JP2006345301A - 撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画質を犠牲にすることなく高画素化した撮像信号から出力される画像信号に基づいて短い処理時間で画像データを得ることができる低コストの撮像装置を提供する。
【解決手段】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入射光量に基づいて切り換える複数の画素を有する撮像素子と、複数の撮影モードから一の撮影モードを選択する入力操作部と、入力操作部から入力される操作指示に基づいて撮影モードを設定すると共に撮像素子を制御するシステム制御部と、撮像素子の出力信号における線形領域及び対数領域の境界となる変曲点を変更する変曲点変更部と、を備える撮像装置であって、変曲点変更部は、入力操作部から入力される操作指示に基づいて設定された撮影モードに応じて撮像素子の出力信号における線形領域及び対数領域の境界となる変曲点を変更する。
【選択図】図９

Description

本発明は、撮像装置に係り、特に、入射光量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入射光量に応じて切り替え可能な複数の画素を有する撮像素子を備える撮像装置に関する。

入射光を電気信号に変換する撮像素子を用いてデジタル画像を撮影する撮像装置においては、撮像素子の高画素化に伴い、撮像素子から出力される画像信号に所定の処理を行った後に画像データを生成するまで時間がかかるという問題が生じていた。

そのため、高性能の高速でデータ処理を行うことができるＣＰＵ（Central Processing Unit）を用いて画像データの生成時間の短縮を行うことが行われている。また、撮像素子から出力される画像信号の一部を間引く処理を行ったり、隣り合わせの画素を混合して出力したりするなどして画像処理するためのデータを減らすことで画像データの処理時間を生成する時間を短縮する方法が提案されている。

しかし、高性能のＣＰＵは一般に高価格であり、これを用いると撮像装置の製造コストが上昇してしまうという問題が生じる。また、撮像素子から出力される画像信号の一部を間引く処理や隣り合わせの画素の画像データを混合する処理を行うと画像の画質の低下を招くという問題が生じる。

一方、近年は、入射光量に応じて電気信号の線形変換動作及び対数変換動作の切り替えを可能にした撮像素子であるいわゆるリニアログセンサが提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。

かかるリニアログセンサによれば、従来の線形変換動作のみを行う撮像素子と比較して電気信号のダイナミックレンジが広くなるため、輝度範囲の広い被写体を撮影した場合でも全ての輝度情報を電気信号で表現することができる。また、対数変換動作のみを行う撮像素子と比較すると、所定の輝度範囲内で表現される輝度データが少なくなるという問題が少なくなるので、被写体のコントラストを十分に得ることができる。
特開２００２−２２３３９２号公報 特開２００４−０８８３１２号公報

しかし、リニアログセンサを用いた場合であっても画像データを生成する時間の増加、及び処理時間を短縮するために高性能のＣＰＵを用いることによる撮像装置の製造コストの上昇という問題が生じる。

本発明の課題は、画質を低下させることなく高画素化した撮像信号から出力される画像信号に基づいて短い処理時間で画像データを得ることができる低コストの撮像装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、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入射光量に基づいて切り換える複数の画素を有する撮像素子と、複数の撮影モードから一の撮影モードを選択する入力操作部と、前記入力操作部から入力される操作指示に基づいて撮影モードを設定すると共に前記撮像素子を制御するシステム制御部と、前記撮像素子の出力信号における線形領域及び対数領域の境界となる変曲点を変更する変曲点変更部と、を備える撮像装置であって、前記変曲点変更部は、前記入力操作部から入力される操作指示に基づいて設定された撮影モードに応じて前記撮像素子の出力信号における線形領域及び対数領域の境界となる変曲点を変更することを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、撮影条件に応じて画像データのデータ量を変更することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の撮像装置において、前記撮影モードは、少なくともプレビューモード、静止画記録モード、動画記録モード及び外部送信用モードであることを特徴とする。

請求項２に記載の発明によれば、撮影条件を選択して画像データのデータ量を変更することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の撮像装置において、前記撮像素子によって得られた画像データを記憶する記憶部を備えると共に、前記変曲点変更部は、前記記憶部の記録容量に応じて前記撮像素子の変曲点を変更することを特徴とする。

請求項３に記載の発明によれば、記憶部の残存容量に応じて変曲点を変更することができる。

請求項１に記載の発明によれば、リニアログセンサを用いることで、高画素化した撮像装置から出力装置に出力しても短い処理時間で高画質の画像を得ることができる。

また、請求項１に記載の発明によれば、撮像素子から出力される画像信号の一部を間引く処理を行ったり、隣り合わせの画素を混合して出力したりするなどの画像処理を行う必要がなくなるため、画質を損なうことなく短い処理時間で高画質の画像を得ることができる。

また、請求項１に記載の発明によれば、高性能のＣＰＵを用いることなく高速で画像データの処理を可能となるため、撮像装置の製造コストを低減させることができる。

請求項２に記載の発明によれば、複数の撮影モードを選択することができ、また、それらの選択モード、即ち撮影条件に応じて変曲点を変更することで短い処理時間で高画質の画像を得ることができる。

請求項３に記載の発明によれば、記憶部の残存容量に応じて変曲点を変更するので、残存容量が少ない場合には、変曲点を下げて画像データのデータ量を少なくして、変曲点を変更しない場合と比較して撮影時間を延長することができる。

本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。ただし、発明の範囲は図示例に限定されない。

本実施形態に係る撮像装置１はコンパクトタイプのデジタルカメラであるが、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。

図１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、被写体の画像光を所定の焦点に集光させるレンズユニット３が、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撮像素子４が設けられている。

また、筐体２の前面上端部付近には撮影時に光を照射する照射部５が備えられている。本実施形態の照射部５は撮像装置１に内蔵されたストロボ装置によって構成されているが、外付けのストロボ又は高輝度ＬＥＤによって構成してもよい。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、調光センサ６が設けられており、この調光センサ６は、照射部５から照射された光が被写体で反射されて、その反射した光を受光するものである。

更に、撮像装置１が備える筐体２の内部には、システム制御部７及び信号処理部８（いずれも図３参照）などの回路を含む回路基板（図示略）が設けられている。また、筐体２の内部には電池９が内蔵されていると共に、メモリカードなどの記憶部１０が装填されている。

また、図２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）、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）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。

また、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Ｗ１２（Wide：広角）及びズームボタンＴ１３（Telephoto：望遠）が設けられている。また、撮像装置１の背面であってレンズユニット３が設けられている位置の上方には、筐体２の背面側から被写体を確認するための光学式ファインダ１４が配置されている。

更に、撮像装置１の背面中央部付近には、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１５が設けられている。また、選択用十字キー１５の中心部分には、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が備えられている。

また、撮像装置１の上面であって電池９とレンズユニット３との間には、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。

また、筐体２の上面端部付近には、押下により撮像装置１の電源をＯＮ（起動）又はＯＦＦ（起動停止）とする電源スイッチ１７が設けられている。

なお、筐体２の一側面上端部付近には、撮像装置１をパーソナルコンピュータなどに接続するための通信部１８が設けられている。

次に、図３に撮像装置１の機能的構成を示す。

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。

図３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、記憶部１０、照射部５、調光センサ６、モニタ１１、通信部１８、操作部２１及び変曲点変更部２２が接続されている。

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部から構成されている。

絞り制御部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絞り部を駆動制御するようになっている。すなわち、絞り制御部１９は、システム制御部７から入力される制御値に基づき、撮像素子４の撮像動作開始直前に絞り部を開口させてから所定の露光時間の経過後に絞り部を閉塞させ、また、非撮像時は撮像素子４への入射光を遮断することによって、入射光量を制御するようになっている。

例えば、後述する動画記録モードが選択された場合には、露光条件（例えば、絞り、シャッタ、ゲイン）をリアルタイムで変更するようになっている

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。なお、撮像素子４の最大信号出力値に制限はないが、以下においては、最大信号出力値である２５５、即ち８bitであるものを例に説明する。

図４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〜Ｇ_mn（但し、ｎ，ｍは１以上の整数）を有している。

各画素Ｇ₁₁〜Ｇ_mn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〜Ｇ_mn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。

画素Ｇ₁₁〜Ｇ_mn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〜Ｇ_mnには、図４に示すように、電源ライン２３や信号印加ラインＬ_A1〜Ｌ_An，Ｌ_B1〜Ｌ_Bn，Ｌ_C1〜Ｌ_Cn、信号読出ラインＬ_D1〜Ｌ_Dmが接続されている。なお、画素Ｇ₁₁〜Ｇ_mn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、図４ではこれらの図示を省略している。

信号印加ラインＬ_A1〜Ｌ_An，Ｌ_B1〜Ｌ_Bn，Ｌ_C1〜Ｌ_Cnは画素Ｇ₁₁〜Ｇ_mnに対して信号φ_v，φ_VD，φ_VPS（図５，図６参照）を与えるようになっている。これら信号印加ラインＬ_A1〜Ｌ_An，Ｌ_B1〜Ｌ_Bn，Ｌ_C1〜Ｌ_Cn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３参照）からの信号に基づいて信号印加ラインＬ_A1〜Ｌ_An，Ｌ_B1〜Ｌ_Bn，Ｌ_C1〜Ｌ_Cn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Ｌ_A1〜Ｌ_An，Ｌ_B1〜Ｌ_Bn，Ｌ_C1〜Ｌ_CnをＸ方向に順次切り換えるようになっている。

信号読出ラインＬ_D1〜Ｌ_Dmには、各画素Ｇ₁₁〜Ｇ_mn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Ｌ_D1〜Ｌ_Dmには定電流源Ｄ₁〜Ｄ_m及び選択回路Ｓ₁〜Ｓ_mが接続されている。また、定電流源Ｄ₁〜Ｄ_mの一端（図中下側の端部）には、直流電圧Ｖ_PSが印加されるようになっている。

選択回路Ｓ₁〜Ｓ_mは、各信号読出ラインＬ_D1〜Ｌ_Dmを介して画素Ｇ₁₁〜Ｇ_mn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〜Ｓ_m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〜Ｓ_m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〜Ｓ_m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。

なお、選択回路Ｓ₁〜Ｓ_m及び補正回路２６としては、特開平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〜Ｓ_m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〜Ｓ_m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〜Ｇ_mnについて説明する。

各画素Ｇ₁₁〜Ｇ_mnは、図５に示すように、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。

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のアノードＰ_Aには直流電圧Ｖ_PDが印加されており、カソードＰ_kにはトランジスタＴ₁のドレインＴ_1Dが接続されている。

トランジスタＴ₁のゲートＴ_1Gには信号φ_Sが入力されるようになっており、ソースＴ_1SにはトランジスタＴ₂のゲートＴ_2G及びドレインＴ_2Dが接続されている。

このトランジスタＴ₂のソースＴ_2Sには信号印加ラインＬ_C（図４のＬ_C1〜Ｌ_Cnに相当）が接続されており、この信号印加ラインＬ_Cから信号φ_VPSが入力されるようになっている。ここで、図６に示すように、信号φ_VPSは２値の電圧信号であり、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との２つの値をとるようになっている。

また、トランジスタＴ₁のソースＴ_1SにはトランジスタＴ₃のゲートＴ_3Gが接続されている。このトランジスタＴ₃のドレインＴ_3Dには、直流電圧Ｖ_PD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Ｔ_3Sには、キャパシタＣの一端と、トランジスタＴ₅のドレインＴ_5Dと、トランジスタＴ₄のゲートＴ_4Gとが接続されている。

キャパシタＣの他端には、信号印加ラインＬ_B（図４のＬ_B1〜Ｌ_Bnに相当）が接続されており、この信号印加ラインＬ_Bから信号φ_VDが与えられるようになっている。ここで、図６に示すように、信号φ_VD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。

トランジスタＴ₅のソースＴ_5Sには直流電圧Ｖ_RGが、ゲートＴ_5Gには信号φ_RS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Ｔ_4Dには、トランジスタＴ₃のドレインＴ_3Dと同様に直流電圧Ｖ_PDが印加されるようになっており、ソースＴ_4Sには、トランジスタＴ₆のドレインＴ_6Dが接続されている。

このトランジスタＴ₆のソースＴ_6Sには、信号読出ラインＬ_D（図４のＬ_D1〜Ｌ_Dmに相当）が接続されており、ゲートＴ_6Gには、信号印加ラインＬ_A（図４のＬ_A1〜Ｌ_Anに相当）から信号φ_Vが入力されるようになっている。

このような回路構成をとることにより、各画素Ｇ₁₁〜Ｇ_mnは以下のリセット動作を行うようになっている。

まず、図６に示すように、垂直走査回路２４が画素Ｇ₁₁〜Ｇ_mn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φ_SがＬｏｗ、信号φ_VがＨｉ、信号φ_VPSがＶＬ、信号φ_RSがＨｉ、信号φ_VD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φ_Vと、電圧値Ｖｍのパルス信号φ_VDとを画素Ｇ₁₁〜Ｇ_mnに与えて電気信号を信号読出ラインＬ_Dに出力させた後、信号φ_S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。

次に、垂直走査回路２４が信号φ_VPSをＶＨとすることで、トランジスタＴ₂のゲートＴ_2G及びドレインＴ_2D、並びにトランジスタＴ₃のゲートＴ_3G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φ_RS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Ｔ_4Gとの接続ノードの電圧を初期化するようになっている。

次に、垂直走査回路２４が信号φ_VPS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φ_RS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Ｔ_4G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。

次に、垂直走査回路２４がパルス信号φ_VをトランジスタＴ₆のゲートＴ_6G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φ_VD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Ｌ_Dにはノイズ信号が電圧信号として現れる。

そして、垂直走査回路２４がパルス信号φ_RSをトランジスタＴ₅のゲートＴ_5Gに与えてキャパシタＣとトランジスタＴ₄のゲートＴ_4Gとの接続ノードの電圧をリセットした後、信号φ_S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〜Ｇ_mnが撮像可能状態となる。

また、各画素Ｇ₁₁〜Ｇ_mnは以下の撮像動作を行うようになっている。

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Ｔ_2Gに蓄積されるようになっている。

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Ｔ_2Gに蓄積された光電荷量に応じた電圧が当該ゲートＴ_2Gに現れる。そのため、トランジスタＴ₃のゲートＴ_3G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。

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Ｔ_3Gには、入射光を自然対数で対数変換した電圧が現れる。なお、本実施の形態においては、画素Ｇ₁₁〜Ｇ_mnの間で前記所定値の値は等しくなっている。

トランジスタＴ₃のゲートＴ_3G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Ｔ_3D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Ｔ_4G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

次に、垂直走査回路２４が信号φ_VDの電圧値をＶｍとするとともに、信号φ_V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Ｌ_D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Ｌ_D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。

そして、垂直走査回路２４が信号φ_VDの電圧値をＶｈとするとともに、信号φ_V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。

このように動作するとき、撮像時の信号φ_VPSの電圧値ＶＬが低くなり、リセット時の信号φ_VPS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、図７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。

そこで、例えば、被写体の輝度範囲が狭い場合は電圧値ＶＬを低くして線形変換する輝度範囲を広くし、また、被写体の輝度範囲が広い場合は電圧値ＶＬを高くして対数変換する輝度範囲を広くすることで、被写体の特性に合った光電変換特性とすることができる。なお、電圧値ＶＬを最小とするとき、常に線形変換する状態とし、また、電圧値ＶＨを最大とするとき、常に対数変換する状態とすることもできる。

このように動作する撮像素子４の画素Ｇ₁₁〜Ｇ_mnに与える信号φ_VPS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が信号φ_VPSの電圧値ＶＬの値を切り換えることによって、画素Ｇ₁₁〜Ｇ_mn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。

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５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。

また、本実施形態の撮像素子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。

図３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。

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。

また、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。

また、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）のために必要な評価値を検出するようになっている。すなわち、ＲＧＢの各原色成分から成る電気信号の輝度値を確認することにより、被写体の輝度範囲を表す輝度の平均値分布範囲を算出して、入射光量を設定するＡＥ評価値としてシステム制御部７に出力するようになっている。

また、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。

また、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ようになっている。

また、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ようになっている。

また、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ようになっている。

また、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色空間の管理方法であり、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。

次に、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。

記憶部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。記憶部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やメモリスティックであってもよく、また、ハードディスク又はフロッピー（登録商標）ディスクなどの磁気記録媒体などであってもよい。

記憶部１０には、撮影モードに応じて、撮像素子から出力可能な最大信号出力値（以下、適宜「変曲点変更情報」という）が記憶されている。例えば、図８に示すように、プレビューモードの場合の最大信号出力値が１２７（７bit）、ＡＦ（Auto Focus）モードの変曲点の位置、即ちＡＦモード用変曲点の場合の最大信号出力値は６３（６bit）、静止画記録モード用変曲点の場合の最大信号出力値は２５５（８bit）、動画記録モードの最大信号出力値は１２７（６bit）、及び外部通信モードの最大信号出力値が６３（６bit）、のように撮影モード毎の最大信号出力値が記憶されている。

照射部５としてのストロボは、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照射タイミング及び照射量により被写体にストロボ光を照射するようになっている。

調光センサ６は、照射部５の照射量を調光させるために、照射部５から照射された光量を検出して、検出結果をシステム制御部７に出力するようになっている。

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、静止画記録モード又は動画記録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。また、撮影モードとして「変曲点選択撮影モード」が選択されると、プレビュー画面上に変曲点を選択するためのウィンドウを表示するようになっている。

通信部１８には、例えば、ＵＳＢ端子又は無線ＬＡＮの端末を用いることができる。即ち、外部通信モードにより撮影することにより取得した画像データの外部受信機器に対する送信は、有線又は無線のいずれによることとしてもよい。そして、通信部１８にＵＳＢ端子を用いた場合には、図３に示すように、通信ケーブルにより外部受信機器Ｘと撮像装置１を接続するようになっており、外部受信機器Ｘは通信ケーブルを介して画像データを取得するようになっている。

操作部２１は、ズームボタンＷ１２、ズームボタンＴ１３、選択用十字キー１５、レリーズスイッチ１６及び電源スイッチ１７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。

このうち、選択用十字キー１５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、中心部分の確定キー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１５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。撮影モードとしては、例えば、プレビューモード、静止画記録モード、動画記録モード及び外部通信モードがあり、これらから何れか一つのモードを選択できるようになっている。

変曲点変更部２２は、記憶部１０に記憶されている変曲点変更情報に基づいて撮影モードに応じた変曲点に変更するようになっている。

変曲点変更部２２は、撮影が開始されるとプレビューモードに、即ち、画素からの信号出力値がプレビューに適した表示周期３０fpsを達成できる最大の値になるように変曲点を変更するようになっている。この場合は、図９に示すように、最大信号出力値が１２７、即ち７bitになるように変曲点を変更するようになっている。なお、変曲点の位置は、被写体の輝度範囲をカバーしながら出力飽和が起こらないような位置に設定されるようになっている。

そして、ユーザが選択用十字キー１５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。撮影モードとしては、例えば、プレビューモード、静止画記録モード、動画記録モード及び外部通信モードがあり、これらから何れか一つのモードを選択できるようになっている。

選択用十字キー１５により、静止画記録モードが選択された場合は、まずＡＦモードとなり、ＡＦモード用変曲点に変更されるようになっている。ＡＦモード用変曲点は、ＡＦ処理を短時間で行うために、信号値の範囲をできる限り小さくすることが望ましい。この場合は、図９に示すように、最大信号出力値を６３、即ち６bitとなるようにすることが望ましい。

これは、焦点合わせは撮影対象を移すモニタ１１の中央部である主要撮影領域の輝度成分を基準に行われる。この場合は、レンズユニット３を動かしながら輝度値の高周波成分が最大になる位置を検出し、その位置を焦点が合っている位置とするものである。ユーザはレリーズスイッチ１６を押し下げてからできる限り可能な短時間で撮影を行うことを望むため、ＡＦ処理を高速で行うことを目的として最大信号出力値の値を小さくすることによりＡＦ処理を短時間で行うことを可能になる。

また、ＡＦモードにおいて、ＡＦ処理等が行われた後にユーザのレリーズスイッチ１６の操作があった場合、変曲点変更部２２は変曲点を静止画記録用変曲点に移動させて、最大信号出力値を最も大きくすることが望ましい。この場合は、図９に示すように、撮像素子４の最大信号出力値である２５５、即ち８bitとするように変曲点を変更するようになっている。この場合、ＡＥ（Auto Exposure）及びＡＷＢ（Auto White Balance）については、ＡＦモードと同じ設定でもよいし、静止画記録モードの最大信号出力値を設定してもよい。

また、選択用十字キー１５により、動画記録モードが選択された場合には、動画記録用変曲点に変更され、動画を記録するのに適するような最大信号出力値とすることが望ましい。この場合は、図９に示すように、最大信号出力値が例えば１２７、即ち７bitになるように変曲点を変更するようになっている。

また、選択用十字キー１５により、外部通信モードが選択された場合には、外部通信用変曲点に変更され、通信速度を早くできるようになっている。この場合は、図９に示すように、最大信号出力値を、６３即ち６bitに変更するようになっている。

また、変曲点変更部２２は、ＵＳＢ端子１８に外部受信機器からの通信ケーブルが接続され、通信が確立した時点で、外部受信機器が接続されたことを認識し、この場合も外部通信用変曲点に変更し、通信速度を早くできるようになっている。

選択用十字キー１５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、メニュー画面から現在選択されている撮影モードの終了画面を開き、確定キーを押下すると、現在の撮影モードが終了しプレビューモードに戻るようになっている。

変曲点変更部２２は、所定の撮影モードの変曲点となるように、撮像素子４に設定する電圧値ＶＬを算出するようになっている。

上述したように、本実施形態の撮像素子４は、図４に示す画素Ｇ_１１〜Ｇ_ｍｎに与える信号φ_ＶＰＳの電圧値ＶＬの値を切り換えることにより、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できるようになっている。

更に、変曲点変更部２２はＤＡコンバータ３６を備えており、算出した電圧値ＶＬをアナログデータに変換して撮像素子４の画素Ｇ_１１〜Ｇｍｎに入力することにより、撮像素子４の変曲点を最適な変曲点に変化させるようになっている。

なお、ユーザが設定した撮影モードの通常の変曲点の位置で記録を行った場合に、記憶部１０の記録可能容量が少量であり、所定量以上記録できない場合には、変曲点変更部は、記憶部１０の残り記録可能容量に応じて、変曲点の位置を変更して最大信号出力値を小さくしてユーザが選択した撮影モードで記録可能とするようにしてもよい。この場合は、例えば、モニタ１１において一旦その旨警告を行い、ユーザに対して撮影を続行するのか、変曲点の再設定を行うのかを選択させるようにしてもよい。

また、変曲点変更部２２は、動画記録モードの場合に、撮影する場面に応じて変曲点を変更させることとしてもよい。また更に、動画撮影中に、被写体輝度等の変化により、変曲点を適宜変化させることとしてもよい。例えば、被写体が低輝度の場合、長い露光時間が必要となるために、表示周期も例えば、３０fpsから８fpsと長くとる場合がある。このような場合は、最大信号出力値を７bit（動画記録モードの場合、図８参照）設定としたものに対して、８bitとなるような変曲点を設定することで、データ量が少なくなることにより生じるコントラストの低下を回避することができる。

次に本実施の形態の撮像装置１の作用について図１０のフローチャートを参照して説明する。なお、以下の撮像装置１において搭載されている撮像素子４の最大信号出力値は２５５、即ち８ｂｉｔとする。また、外部通信用モードにおいて撮影される画像は動画とする。

撮像装置１の電源スイッチ１７を押下して撮像装置１の電源をＯＮとすると（ステップＳ１）、プレビューモードとなる（ステップＳ２）即ち、モニタ１１には被写体のプレビュー画面が表示される。このとき変曲点変更部２２は、プレビュー画面を表示するのに適した３０fpsを達成できる最大信号出力値である１２７、即ち７bitになるように変曲点を位置させる。そして、プレビュー画面を構成する各フレームについてＡＦ処理、ＡＥ処理及びＡＷＢ処理を行う。

次いで、電源をＯＦＦにするか否かの判断を行い（ステップＳ３）、電源をＯＦＦにする場合には撮影を終了し（ＹＥＳ）、電源をＯＦＦにしない場合には（ＮＯ）、ユーザが選択用十字キー１５を押下して、静止画記録モード、動画記録モード及び外部通信モードの何れか一つのモードを選択する(ステップＳ４)。

ユーザが静止画記録モードを選択すると（ステップＳ５）、ＡＦ処理を短時間で行うためにまずＡＦモードとなり、変曲点変更部２２は、変曲点をＡＦモード用変曲点に変更し(ステップＳ６)、実際に撮影を行うためのＡＦ処理、ＡＥ処理及びＡＷＢ処理を行う(ステップＳ７)。

ユーザがレリーズスイッチ１６を全押しすると、変曲点変更部２２は、変曲点を静止画記録用変曲点に変更する(ステップＳ８)。そして、ユーザがレリーズスイッチ１６を押し下げると撮影が行われ（ステップＳ９）、記憶部１０は、信号処理部８から出力された画像データを記録する（ステップＳ１０）。そして、選択用十字キー１５を操作して静止画記録モードを終了させると（ステップＳ１１）、次いで電源をＯＦＦにするか否かの判断を行う（ステップＳ３）。

ユーザが動画記録モードを選択すると(ステップＳ１２)、変曲点変更部２２は、変曲点を動画記録用変曲点に変更し、モニタ１１に表示周期３０fpsで撮影した画像が表示されるように最大信号出力値が１２７、即ち７bitとする（ステップＳ１３）。

そして、ユーザがレリーズスイッチ１６を押し下げると撮影が開始され（ステップＳ１４）、撮影された画像の画像データは記憶部１０に記録がされる(ステップＳ１５)。撮影中は、変曲点は変更されることは無く、撮影対象の輝度に応じて周知の方法によりリアルタイムに露光条件（絞り、シャッタ及びゲイン等）を変更する。

そして、ユーザがレリーズスイッチ１６を再度押し下げることで動画の撮影が中止され、さらに選択用十字キー１５の操作により動画記録モードが終了すると（ステップＳ１６）次いで電源をＯＦＦにするか否かの判断を行う（ステップＳ３）。

ユーザが外部通信モードを選択すると(ステップＳ１７)、モニタの画面に外部受信機器を選択する選択画面が開き、更に選択用十字キーを押下することによりモニタに表示されたカーソルを移動させて確定キーを押下すると、撮影した画像を送信する外部受信機器が決定される（ステップＳ１８）。変曲点変更部２２は、変曲点を外部通信用変曲点に変更し、モニタ１１に表示周期３０fpsで撮影した画像が表示されるように最大信号出力値が６３、即ち６bitとする（ステップＳ１９）。

そして、ユーザがレリーズスイッチ１６を押し下げると動画の撮影が開始される（ステップＳ２０）と共に撮影された動画の画像データが外部受信機器に送信される（ステップＳ２１）。

そして、ユーザがレリーズスイッチ１６を再度押し下げると、動画の撮影及び画像データの送信が中止され、次いで選択用十字キー１５の操作により外部通信モードが終了すると（ステップＳ２２）電源をＯＦＦにするか否かの判断を行う（ステップＳ３）。

以上のように本実施の形態に係る発明によれば、リニアログセンサを用いることで、高画素化した撮像装置から出力装置に基づいても短い処理時間で高画質の画像を得ることができる。

また、撮像素子から出力される画像信号の一部を間引く処理を行ったり、隣り合わせの画素を混合して出力したりするなどの画像処理を行う必要がなくなるため、画質を損なうことなく短い処理時間で高画質の画像を得ることができる。

高性能のＣＰＵを用いることなく高速で画像データの処理を可能となるため、撮像装置の製造コストを提言させることができる。

本発明の実施形態に係る撮像装置の構成を示す正面図である。 本発明の実施形態に係る撮像装置の構成を示す背面図である。 本発明の実施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。 本発明の実施形態に係る撮像素子の構成を示すブロック図である。 本発明の実施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。 本発明の実施形態に係る撮像素子が備える画素の動作を示すタイムチャートである。 本発明の実施形態に係る撮像素子の入射光量に対する出力を示すグラフである。 記憶部に記憶されている撮影モードとその最大信号出力値を表す表である。 縦軸を信号出力値とし、横軸を入所光量とした変曲点を変更する状態を示したグラフである。 本発明にかかる撮像装置の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 撮像装置
２ 筐体
３ レンズユニット
４ 撮像素子
５ 照射部
６ 調光センサ
７ システム制御部
８ 信号処理部
１０ 記憶部
１１ モニタ
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
２０ タイミング生成部
２１ 操作部
２２ 変曲点変更部

Claims (3)

1. 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入射光量に基づいて切り換える複数の画素を有する撮像素子と、
   複数の撮影モードから一の撮影モードを選択する入力操作部と、
   前記入力操作部から入力される操作指示に基づいて撮影モードを設定すると共に前記撮像素子を制御するシステム制御部と、
   前記撮像素子の出力信号における線形領域及び対数領域の境界となる変曲点を変更する変曲点変更部と、
   を備える撮像装置であって、
   前記変曲点変更部は、前記入力操作部から入力される操作指示に基づいて設定された撮影モードに応じて前記撮像素子の出力信号における線形領域及び対数領域の境界となる変曲点を変更することを特徴とする撮像装置。
2. 前記撮影モードは、少なくともプレビューモード、静止画記録モード、動画記録モード及び外部送信用モードであることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記撮像素子によって得られた画像データを記憶する記憶部を備えると共に、
   前記変曲点変更部は、前記記憶部の残存容量に応じて前記撮像素子の変曲点を変更することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の撮像装置。

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