−１）に記憶された画素Ｐ１２，Ｐ３２，・・・，Ｐ（ｍ−１）２の画素信号が順次出力チャンネルＣＨ３より出力され、偶数番目のラインメモリ２２−２，２２−４，・・・，２２−ｍに記憶された画素Ｐ２１，Ｐ４１，・・・，Ｐｍ１の画素信号が順次出力チャンネルＣＨ４より出力される。

これ以後、前述したのと同様に、水平ブランキング期間中に３行目からｎ行目まで２行ずつの画素が選択され、水平有効期間中にその画素信号の内奇数行奇数列の画素信号が出力チャンネルＣＨ１に出力され、奇数行偶数列の画素信号が出力チャンネルＣＨ４に出力され、偶数行奇数列の画素信号が出力チャンネルＣＨ３に出力され、偶数行偶数列の画素信号が出力チャンネルＣＨ２に出力されることになる。即ち、図１２に示す４チャンネル読み出しモードでは、水平垂直隣接２×２画素の信号が４つの出力チャンネルから並列に読み出される。

これは、緑色（Ｇ）カラーフィルタを水平方向及び垂直方向に１画素置きでかつ市松状に配置すると共に、残余の画素位置に赤色（Ｒ）カラーフィルタ及び青色（Ｂ）カラーフィルタを、水平方向を行とする行単位で、線順次で交互に配置した「ベイヤー配列」をしたカラー素子においては、色毎に出力チャンネルが分けられることを意味するので、後処理が行い易くなる。

以上説明したように、図１０の構成の撮像素子１０２を図１１、図１２に示したようなタイミングで動作させることで、出力するチャンネル数を選択切り換えすることが可能となる。また、奇数列と偶数列の画素の画素信号を、異なる出力チャンネルＣＨ１〜ＣＨ４から出力する際に、双方の位相をずらすので、その後の混合処理を確実に行うことができる。

〔第２の実施の形態〕
第１の実施の形態では、飽和出力値を適正に読み出すために、増幅器のゲインを１／２に低減していた。これに対して、第２の実施の形態では、増幅器のゲインを低減せずに（増幅器のゲインを１としたまま）、補正係数を求めるように構成している点で第１の実施の形態と異なっている。従って、第１の実施の形態と同一の部位には同一の符号を付してその詳細の説明を省略する。

図１３は、撮像回路１０３と関連する回路の詳細の構成を示す図である。

図２に示す第１の実施の形態の撮像回路１０３と比べて、新たに参照電圧設定部１３２と切換部１３３が設けられている点が異なっている。参照電圧設定部１３２は、所定の電圧を撮像素子１０２の各出力ＣＨに設けられた切換部１３３に供給する。切換部１３３は、参照電圧設定部１３２から供給される電圧と撮像素子１０２からの出力信号電圧の差の電圧を増幅器に供給する。なお、切換部１３３のレベル差処理動作はシスコン１１０からの信号（不図示）に基づいて実施され、撮影時には撮像素子から出力される映像信号となる画素信号を、同様に撮像素子から出力される映像に用いない光学的に遮光された画素からなるオプチカルブラック部の出力を映像信号の黒レベル基準信号としてクランプする。

続いて、第２の実施の形態に係る飽和出力の読み出し方法の考え方について説明する。なお、撮像素子１０２は、ＣＭＯＳであるとして説明する。

図１４は、映像を用いない光学的に遮光された画素からなるオプチカルブラック部（未図示）と映像期間におけるＣＭＯＳ出力波形を示している。上記のように、オプチカルブラック部の信号は映像信号の黒レベル基準信号としてクランプされ、この結果、映像期間における信号は、黒レベル基準信号だけ電圧レベルが低下した信号となる。

そこでこの考え方を、飽和出力値の読み出しに適用する。即ち、オプチカルブラックの期間において、黒レベル基準信号に代えて参照電圧設定部１３２からの参照電圧を供給する。そうすると、映像期間のＣＭＯＳ出力信号は、参照電圧だけ電圧レベルが低下した信号となるため、飽和信号を所定のレベルの参照信号でクランプすれば、読み取り可能なレベル、即ち、ＡＤ変換器１０４が変換できるレンジ内の信号となる。

上述の動作は、ＣＭＯＳからの出力信号の波形（ＣＭＯＳ出力波形）の内、電荷がリセットされている期間（フィードスルー期間）と信号が出力されている期間（シグナル期間）のＣＭＯＳ出力レベルの差を取ることによって雑音を低減する、いわゆるＣＤＳ（相関二重サンプリング）の応用として把握することができる。従って、切換部１３３は、ＣＤＳ回路を基本として構成することが可能である。

なお、本方式によって飽和出力値を読み込んだときは、補正係数ｇｉの算出においては、式（２）に示す演算が適用できないが、例えば、参照電圧αを考慮した式（４）を用いれば良い。

ｇｉ＝Ｍａｘ（Ｓ１＋α，Ｓ２＋α，Ｓ３＋α，Ｓ４＋α）／（Ｓｉ＋α）…式（４）
また、参照電圧そのものの大きさも黒レベル基準にＡＤ変換して得ても良い。

〔実施の形態の効果〕
以上説明した各実施の形態によれば、撮像素子からの出力が飽和レベルに達した後にその飽和信号を用いてゲインの調整を行うため、調整用光源の特性・種類などに影響されず、また調整用光源の照度などの特性が変動しても影響を受けることがない。

また、色に起因せずにゲインを調整することができるため、信号のダイナミックレンジを有効に利用することができる。

また、撮像素子は少なくとも３色からなるフィルタを配列した受光部を有し、撮像素子からの信号出力は、２つの出力部と４つの出力部との選択を可能なようになされるとともに、２つの出力部が選択されたときには．それぞれ受光部のフィルタ配列の異なるラインの画像情報を順次出力し、４つの出力部が選択されたときには、それぞれ受光都のフィルタ配列の異なるラインの画像情報とフィルタ配列の同一のラインの画像情報とが交互の順に出力されるようになされている。

このため、表示画像への変換がし易く、また、ばらつきの影響が生じないため、表示品質も良い。更に、飽和レベルという、色情報に関わらない信号量に基づく補正を行うため、フィルタ配列の制限を受けることが無い。

なお、フィルタ配列については、ベイヤにも適用可能であるが、これに限るものではない。本発明は、色配列が周期的な信号を出力する素子の信号を多チャンネルで扱う場合に、汎用性を備えている点に特徴を有する。

なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

本発明の第１の実施の形態に係る撮像装置の構成を示すブロック図。 撮像回路と関連する回路の詳細の構成を示す図。 撮像素子の色フィルタの配列を示す図。 ２チャンネル読み出しによって各チャンネルから読み出される色信号列を示す図。 ４チャンネル読み出しによって各チャンネルから読み出される色信号列を示す図。 光量と増幅器の出力の関係を示す図。 光量と増幅器の出力の関係を示す図。 補正係数算出処理の概略の手順を示すフロー図。 撮影時処理の概略の手順を示すフロー図。 撮像素子の構成を示す図。 ２チャンネル読み出しモード時の動作を示すタイミングチャート。 ４チャンネル読み出しモード時の動作を示すタイミングチャート。 撮像回路と関連する回路の詳細の構成を示す図。 オプチカルブラック部と映像期間におけるＣＭＯＳ出力波形を示す図。

符号の説明

１０２…撮像素子、１０３…撮像回路、１０４…ＡＤ変換器、１０５…出力選択部、１１０…シスコン、１２９…増幅部、１３０…設定部、１３１…ゲイン設定部、１３２…参照電圧設定部、１３３…切換部。

Claims (10)

1. ２次元に配置された光電変換素子を有する複数の画素からなる受光部と、
   この受光部各々の画素で受光して得られた光電変換出力を複数の出力部から出力可能になされた撮像手段と、
   前記複数の出力部の各々に対応して設けられた信号増幅手段と、
   前記光電変換出力が飽和レベルに達した後に、前記複数の出力部から出力される飽和出力の大きさを検出する検出手段と、
   前記検出された各飽和出力の大きさを等しくするように、前記信号増幅手段の増幅度を設定する設定手段と、
   を有することを特徴とする撮像装置。
2. 前記検出手段で飽和出力の大きさを検出するときには、飽和出力を検出可能なように前記信号増幅手段の増幅率を低く設定するように制御されることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記受光部は複数の色フィルタを介して受光するように構成されるとともに、前記複数の出力部は、別々の出力部から同色の色フィルタを介して得られた光電変換出力を出力するようになされたことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
4. 前記複数の出力部のうち、異なる数の出力部を前記光電変換出力の出力部として選択可能になされたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置。
5. 色情報を有する画像情報を複数の出力部から出力可能になされた撮像手段と、
   前記複数の出力部のうち、前記撮像手段で撮像された画像情報の出力部を選択する選択手段と、
   各出力部から出力された飽和信号レベルの大きさを等しくするように、前記選択された各出力部からの信号の増幅度を設定する設定手段と、
   前記設定手段により設定された増幅度に基づいて増幅された画像情報をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換手段と、
   を有することを特徴とする撮像装置。
6. 前記増幅度の設定は、各出力部から出力された飽和信号レベルの大きさを等しくするとともに、前記ＡＤ変換手段のＡＤ入力範囲に適正な大きさに増幅するように設定されることを特徴とする請求項１または５に記載の撮像装置。
7. 前記増幅度の設定は、前記補正対象とする出力部から出力される飽和出力のうちの最大値と他の出力部からの各出力との比を前記ＡＤ入力範囲に増幅するように設定されたことを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
8. 前記撮像手段は、少なくとも３色からなるフィルタを配列した受光部を有し、
   前記選択手段は、２つの出力部と４つの出力部との選択を可能なようになされるとともに、２つの出力部が選択されたときには．それぞれ前記受光部のフィルタ配列の異なるラインの画像情報を順次出力し、４つの出力部が選択されたときには、それぞれ前記受光都のフィルタ配列の異なるラインの画像情報とフィルタ配列の同一のラインの画像情報とが交互の順に出力されるようになされたことを特徴とする請求項４または５に記載の撮像装置。
9. 前記検出手段で飽和出力の大きさを検出するときには、前記信号増幅手段の増幅率を撮影時に設定される増幅率とは異なる増幅率に設定するように制御されることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
10. 所定の大きさの電圧を参照電圧として設定する参照電圧設定手段を更に有し、
    前記検出手段で飽和出力の大きさを検出するときには、前記光電変換出力から前記参照電圧だけ低下させて前記信号増幅手段で増幅するように制御されることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。

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