JP4759850B2

JP4759850B2 - Solid-state imaging device

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Publication number: JP4759850B2
Application number: JP2001160446A
Authority: JP
Inventors: 正幸池村; 泰草鹿; 里之中村
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2001-05-29
Filing date: 2001-05-29
Publication date: 2011-08-31
Anticipated expiration: 2021-05-29
Also published as: JP2002354347A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像装置に関するもので、特に、受光量に対してその出力電圧が自然対数的に変化する特性を有する固体撮像素子を備えた固体撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より使用されている固体撮像素子には、光電変換素子で発生した光電荷を読み出す手段によってＣＣＤ型とＭＯＳ型に大きく分けられる。ＣＣＤ型は光電荷をポテンシャルの井戸に蓄積しつつ、転送するようになっており、又、ＭＯＳ型はフォトダイオードのｐｎ接合容量に蓄積した電荷をＭＯＳトランジスタを通して読み出すようになっている。しかしながら、このような従来の固体撮像素子は、発生した光電荷の電荷量に比例した出力が出力されるため、ダイナミックレンジが狭いという欠点がある。
【０００３】
一方、本出願人は、ダイナミックレンジを広くするために、入射した光量に応じた光電流を発生しうる感光手段と、光電流を入力するＭＯＳトランジスタと、このＭＯＳトランジスタをサブスレッショルド電流が流れうる状態にバイアスするバイアス手段とが備えられることによって、入射光量に対して自然対数的に変換された電気信号を出力することができる固体撮像素子を提案した（特開平３−１９２７６４号公報参照）。しかしながら、この対数変換型の固体撮像素子は、ダイナミックレンジが非常に広いため、この固体撮像素子の出力をそのまま画像として再生すると、被写体によってはコントラストがかなり低い画像になる場合がある。
【０００４】
そこで、例えば、固体撮像素子からの１フィールド分の出力の最大値と最小値を検出し、検出した出力の最大値と最小値に応じて、ＡＧＣ（Auto Gain Control）処理を行うことで、被写体の輝度範囲に応じた出力ダイナミックレンジとするような自動調節が行われる。即ち、撮像している被写体の最高輝度が出力ダイナミックレンジの最大値に、撮像している被写体の最低輝度が出力ダイナミックレンジの最小値に、それぞれなるように、固体撮像素子からの出力のゲインを調整する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようにＡＧＣ処理して出力ダイナミックレンジの自動調節を行う場合、従来の固体撮像装置では、その調整パターンは１つに限られていた。又、その調節パターンを撮影対象の輝度変化を敏感に反映させるような設定にしてあったとすると、撮影対象の輝度分布範囲が激しく変動する場合には、映像の明るさも同様に激しく変動して、見づらくなることがあった。又、手動にて出力ダイナミックレンジを調節することも可能であるが、各条件下で複数のパラメータを最適なものに設定するのは、ユーザーにとって煩雑な操作である上、設定操作と確認動作を繰り返す必要があり、その設定に時間を要する。
【０００６】
このような問題を鑑みて、本発明は、撮影対象や目的に応じた映像調節を行う複数の自動調節モードを有する固体撮像装置を提供することを目的とする。又、本発明の他の目的は、手動にて調節を行う際、容易に調節を行うことのできる固体撮像装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の固体撮像装置は、入射光量に対して自然対数的に変換した電気信号を出力する複数の画素を有する固体撮像素子と、所定期間毎に、前記固体撮像素子より出力された電気信号に基づいて被写体の輝度範囲を検出するとともに、検出した輝度範囲に基づいて前記固体撮像素子の出力ダイナミックレンジを調節する調節部と、該調節部で出力ダイナミックレンジを調節するためのパラメータが複数の撮像条件毎に格納されるメモリと、を有し、前記調節部において、選択された撮像条件に応じたパラメータが前記メモリより読み出されて、前記固体撮像素子の出力ダイナミックレンジが調節されることを特徴とする。
【０００８】
このような固体撮像装置において、ユーザーによって、撮像条件が選択されて指示されると、選択された撮像条件に応じたパラメータが、調節部によって読み出される。調節部では、固体撮像素子より出力される電気信号に基づいて、被写体の輝度範囲を検出すると、メモリより読み出したパラメータと検出した輝度範囲に基づいて、固体撮像素子の出力ダイナミックレンジを設定する。
【０００９】
このような固体撮像装置において、請求項２に記載するように、前記パラメータが、前記複数の撮像条件毎に設定された、前記輝度範囲の最低輝度に対する前記電気信号の第１信号レベルと、前記輝度範囲の最高輝度に対する前記電気信号の第２信号レベルと、であり、前記調節部において、検出した前記輝度範囲の最低輝度及び最高輝度と、選択された撮像条件に応じた前記第１及び第２信号レベルとに基づいて、前記固体撮像素子の出力ダイナミックレンジが調節されるようにしても構わない。
【００１０】
このとき、固体撮像素子からの出力される電気信号が、Ａ／Ｄ変換されたデジタル信号であるとき、被写体の輝度範囲の最低輝度及び最高輝度が検出されると、それぞれを、第１信号レベルと第２信号レベルに対応させて、Ａ／Ｄ変換に用いるための低電圧側及び高電圧側の基準電圧が設定されることによって、固体撮像素子の出力ダイナミックレンジが調節される。
【００１１】
又、請求項３に記載するように、前記パラメータに、前記複数の撮像条件毎に設定された、前記輝度範囲を測定するための測定時間及び決定条件が含まれ、前記調節部において、選択された撮像条件に応じた前記測定時間及び前記決定条件に従って前記輝度範囲の最低輝度及び最高輝度が検出され、前記固体撮像素子の出力ダイナミックレンジが調節されるようにして、自動設定が行われるようにしても構わない。
【００１２】
このとき、決定条件として、（１）最低輝度及び最高輝度の変化量が所定値以上の時のみ反映させる、（２）最低輝度及び最高輝度の変化量が所定値以上で、且つ、所定時間以上継続した時に反映させる、（３）最低輝度及び最高輝度の実際の変化量に対して一定の割合分のみ反映させる、（４）最低輝度及び最高輝度の過去の複数の値との平均値を算出し、この平均値を反映させる、などの測定するための各種方法が挙げられる。
【００１３】
又、請求項４に記載するように、前記輝度範囲を測定するための測定時間を入力するための入力部を有し、前記調節部において、前記入力部より入力された前記測定時間に従って前記輝度範囲の最低輝度及び最高輝度が検出され、前記固体撮像素子の出力ダイナミックレンジが調節されるようにして、手動設定が行われるようにしても構わない。
【００１４】
請求項２に記載の固体撮像装置において、請求項５に記載するように、前記輝度範囲を測定するための測定時間を入力するための入力部を有し、前記調節部において、前記入力部より入力された前記測定時間に従って前記輝度範囲の最低輝度及び最高輝度が検出され、前記固体撮像素子の出力ダイナミックレンジが調節されるようにして、手動設定が行われるようにしても構わない。
【００１５】
又、請求項６に記載するように、前記パラメータに、前記複数の撮像条件毎に設定された、前記輝度範囲を測定するための決定条件が含まれ、前記調節部において、前記入力部より入力された前記測定時間と選択された撮像条件に応じた前記決定条件とに従って前記輝度範囲の最低輝度及び最高輝度が検出され、前記固体撮像素子の出力ダイナミックレンジが調節されるようにしても構わない。
【００１６】
このとき、決定条件として、（１）最低輝度及び最高輝度の変化量が所定値以上の時のみ反映させる、（２）最低輝度及び最高輝度の変化量が所定値以上で、且つ、所定時間以上継続した時に反映させる、（３）最低輝度及び最高輝度の実際の変化量に対して一定の割合分のみ反映させる、（４）最低輝度及び最高輝度の過去の複数の値との平均値を算出し、この平均値を反映させる、などといった測定するための各種方法が挙げられる。
【００１７】
又、請求項７に記載するように、前記パラメータに、一つ以上の前記撮像条件毎に設定された、前記輝度範囲を測定するための測定時間及び決定条件が含まれ、前記調節部において、選択された撮像条件に応じた前記測定時間及び前記決定条件に従って前記輝度範囲の最低輝度及び最高輝度が検出され、前記固体撮像素子の出力ダイナミックレンジが調節されるようにして、自動設定が行われるようにしても構わない。
【００１８】
請求項８に記載の固体撮像装置は、請求項２〜請求項７のいずれかに記載の固体撮像装置において、前記第１及び第２信号レベルの値を調節するために入力可能な信号レベル入力部を有することを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、以下に説明する。
【００２０】
＜固体撮像装置の構成＞
まず、各実施形態で共通する固体撮像装置の構成について、説明する。図１は、本実施形態の固体撮像装置の内部構成を示すブロック図である。
【００２１】
図１に示す固体撮像装置は、入射光量に対して自然対数的に変換した電気信号を出力する固体撮像素子１と、固体撮像素子１からの出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器２，９と、Ａ／Ｄ変換器９で変換されたデジタル信号が与えられて入力部７が操作されて指示された調節モードに基づいてＡ／Ｄ変換器２の基準値の設定を行う演算回路３と、演算回路３で設定された基準値に基づいた電圧を発生するＤ／Ａ変換器４，５と、各種調節モード時のパラメータが格納されるメモリ６と、ユーザーに操作される入力部７と、演算回路３を通じて出力されたデジタル信号によって映像を再生する表示部８とを有する。尚、固体撮像素子１から与えられ、Ａ／Ｄ変換器２及び演算回路３を通じて表示装置８に送出される信号を再生用映像信号と呼ぶ。又、固体撮像素子１から与えられ、Ａ／Ｄ変換器９を通じて演算回路３に送出される信号を測定用映像信号と呼ぶ。
【００２２】
このような固体撮像装置において、被写体を撮像した固体撮像素子１より対数変換された映像信号が出力されると、Ａ／Ｄ変換器２において、Ｄ／Ａ変換器４によって設定された低輝度側の基準電圧及びＤ／Ａ変換器５によって設定された高輝度側の基準電圧と、それぞれ比較されて、デジタル信号に変換される。このデジタル信号に変換された再生用映像信号は、演算回路３に与えられた後、表示装置８に出力され、表示装置８において映像が再生される。
【００２３】
又、入力部７が操作されることによって、複数の調節モードより、ユーザーの所望するコントラストや明るさに調節するための自動調節モード又は手動調節モードが設定される。このとき、自動調節の場合は、メモリ６より設定された調節モードに用いられる各種パラメータが演算回路３に読み出される。そして、Ａ／Ｄ変換器９でデジタル信号に変換された測定用映像信号より、各種設定モード毎に予め設定された所定の期間毎に、最低輝度及び最高輝度を検出する。この最低輝度及び最高輝度となる測定用映像信号とメモリ６より読み出された各種パラメータとに基づいて、低輝度側及び高輝度側の基準電圧のデジタル値を設定し、Ｄ／Ａ変換器４，５に送出する。
【００２４】
又、手動調節の場合は、メモリ６より設定された調節モードに用いられる各種パラメータが演算回路３に読み出される。そして、ユーザーによって、入力部７が操作されて、最低輝度及び最高輝度の測定期間が指定される。この指定された期間の最低輝度及び最高輝度が、Ａ／Ｄ変換器９でデジタル信号に変換された測定用映像信号より、演算回路３で検出される。そして、この最低輝度及び最高輝度となる測定用映像信号とメモリ６より読み出された各種パラメータとに基づいて、低輝度側及び高輝度側の基準電圧のデジタル値を設定し、Ｄ／Ａ変換器４，５に送出する。
【００２５】
このように、各調節モードにおいて、演算回路３で低輝度側及び高輝度側の基準電圧のデジタル値が設定されると、Ｄ／Ａ変換器４，５では、アナログ変換することによって、それぞれ、低輝度側及び高輝度側の基準電圧をＡ／Ｄ変換器２に送出する。よって、Ａ／Ｄ変換器２では、Ｄ／Ａ変換器４，５によって新たに設定された低輝度側及び高輝度側の基準電圧に基づいて、固体撮像素子１より出力される再生用映像信号をデジタル変換する。このようにして、Ａ／Ｄ変換器２における固体撮像素子１からの出力のダイナミックレンジが調節され、コントラストや明るさが調節される。
【００２６】
１．固体撮像素子の構成例
このような固体撮像装置における固体撮像素子の構成例を、以下に示す。図２は、固体撮像素子の構成を示す回路ブロック図である。図３は、図２の固体撮像素子の一部を示す回路図である。
【００２７】
図２において、Ｇ11〜Ｇｍｎは行列配置（マトリクス配置）された画素を示している。１１は垂直走査回路であり、行（ライン）１３−１、１３−２、・・・、１３−ｎを順次走査していく。１２は水平走査回路であり、画素から出力信号線１５−１、１５−２、・・・、１５−ｍに導出された光電変換信号を画素ごとに水平方向に順次読み出す。１４は電源ラインである。各画素に対し、上記ライン１３−１、１３−２・・・、１３−ｎや出力信号線１５−１、１５−２・・・、１５−ｍ、電源ライン１４だけでなく、他のライン（例えば、クロックラインやバイアス供給ライン等）も接続されるが、図２ではこれらについて省略する。
【００２８】
出力信号線１５−１、１５−２、・・・、１５−ｍごとにＮチャネルのＭＯＳトランジスタＱ１、Ｑ２が図示の如く１組ずつ設けられている。出力信号線１５−１を例にとって説明すると、ＭＯＳトランジスタＱ１のゲートは直流電圧線１６に接続され、ドレインは出力信号線１５−１に接続され、ソースは直流電圧ＶPS’のライン１７に接続されている。一方、ＭＯＳトランジスタＱ２のドレインは出力信号線１５−１に接続され、ソースは最終的な信号線１８に接続され、ゲートは水平走査回路１２に接続されている。
【００２９】
画素Ｇ11〜Ｇｍｎには、後述するように、それらの画素で発生した光電荷に基づく信号を出力するＮチャネルのＭＯＳトランジスタＴ２が設けられている。ＭＯＳトランジスタＴ２と上記ＭＯＳトランジスタＱ１との接続関係は図３（ａ）のようになる。ここで、ＭＯＳトランジスタＱ１のソースに接続される直流電圧ＶPS’と、ＭＯＳトランジスタＴ２のドレインに接続される直流電圧ＶPD’との関係はＶPD’＞ＶPS’であり、直流電圧ＶPS’は例えばグランド電圧（接地）である。この回路構成は上段のＭＯＳトランジスタＴ２のゲートに信号が入力され、下段のＭＯＳトランジスタＱ１のゲートには直流電圧ＤＣが常時印加される。このため下段のＭＯＳトランジスタＱ１は抵抗又は定電流源と等価であり、図３（ａ）の回路はソースフォロワ型の増幅回路となっている。この場合、ＭＯＳトランジスタＴ２から増幅出力されるのは電流であると考えてよい。
【００３０】
ＭＯＳトランジスタＱ２は水平走査回路１２によって制御され、スイッチ素子として動作する。尚、後述するように図４の画素内にはスイッチ用のＮチャネルのＭＯＳトランジスタＴ３も設けられている。このＭＯＳトランジスタＴ３も含めて表わすと、図３（ａ）の回路は正確には図３（ｂ）のようになる。即ち、ＭＯＳトランジスタＴ３がＭＯＳトランジスタＱ１とＭＯＳトランジスタＴ２との間に挿入されている。ここで、ＭＯＳトランジスタＴ３は行の選択を行うものであり、トランジスタＱ２は列の選択を行うものである。
【００３１】
１−ａ画素の第１例
このような構成の固体撮像素子における画素Ｇ11〜Ｇmnの構成の一例について、図４を参照して以下に説明する。図４において、ｐｎフォトダイオードＰＤが感光部（光電変換器）を形成している。そのフォトダイオードＰＤのアノードはＭＯＳトランジスタＴ１のドレイン及びゲート、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲートに接続されている。ＭＯＳトランジスタＴ２のソースは行選択用のＭＯＳトランジスタＴ３のドレインに接続されている。ＭＯＳトランジスタＴ３のソースは出力信号線１５（この出力信号線１５は図３の１５−１、１５−２、・・・、１５−ｍに対応する）へ接続されている。尚、ＭＯＳトランジスタＴ１〜Ｔ３は、それぞれ、ＮチャネルのＭＯＳトランジスタでバックゲートが接地されている。
【００３２】
又、フォトダイオードＰＤのカソード及びＭＯＳトランジスタＴ２のドレインには直流電圧ＶPDが印加されるようになっている。一方、ＭＯＳトランジスタＴ１のソースには直流電圧ＶPSが印加され、ＭＯＳトランジスタＴ１がサブスレッショルド領域で動作するようにバイアスされている。又、ＭＯＳトランジスタＴ３のゲートには信号φＶが入力される。
【００３３】
このような構成の画素において、フォトダイオードＰＤに光が入射されると、光電流が発生し、ＭＯＳトランジスタのサブスレッショルド特性により、ＭＯＳトランジスタＴ１，Ｔ２のゲートに光電流を自然対数的に変換した値の電圧が発生する。そして、ＭＯＳトランジスタＴ３にパルス信号φＶを与えることによって、ＭＯＳトランジスタＴ２は、そのゲート電圧に応じてソース電流を、ＭＯＳトランジスタＴ３を介して信号線１５に出力電流として出力する。
【００３４】
このとき、ＭＯＳトランジスタＴ２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、信号線１５には出力信号が電圧信号として現れる。その後、信号φＶをローレベルにしてＭＯＳトランジスタＴ３をＯＦＦにする。このように、ＭＯＳトランジスタＴ２，Ｔ３を介して出力される出力信号は、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧に比例した値となるため、フォトダイオードＰＤへの入射光量が自然対数的に変換された信号となる。
【００３５】
１−ｂ画素の第２例
図２のような構成の固体撮像素子における画素Ｇ11〜Ｇmnの構成の別例について、図５を参照して以下に説明する。図５は、本実施形態に使用する固体撮像素子に設けられた画素の構成を示す回路図である。
【００３６】
図５に示すように、本例では、画素の出力側を構成するＭＯＳトランジスタＴ２，Ｔ３が、図４の画素と同様の構成をしている。このような図４の画素において、フォトダイオードＰＤのアノードに直流電圧ＶPSが印加される。そして、ＭＯＳトランジスタＴ４のドレインに直流電圧ＶPDが印加されるとともに、そのソースがＭＯＳトランジスタＴ２のゲート及びフォトダイオードＰＤのカソードに接続される。又、ＭＯＳトランジスタＴ４のゲートには直流電圧ＶPGが印加される。
【００３７】
このような構成の画素において、フォトダイオードＰＤに光が入射すると光電流が発生し、ＭＯＳトランジスタのサブスレッショルド特性により、光電流を自然対数的に変換した値の電圧がＭＯＳトランジスタＴ１のソース及びＭＯＳトランジスタＴ２のゲートに発生する。尚、このとき、フォトダイオードＰＤで発生した負の光電荷がＭＯＳトランジスタＴ１のソースに流れ込むため、強い光が入射されるほどＭＯＳトランジスタＴ１のソース電圧が低くなる。
【００３８】
このようにして光電流に対して自然対数的に変化した電圧がＭＯＳトランジスタＴ２のゲートに現れると、パルス信号φＶが与えられてＭＯＳトランジスタＴ３をＯＮとして、前記光電流を自然対数的に変換した値となる電流が、ＭＯＳトランジスタＴ２，Ｔ３を介して出力信号線１５に導出される。このようにして入射光量の対数値に比例した信号（出力電流）を読み出すと、ＭＯＳトランジスタＴ３をＯＦＦにする。
【００３９】
尚、固体撮像素子の構成は図２に限定されるものでなく、画素からの出力を一旦サンプルホールドするホールド回路を有するものでも構わない。又、画素の構成についても、図４及び図５の回路構成に限定されるものでなく、対数変換動作が行える画素であればよい。例えば、積分回路や増幅回路を備えたような回路構成の画素でも構わないし、その設けられたＭＯＳトランジスタの閾値特性が原因となる各画素の感度バラツキを検出することができるような回路構成としても構わない。
【００４０】
２．出力ダイナミックレンジの調節動作
以下に、簡単に、調節動作の動作原理について、図面を参照して説明する。図６は、動作原理を説明するための、被写体の輝度とデジタル信号に変換されたときの映像信号の信号レベルとの関係を示すグラフである。尚、図６のグラフは、輝度を対数値とした片対数グラフである。
【００４１】
今、Ａ／Ｄ変換器９によって、固体撮像素子１から出力される映像信号が、０〜Ｄの信号レベルとなるデジタル信号に変換される。このとき、図６（ａ）のように、信号レベル０の映像信号に相当する最低輝度Ｂｍより低い輝度値の映像信号が全て信号レベル０のデジタル信号に変換されるとともに、信号レベルＤの映像信号に相当する最高輝度ＢＭより高い輝度値の映像信号が全て信号レベルＤのデジタル信号に変換される。又、Ａ／Ｄ変換器２では、固体撮像素子１から出力される映像信号が、図６（ｂ）のように、０〜ＤＭの信号レベルとなるデジタル信号に変換される。このとき、Ａ／Ｄ変換器９では、Ａ／Ｄ変換器２に比べて、そのダイナミックレンジが十分広くなるように、設定されている。
【００４２】
このように、Ａ／Ｄ変換器９において、図６（ａ）のグラフの関係に基づいて、固体撮像素子１から出力される映像信号がデジタル信号に変換されるとき、自動調節でメモリ６より読み出されるように設定された測定期間又は手動調節でユーザーに指定された測定期間の間、演算回路３において、Ａ／Ｄ変換器９より与えられるデジタル信号の最小値Ｄａ及び最大値Ｄｂが検出される。この検出されたデジタル信号の最小値Ｄａ及び最大値Ｄｂから、演算回路３において、図６（ａ）のグラフの関係に基づいて、測定期間中の最低測定輝度Ｂａ及び最高測定輝度Ｂｂが算出される。
【００４３】
そして、検出した最低測定輝度Ｂａ及び最高測定輝度Ｂｂとなる被写体の輝度範囲が、Ａ／Ｄ変換器２によって変換されたデジタル信号のダイナミックレンジ０〜ＤＭにおいて、メモリ６によって各種調節モードで設定された範囲に収まるように、設定される。例えば、デジタル信号のダイナミックレンジにおいて、被写体の輝度範囲が図６（ｂ）のような範囲に収まるように設定されるとき、検出した最低測定輝度Ｂａ及び最高測定輝度Ｂｂがそれぞれ、信号レベルＤｍ１，ＤＭ１に対応するように、信号レベル０の映像信号に相当する最低輝度Ｂｍ１及び信号レベルＤＭの映像信号に相当する最低輝度ＢＭ１が設定される。
【００４４】
即ち、最低輝度Ｂｍ１が（１）式のようにして求められるとともに、最高輝度ＢＭ１が（２）式のようにして求められる。
Bm1=(Dm1×Bb-Ba×DM1)/(Dm1-DM1) …（１）
BM1=[DM×(Ba-Bb)+(Dm1×Bb-Ba×DM1)]/(Dm1-DM1) …（２）
【００４５】
このようにして求められた最低輝度Ｂｍ１及び最高輝度ＢＭ１に相当する値がそれぞれ、Ｄ／Ａ変換器４，５に与えられる。そして、Ｄ／Ａ変換器４，５それぞれでアナログ変換され、Ａ／Ｄ変換器２でデジタル信号に変換するための最低輝度及び最高輝度それぞれを示す基準電圧Ｖｍ１，ＶＭ１が設定される。この基準電圧Ｖｍ１，ＶＭ１が与えられたＡ／Ｄ変換器２では、固体撮像素子１から出力される映像信号の電圧値が基準電圧Ｖｍ１以下となるとき、信号レベル０のデジタル信号に、又は、固体撮像素子１から出力される映像信号の電圧値が基準電圧ＶＭ１以下となるとき、信号レベルＤＭのデジタル信号に、それぞれ変換されるように、固体撮像素子１から出力される映像信号をデジタル変換する。
【００４６】
このように、Ａ／Ｄ変換器９からの測定用映像信号を用いて検出した被写体の輝度範囲が、Ａ／Ｄ変換器２で変換されたデジタル信号のダイナミックレンジより狭い範囲となるようにすることで、検出した輝度範囲より広い範囲での輝度変化にも対応することができる。即ち、図７（ａ）のように、Ａ／Ｄ変換器９からの測定用映像信号を用いて検出した被写体の輝度範囲が、Ａ／Ｄ変換器２で変換されたデジタル信号のダイナミックレンジの低輝度側に位置するとき、撮像時に輝度範囲より高い輝度の部分を撮像したとしても、高輝度側における変換可能な信号レベルに余裕があるので、デジタル信号に変換することができる。又、図７（ｂ）のように、Ａ／Ｄ変換器９からの測定用映像信号を用いて検出した被写体の輝度範囲が、Ａ／Ｄ変換器２で変換されたデジタル信号のダイナミックレンジの高輝度側に位置するとき、撮像時に輝度範囲より低い輝度の部分を撮像したとしても、低輝度側における変換可能な信号レベルに余裕があるので、デジタル信号に変換することができる。
【００４７】
又、検出した最低測定輝度Ｂａ及び最高測定輝度Ｂｂのそれぞれを対応させる信号レベルＤｍ１，ＤＭ１の間隔の広さを切り換えることによって、再生される映像のコントラストを変化させることができる。即ち、図８（ａ）のように、信号レベルＤｍ１，ＤＭ１の間隔を広くした場合は、コントラストが高くなるが、前述した輝度変化に対する余裕が小さくなる。又、図８（ｂ）のように、信号レベルＤｍ１，ＤＭ１の間隔を狭くした場合は、コントラストが低くなるが、前述した輝度変化に対する余裕が大きくなる。
【００４８】
尚、このように調節動作を行うとき、最低測定輝度Ｂａ及び最高測定輝度Ｂｂの値の設定については、以下の（１）〜（４）の条件のうち、１つ以上の条件が組み合わされた条件を満たす値に設定されるようにすることで、安定させることができる。
（１）最低測定輝度Ｂａや最高測定輝度Ｂｂの変化量が所定値以上となるときに検出された最低測定輝度Ｂａや最高測定輝度Ｂｂの値を反映。
（２）最低測定輝度Ｂａや最高測定輝度Ｂｂの変化量が所定時間以上継続して所定値以上となるときに検出された最低測定輝度Ｂａや最高測定輝度Ｂｂの値を反映。
（３）最低測定輝度Ｂａや最高測定輝度Ｂｂの実際の変化量に対して一定の割合分（例えば１／２）のみを反映。
（４）検出した最低測定輝度Ｂａや最高測定輝度Ｂｂと過去の複数回に設定された最低測定輝度Ｂａや最高測定輝度Ｂｂとの平均値を反映。
【００４９】
＜第１の実施形態＞
本発明の第１の実施形態について、図面を参照して、説明する。図９は、入力部の操作釦の配置を示す図である。
【００５０】
図９に示すように、本実施形態の固体撮像装置において、入力部７ａ（図１の入力部７に相当する）には、手動調節モードに設定するための手動設定釦７１と、各種自動調節モードに設定するための自動設定釦７２ａ〜７２ｃと、手動調節モード時にゲイン調整を行うためのゲイン調整釦７３と、手動調節モード時にオフセット調整を行うためのオフセット調整釦７４と、自動調節モード時にコントラスト調整を行うためのコントラスト調整釦７５とが設けられる。そして、メモリ６には、各自動調節モードにおける信号レベルＤｍ１，ＤＭ１の値と最低測定輝度Ｂａ及び最高測定輝度Ｂｂの測定期間と決定条件とが格納されるとともに、手動調節モードにおける信号レベルＤｍ１，ＤＭ１と決定条件とが格納される。
【００５１】
図９のような入力部７ａを備える固体撮像装置の動作について、以下に説明する。尚、説明を簡単にするために、Ａ／Ｄ変換器２において、１２ビットのデジタル信号に変換されるものとする。
【００５２】
１．自動調節モード
自動設定釦７２ａを操作することによって、一般用途向けの自動調節モードに、自動設定釦７２ｂを操作することによって、溶接部分観察向けの自動調節モードに、自動設定釦７２ｃを操作することによって、監視カメラ向けの自動調節モードに、それぞれ設定される。各自動調節モードにおける動作について、以下に説明する。
【００５３】
１−ａ一般用途向け
Ａ／Ｄ変換器２において信号レベル０〜４０９５（上述のＤＭに相当）のデジタル信号に変換されるとき、図１０のように、上述した検出動作により検出された最低測定輝度Ｂａに対応させる信号レベルＤｍ１を８００、最高測定輝度Ｂｂに対応させる信号レベルＤＭ１を３２００とされる。即ち、高輝度側と低輝度側に、同程度の余裕を持たせる。
【００５４】
図１０のように、検出された輝度範囲が対応付けされるとき、演算回路３でＡ／Ｄ変換器９から与えられる測定用映像信号に基づいて検出される最低測定輝度Ｂａ及び最高測定輝度Ｂｂはそれぞれ、５フレーム毎に、各フレームで検出される最低輝度と最高輝度の平均値とする。即ち、１秒に３０フレームが撮像されるので、０．２秒間、各フレーム毎に、撮像した被写体の最低輝度及び最高輝度の検出が行われる。そして、各フレーム毎に検出された５つの最低輝度及び最高輝度をそれぞれ平均することによって、最低測定輝度Ｂａ及び最高測定輝度Ｂｂを得る。
【００５５】
そして、このようにして得た最低測定輝度Ｂａ及び最高測定輝度Ｂｂより、図１０の関係を用いて、信号レベル０の映像信号に相当する最低輝度Ｂｍ１及び信号レベル４０９５の映像信号に相当する最低輝度ＢＭ１が設定される。この設定された最低輝度Ｂｍ１及び最高輝度ＢＭ１に相当する値がそれぞれ、Ｄ／Ａ変換器４，５に与えられると、Ｄ／Ａ変換器４，５でアナログ変換され、Ａ／Ｄ変換器２に基準電圧Ｖｍ１，ＶＭ１が与えられる。
【００５６】
１−ｂ溶接部分観察向け
Ａ／Ｄ変換器２において信号レベル０〜４０９５のデジタル信号に変換されるとき、図１１のように、上述した検出動作により検出された最低測定輝度Ｂａに対応させる信号レベルＤｍ１を７００、最高測定輝度Ｂｂに対応させる信号レベルＤＭ１を２５００とされる。即ち、高輝度側に、低輝度側と比べて大きめの余裕を持たせる。
【００５７】
図１１のように、検出された輝度範囲が対応付けされるとき、演算回路３でＡ／Ｄ変換器９から与えられる測定用映像信号に基づいて検出される最低測定輝度Ｂａを、一般用途向けのものと同様、５フレーム毎に、各フレームで検出される最低輝度の平均値とする。又、最高測定輝度Ｂｂが、各フレーム毎に演算回路３でＡ／Ｄ変換器９から与えられる測定用映像信号に基づいて検出され、現在のＡ／Ｄ変換器２への基準電圧Ｖｍ１，ＶＭ１を設定する最高測定輝度Ｂｂよりもその値が高くなったことが検出されたとき、検出した値を最高測定輝度Ｂｂとして置き換える。逆に、現在のＡ／Ｄ変換器２への基準電圧Ｖｍ１，ＶＭ１を設定する最高測定輝度Ｂｂよりもその値が低くなったことが検出されたときは、例えば３秒間というように所定時間以上継続してその値が検出されるか確認された後、継続した場合にのみ、検出した値を最高測定輝度Ｂｂとして置き換える。
【００５８】
このようにすることで、溶接開始時に、アーク光が点滅する場合には、アーク光の部分が長時間にわたって飽和状態のままにならないように、そのアーク光における最高輝度が最高測定輝度Ｂｂとして速やかに検出される。又、アーク光が瞬間的に消えたとき、そのときの最高輝度を最高測定輝度Ｂｂとしてすぐには検出しないようにする。これにより、アーク光の点滅で最高輝度自体は激しく変動したときでも、最高測定輝度Ｂｂはあまり変動しないようにして、映像の明るさを安定したものとする。又、溶接が完全に終了してアーク光が消えたときは、数秒間、被写体の最高輝度が低くなったことが検知されるため、この低くなった最高輝度が最高測定輝度Ｂｂとして検出される。
【００５９】
そして、このようにして得た最低測定輝度Ｂａ及び最高測定輝度Ｂｂより、図１１の関係を用いて、信号レベル０の映像信号に相当する最低輝度Ｂｍ１及び信号レベル４０９５の映像信号に相当する最低輝度ＢＭ１が設定される。この設定された最低輝度Ｂｍ１及び最高輝度ＢＭ１に相当する値がそれぞれ、Ｄ／Ａ変換器４，５に与えられると、Ｄ／Ａ変換器４，５でアナログ変換され、Ａ／Ｄ変換器２に基準電圧Ｖｍ１，ＶＭ１が与えられる。
【００６０】
１−ｃ監視カメラ向け
Ａ／Ｄ変換器２において信号レベル０〜４０９５のデジタル信号に変換されるとき、図１２のように、上述した検出動作により検出された最低測定輝度Ｂａに対応させる信号レベルＤｍ１を１０２４、最高測定輝度Ｂｂに対応させる信号レベルＤＭ１を３０７２とされる。即ち、高輝度側と低輝度側に、同程度の余裕を持たせるとともに、一般向けの場合と比べて、その余裕を広めにする。
【００６１】
図１２のように、検出された輝度範囲が対応付けされるとき、演算回路３でＡ／Ｄ変換器９から与えられる測定用映像信号に基づいて検出される最低測定輝度Ｂａ及び最高測定輝度Ｂｂはそれぞれ、３０フレーム分毎に、各フレームで検出される最低輝度と最高輝度の平均値とする。即ち、１秒に３０フレームが撮像されるので、１秒間、各フレーム毎に、撮像した被写体の最低輝度及び最高輝度の検出が行われる。そして、各フレーム毎に検出された３０個の最低輝度及び最高輝度をそれぞれ平均することによって、最低測定輝度Ｂａ及び最高測定輝度Ｂｂを得る。
【００６２】
このように、一般用途向けと比べて、長い時間に検出された最低輝度及び最高輝度の平均値を、最低測定輝度Ｂａ及び最高測定輝度Ｂｂとすることによって、映像調節の変化が緩やかになるようにして、一時的な外乱光などに応答して映像の明るさが急激に変動することを防ぐ。
【００６３】
そして、このようにして得た最低測定輝度Ｂａ及び最高測定輝度Ｂｂより、図１２の関係を用いて、信号レベル０の映像信号に相当する最低輝度Ｂｍ１及び信号レベル４０９５の映像信号に相当する最高輝度ＢＭ１が設定される。この設定された最低輝度Ｂｍ１及び最高輝度ＢＭ１に相当する値がそれぞれ、Ｄ／Ａ変換器４，５に与えられると、Ｄ／Ａ変換器４，５でアナログ変換され、Ａ／Ｄ変換器２に基準電圧Ｖｍ１，ＶＭ１が与えられる。
【００６４】
１−ｄコントラスト調整
このように、１−ａ〜１−ｃで説明した各自動調節モードが設定されたとき、コントラスト調整釦７５を操作することによって、各自動調節モードで設定された信号レベルＤｍ１，ＤＭ１の値を変化させることによって、コントラスト調整を行うことができる。即ち、図８を参照して説明したように、コントラスト調整釦７５を操作して、信号レベルＤｍ１，ＤＭ１の間隔を変化させることで、コントラストの調整を行う。
【００６５】
２．手動調節モード
手動設定釦７１を１秒以上押し続けることによって、手動調節モードに設定され、演算回路３において、Ａ／Ｄ変換器９から与えられる測定用映像信号に基づいて、最低測定輝度Ｂａ及び最高測定輝度Ｂｂの検出が開始される。そして、再び、手動設定釦７１を押すことによって、最低測定輝度Ｂａ及び最高測定輝度Ｂｂの検出が終了し、最低測定輝度Ｂａ及び最高測定輝度Ｂｂが決定される。即ち、図１３のように、手動調節モードが設定されて、最低測定輝度Ｂａ及び最高測定輝度Ｂｂの検出が開始されてから終了されるまでの期間を通じて、最低となるものを最低測定輝度Ｂａとし、最高となるものを最高測定輝度Ｂｂとする。この決定された最低測定輝度Ｂａ及び最高測定輝度Ｂｂが、演算回路３によってメモリ６に格納される。
【００６６】
今、１−ａと同様、Ａ／Ｄ変換器２において信号レベル０〜４０９５のデジタル信号に変換されるとき、図１０のように、上述した検出動作により検出された最低測定輝度Ｂａに対応させる信号レベルＤｍ１を８００、最高測定輝度Ｂｂに対応させる信号レベルＤＭ１を３２００とされるものとする。
【００６７】
よって、上述したように最低測定輝度Ｂａ及び最高測定輝度Ｂｂが決定されると、この最低測定輝度Ｂａ及び最高測定輝度Ｂｂより、図１０の関係を用いて、信号レベル０の映像信号に相当する最低輝度Ｂｍ１及び信号レベル４０９５の映像信号に相当する最高輝度ＢＭ１が設定される。この設定された最低輝度Ｂｍ１及び最高輝度ＢＭ１に相当する値がそれぞれ、Ｄ／Ａ変換器４，５に与えられると、Ｄ／Ａ変換器４，５でアナログ変換され、Ａ／Ｄ変換器２に基準電圧Ｖｍ１，ＶＭ１が与えられる。
【００６８】
更に、このようにして、基準電圧Ｖｍ１，ＶＭ１が設定された後、ゲイン調整釦７３やオフセット調整釦７４が操作されることによって、明るさやコントラストの微調整を行うことができる。
【００６９】
ゲイン調整釦７３が操作されると、図１４のように、輝度の対数値とデジタル信号の信号レベルとの関係を表す直線の傾きが切り換えられる。このとき、所定の基準輝度Ｂ０のデジタル信号の信号レベルが一定とされる。図１４の場合、５つの傾きを選択することが可能である。又、オフセット釦７４が操作されると、図１５のように、輝度の対数値とデジタル信号の信号レベルとの関係を表す直線の傾きを一定とし、所定の基準輝度Ｂ０のデジタル信号の信号レベルが切り換えられる。このとき、オフセット釦７４が操作される直前での信号レベルが基準値とされ、その相対値が設定される。図１５の場合、５つの相対値を選択することが可能である。
【００７０】
＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施形態について、図面を参照して、説明する。図１６は、入力部の操作釦の配置を示す図である。尚、図１６において、図９と同一の部分については、同一の符号を付す。
【００７１】
図１６に示すように、本実施形態の固体撮像装置において、入力部７ｂ（図１の入力部７に相当する）には、手動調節モードに設定するための手動設定釦７１ａ〜７１ｃと、各種自動調節モードに設定するための自動設定釦７２と、ゲイン調整釦７３と、オフセット調整釦７４と、コントラスト調整釦７５とを有する。このような入力部７ｂが操作されたとき、固体撮像装置は、基本的には、第１の実施形態と同様の動作を行う。
【００７２】
即ち、自動設定釦７２が操作されたとき、例えば、第１の実施形態で説明した一般用途向けの自動調節モードが設定され、自動的に、Ａ／Ｄ変換器９及び演算回路３及びＤ／Ａ変換器４，５によって、図１０のような関係を用いて、Ａ／Ｄ変換器２に与える基準電圧Ｖｍ１，ＶＭ１が設定される。このように自動調節モードが行われるとき、コントラスト調整釦７５が操作されることによって、第１の実施形態と同様、信号レベルＤｍ１，ＤＭ１の間隔を変化させることで、コントラストの調整が行われる。
【００７３】
又、手動設定釦７１ａを１秒以上押し続けて手動調節モードに設定した後、再び、手動設定釦７１ａを押すことによって、演算回路３において、Ａ／Ｄ変換器９から与えられる測定用映像信号に基づいて、最低測定輝度Ｂａ及び最高測定輝度Ｂｂの検出が行われると、図１０のような関係となるように、メモリ６より最低測定輝度Ｂａに対応させる信号レベルＤｍ１を８００、最高測定輝度Ｂｂに対応させる信号レベルＤＭ１を３２００が読み出される。そして、検出された最低測定輝度Ｂａ及び最高測定輝度Ｂｂより、図１０の関係を用いて、最低輝度Ｂｍ１及び最高輝度ＢＭ１を設定すると、Ｄ／Ａ変換器４，５により、Ａ／Ｄ変換器２に基準電圧Ｖｍ１，ＶＭ１が与えられる。
【００７４】
又、手動設定釦７１ｂを１秒以上押し続けて手動調節モードに設定した後、再び、手動設定釦７１ｂを押すことによって、演算回路３において、Ａ／Ｄ変換器９から与えられる測定用映像信号に基づいて、最低測定輝度Ｂａ及び最高測定輝度Ｂｂの検出が行われると、図１１のような関係となるように、メモリ６より最低測定輝度Ｂａに対応させる信号レベルＤｍ１を７００、最高測定輝度Ｂｂに対応させる信号レベルＤＭ１を２５００が読み出される。そして、検出された最低測定輝度Ｂａ及び最高測定輝度Ｂｂより、図１１の関係を用いて、最低輝度Ｂｍ１及び最高輝度ＢＭ１を設定すると、Ｄ／Ａ変換器４，５により、Ａ／Ｄ変換器２に基準電圧Ｖｍ１，ＶＭ１が与えられる。
【００７５】
又、手動設定釦７１ｃを１秒以上押し続けて手動調節モードに設定した後、再び、手動設定釦７１ｃを押すことによって、演算回路３において、Ａ／Ｄ変換器９から与えられる測定用映像信号に基づいて、最低測定輝度Ｂａ及び最高測定輝度Ｂｂの検出が行われると、図１２のような関係となるように、メモリ６より最低測定輝度Ｂａに対応させる信号レベルＤｍ１を１０２４、最高測定輝度Ｂｂに対応させる信号レベルＤＭ１を３０７２が読み出される。そして、検出された最低測定輝度Ｂａ及び最高測定輝度Ｂｂより、図１２の関係を用いて、最低輝度Ｂｍ１及び最高輝度ＢＭ１を設定すると、Ｄ／Ａ変換器４，５により、Ａ／Ｄ変換器２に基準電圧Ｖｍ１，ＶＭ１が与えられる。
【００７６】
このように手動調節モードによって、基準電圧Ｖｍ１，ＶＭ１が設定されると、ゲイン調整釦７３及びオフセット釦７４がそれぞれ操作されることによって、第１の実施形態と同様、輝度の対数値とデジタル信号の信号レベルとの関係を表す直線の傾き及び所定の基準輝度Ｂ０のデジタル信号の信号レベルを変化させることで、コントラストや明るさの微調整が行われる。
【００７７】
＜第３の実施形態＞
本発明の第３の実施形態について、図面を参照して、説明する。図１７は、入力部の操作釦の配置を示す図である。尚、図１７において、図９及び図１６と同一の部分については、同一の符号を付す。
【００７８】
図１７に示すように、本実施形態の固体撮像装置において、入力部７ｃ（図１の入力部７に相当する）には、手動調節モードに設定するための手動設定釦７１ａ〜７１ｃと、各種自動調節モードに設定するための自動設定釦７２ａ〜７２ｃと、ゲイン調整釦７３と、オフセット調整釦７４と、コントラスト調整釦７５とを有する。このような入力部７ｃが操作されたとき、固体撮像装置は、基本的には、第１及び第２の実施形態と同様の動作を行う。
【００７９】
更に、ユーザーによって指示されて実行されている各種調節モードを示すための表示用ＬＥＤ（Light Emitting Diode）７６と、ゲイン調整釦７３及びコントラスト調整釦７５がそれぞれ操作されたときのゲイン及びコントラストそれぞれの変化量を示すための表示用ＬＥＤ７７と、オフセット調整釦７４が操作されたときのオフセットの変化量を示すための表示用セグメントＬＥＤ７８とを有する。
【００８０】
このように入力部７ｃが構成されるとき、手動設定釦７１ａ〜７１ｃ又は自動設定釦７２ａ〜７２ｃのいずれかが操作されると、指示された調節モードがいずれであるか示すために、表示用ＬＥＤ７６の一つが点滅する。尚、手動設定釦７１〜７１ｃのいずれかが操作されたときは、第２の実施形態と同様の動作が行われ、又、自動設定釦７２ａ〜７２ｃのいずれかが操作されたときは、第１の実施形態と同様の動作が行われる。
【００８１】
又、ゲイン調整釦７３が操作されることによって、輝度の対数値とデジタル信号の信号レベルとの関係を表す直線の傾きの大きさが、表示用ＬＥＤ７７が表示されることによって示される。又、コントラスト調整釦７５が操作されることによって、信号レベルＤｍ１，ＤＭ１の間隔の広さが、表示用ＬＥＤ７７が表示されることによって示される。更に、オフセット調整釦７４が操作されることによって、変化される所定の基準輝度Ｂ０のデジタル信号の信号レベルの相対値が表示用セグメントＬＥＤ７８に表示される。
【００８２】
尚、上述の実施形態において、演算回路で検出される最低測定輝度Ｂａが、輝度分布の最低輝度から度数を輝度で積分した値が輝度分布全体のｘパーセントとなる輝度とされるとともに、演算回路で検出される最高測定輝度Ｂｂが、輝度分布の最高輝度から度数を輝度で積分した値が実効面積のｘパーセントとなる輝度とされるようにしても構わない。
【００８３】
【発明の効果】
本発明によると、様々な撮像条件となる、様々な撮像対象や目的に応じて、各種パラメータを格納し、このパラメータを読み出すことによって、固体撮像素子の出力ダイナミックレンジを調節することができるので、その撮像条件に最適な出力ダイナミックレンジを容易に調節することができる。よって、各撮像条件に対して、より効果的な映像調節を行うことができる。又、出力ダイナミックレンジの広い固体撮像素子からの出力を、十分、生かすことができ、その撮像条件に応じた見やすい映像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の固体撮像装置の内部構成を示すブロック図。
【図２】固体撮像素子の構成を示すブロック回路図。
【図３】図２の固体撮像素子の一部を示す回路図。
【図４】図２の固体撮像素子内に設けられた画素の構成を示す回路図。
【図５】図２の固体撮像素子内に設けられた画素の構成を示す回路図。
【図６】被写体の輝度と映像信号の信号レベルとの関係を示すグラフ。
【図７】被写体の輝度と映像信号の信号レベルとの関係を示すグラフ。
【図８】被写体の輝度と映像信号の信号レベルとの関係を示すグラフ。
【図９】入力部の操作釦の配置を示す図。
【図１０】被写体の輝度と映像信号の信号レベルとの関係を示すグラフ。
【図１１】被写体の輝度と映像信号の信号レベルとの関係を示すグラフ。
【図１２】被写体の輝度と映像信号の信号レベルとの関係を示すグラフ。
【図１３】被写体の輝度と映像信号の信号レベルとの関係を示すグラフ。
【図１４】被写体の輝度と映像信号の信号レベルとの関係を示すグラフ。
【図１５】被写体の輝度と映像信号の信号レベルとの関係を示すグラフ。
【図１６】入力部の操作釦の配置を示す図。
【図１７】入力部の操作釦の配置を示す図。
【符号の説明】
１固体撮像素子
２Ａ／Ｄ変換器
３演算回路
４，５Ｄ／Ａ変換器
６メモリ
７入力部
８表示部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a solid-state imaging device, and more particularly, to a solid-state imaging device including a solid-state imaging device having a characteristic that an output voltage naturally changes logarithmically with respect to the amount of received light.
[0002]
[Prior art]
Conventionally used solid-state imaging devices are roughly classified into a CCD type and a MOS type by means for reading out photoelectric charges generated by the photoelectric conversion elements. In the CCD type, photocharges are transferred while being accumulated in the potential well, and in the MOS type, charges accumulated in the pn junction capacitance of the photodiode are read out through the MOS transistor. However, such a conventional solid-state imaging device has a drawback in that the dynamic range is narrow because an output proportional to the amount of generated photocharges is output.
[0003]
On the other hand, in order to widen the dynamic range, the applicant of the present invention is a photosensitive means capable of generating a photocurrent according to the amount of incident light, a MOS transistor for inputting a photocurrent, and a subthreshold current can flow through the MOS transistor. A solid-state imaging device that can output an electrical signal that is naturally logarithmically converted with respect to the amount of incident light has been proposed (see Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 3-192964). However, since the logarithmic conversion type solid-state imaging device has a very wide dynamic range, when the output of the solid-state imaging device is reproduced as an image as it is, an image with a considerably low contrast may be obtained depending on the subject.
[0004]
Therefore, for example, the maximum value and the minimum value of one field output from the solid-state imaging device are detected, and the subject is obtained by performing AGC (Auto Gain Control) processing according to the detected maximum value and minimum value. Automatic adjustment is performed so as to obtain an output dynamic range corresponding to the luminance range of the image. In other words, the gain of the output from the solid-state imaging device is set so that the highest luminance of the subject being imaged is the maximum value of the output dynamic range, and the lowest luminance of the subject being imaged is the minimum value of the output dynamic range. adjust.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the AGC process is performed and the output dynamic range is automatically adjusted as described above, the adjustment pattern is limited to one in the conventional solid-state imaging device. Also, if the adjustment pattern is set to reflect the luminance change of the shooting target sensitively, if the luminance distribution range of the shooting target fluctuates violently, the brightness of the image also fluctuates violently as well, It was difficult to see. It is also possible to manually adjust the output dynamic range, but setting multiple parameters to the optimum value under each condition is a cumbersome operation for the user as well as setting and checking operations. It needs to be repeated and takes time to set.
[0006]
In view of such a problem, an object of the present invention is to provide a solid-state imaging device having a plurality of automatic adjustment modes for performing image adjustment in accordance with an object to be photographed and a purpose. Another object of the present invention is to provide a solid-state imaging device which can be easily adjusted when manually adjusting.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the solid-state imaging device according to claim 1 includes a solid-state imaging device having a plurality of pixels that output an electrical signal that is naturally logarithmically converted with respect to an incident light amount, and a predetermined period. An adjustment unit that detects a luminance range of a subject based on an electrical signal output from the solid-state imaging device and adjusts an output dynamic range of the solid-state imaging device based on the detected luminance range, and an output dynamic by the adjustment unit A memory for storing a parameter for adjusting a range for each of a plurality of imaging conditions, and the adjustment unit reads out a parameter corresponding to the selected imaging condition from the memory, so that the solid-state imaging is performed. The output dynamic range of the element is adjusted.
[0008]
In such a solid-state imaging device, when an imaging condition is selected and instructed by the user, a parameter corresponding to the selected imaging condition is read by the adjustment unit. When the adjustment unit detects the luminance range of the subject based on the electrical signal output from the solid-state imaging device, the adjustment unit sets the output dynamic range of the solid-state imaging device based on the parameter read from the memory and the detected luminance range.
[0009]
In such a solid-state imaging device, as described in claim 2, the parameter is set for each of the plurality of imaging conditions, the first signal level of the electrical signal with respect to the lowest luminance of the luminance range, A second signal level of the electric signal with respect to the highest luminance of the luminance range, and the adjusting unit detects the lowest luminance and the highest luminance of the luminance range, and the first and the first according to the selected imaging condition. The output dynamic range of the solid-state image sensor may be adjusted based on the two signal levels.
[0010]
At this time, when the electric signal output from the solid-state imaging device is an A / D converted digital signal, when the lowest luminance and the highest luminance in the luminance range of the subject are detected, the first signal level In response to the second signal level, the reference voltage on the low voltage side and the high voltage side for use in A / D conversion is set, thereby adjusting the output dynamic range of the solid-state imaging device.
[0011]
According to a third aspect of the present invention, the parameter includes a measurement time and a determination condition for measuring the luminance range set for each of the plurality of imaging conditions, and is selected by the adjustment unit. According to the measurement time according to the imaging condition and the determination condition, the lowest luminance and the highest luminance of the luminance range are detected, and the output dynamic range of the solid-state imaging device is adjusted so that automatic setting is performed. It doesn't matter.
[0012]
At this time, as the determination conditions, (1) the change amount of the minimum luminance and the maximum luminance is reflected only when a predetermined value or more, and (2) the change amount of the minimum luminance and the maximum luminance is a predetermined value or more and a predetermined time or more. Reflect when it continues, (3) Reflect only a certain percentage of the actual change in minimum and maximum brightness, (4) Calculate the average value of past values of minimum and maximum brightness In addition, various methods for measuring such as reflecting this average value can be used.
[0013]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided an input unit for inputting a measurement time for measuring the luminance range, and in the adjustment unit, the luminance according to the measurement time input from the input unit. Manual setting may be performed by detecting the lowest luminance and the highest luminance of the range and adjusting the output dynamic range of the solid-state imaging device.
[0014]
The solid-state imaging device according to claim 2, further comprising an input unit for inputting a measurement time for measuring the luminance range, as defined in claim 5, wherein, in the adjustment unit, from the input unit Manual setting may be performed such that the lowest luminance and the highest luminance of the luminance range are detected according to the input measurement time, and the output dynamic range of the solid-state imaging device is adjusted.
[0015]
According to a sixth aspect of the present invention, the parameter includes a determination condition set for each of the plurality of imaging conditions for measuring the luminance range, and is input from the input unit in the adjustment unit. The minimum luminance and the maximum luminance of the luminance range may be detected according to the measured time and the determination condition according to the selected imaging condition, and the output dynamic range of the solid-state imaging device may be adjusted. .
[0016]
At this time, as the determination conditions, (1) the change amount of the minimum luminance and the maximum luminance is reflected only when a predetermined value or more, and (2) the change amount of the minimum luminance and the maximum luminance is a predetermined value or more and a predetermined time or more. Reflect when it continues, (3) Reflect only a certain percentage of the actual change in minimum and maximum brightness, (4) Calculate the average value of past values of minimum and maximum brightness In addition, various methods for measuring such as reflecting the average value can be used.
[0017]
In addition, as described in claim 7, the parameter includes a measurement time and a determination condition for measuring the luminance range set for each of the one or more imaging conditions. Automatic setting is performed such that the lowest luminance and the highest luminance of the luminance range are detected according to the measurement time and the determination condition according to the selected imaging condition, and the output dynamic range of the solid-state imaging device is adjusted. It doesn't matter if you do.
[0018]
The solid-state imaging device according to claim 8 is a signal level input that can be input to adjust the values of the first and second signal levels in the solid-state imaging device according to any one of claims 2 to 7. It has the part.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below.
[0020]
<Configuration of solid-state imaging device>
First, the configuration of the solid-state imaging device common to each embodiment will be described. FIG. 1 is a block diagram showing an internal configuration of the solid-state imaging device of the present embodiment.
[0021]
The solid-state imaging device shown in FIG. 1 includes a solid-state imaging device 1 that outputs an electrical signal that is logarithmically converted with respect to the amount of incident light, and an A / D converter 2 that converts an output from the solid-state imaging device 1 into a digital signal. , 9 and the arithmetic circuit for setting the reference value of the A / D converter 2 based on the adjustment mode instructed by the operation of the input unit 7 given the digital signal converted by the A / D converter 9 3, D / A converters 4 and 5 for generating a voltage based on the reference value set by the arithmetic circuit 3, a memory 6 for storing parameters in various adjustment modes, and an input unit operated by the user 7 and a display unit 8 that reproduces an image by a digital signal output through the arithmetic circuit 3. A signal supplied from the solid-state imaging device 1 and sent to the display device 8 through the A / D converter 2 and the arithmetic circuit 3 is called a reproduction video signal. A signal supplied from the solid-state imaging device 1 and sent to the arithmetic circuit 3 through the A / D converter 9 is called a measurement video signal.
[0022]
In such a solid-state imaging device, when a logarithmically converted video signal is output from the solid-state imaging device 1 that images a subject, the A / D converter 2 sets the low luminance side set by the D / A converter 4. Are compared with the reference voltage on the high luminance side set by the D / A converter 5 and converted into a digital signal. The reproduction video signal converted into the digital signal is supplied to the arithmetic circuit 3 and then output to the display device 8, and the video is reproduced on the display device 8.
[0023]
Further, by operating the input unit 7, an automatic adjustment mode or a manual adjustment mode for adjusting the contrast and brightness desired by the user is set from a plurality of adjustment modes. At this time, in the case of automatic adjustment, various parameters used in the adjustment mode set from the memory 6 are read out to the arithmetic circuit 3. Then, the minimum luminance and the maximum luminance are detected from the measurement video signal converted into a digital signal by the A / D converter 9 for each predetermined period preset for each setting mode. Based on the video signal for measurement having the lowest luminance and the highest luminance and various parameters read from the memory 6, digital values of the reference voltage on the low luminance side and the high luminance side are set, and the D / A converter 4 , 5.
[0024]
In the case of manual adjustment, various parameters used in the adjustment mode set from the memory 6 are read out to the arithmetic circuit 3. Then, the user operates the input unit 7 to specify the measurement period of the minimum luminance and the maximum luminance. The minimum luminance and the maximum luminance in the designated period are detected by the arithmetic circuit 3 from the measurement video signal converted into a digital signal by the A / D converter 9. Then, based on the measurement video signal having the lowest luminance and the highest luminance and various parameters read from the memory 6, digital values of the reference voltage on the low luminance side and the high luminance side are set, and D / A conversion is performed. Send to devices 4 and 5.
[0025]
Thus, in each adjustment mode, when the digital values of the reference voltage on the low luminance side and the high luminance side are set by the arithmetic circuit 3, the D / A converters 4 and 5 perform analog conversion, respectively. The low luminance side and high luminance side reference voltages are sent to the A / D converter 2. Therefore, the A / D converter 2 reproduces the video signal for reproduction output from the solid-state imaging device 1 based on the low luminance side and high luminance side reference voltages newly set by the D / A converters 4 and 5. Is digitally converted. In this way, the dynamic range of the output from the solid-state imaging device 1 in the A / D converter 2 is adjusted, and the contrast and brightness are adjusted.
[0026]
1. Configuration example of solid-state image sensor
A configuration example of a solid-state imaging element in such a solid-state imaging device is shown below. FIG. 2 is a circuit block diagram showing the configuration of the solid-state imaging device. FIG. 3 is a circuit diagram showing a part of the solid-state imaging device of FIG.
[0027]
In FIG. 2, G11 to Gmn indicate pixels arranged in a matrix (matrix arrangement). Reference numeral 11 denotes a vertical scanning circuit, which sequentially scans rows (lines) 13-1, 13-2, ..., 13-n. A horizontal scanning circuit 12 sequentially reads out photoelectric conversion signals derived from the pixels to the output signal lines 15-1, 15-2, ..., 15-m in the horizontal direction for each pixel. Reference numeral 14 denotes a power supply line. For each pixel, the lines 13-1, 13-2,..., 13-n, the output signal lines 15-1, 15-2,. (For example, a clock line and a bias supply line) are also connected, but these are omitted in FIG.
[0028]
One set of N-channel MOS transistors Q1 and Q2 is provided for each of the output signal lines 15-1, 15-2,..., 15-m. Taking the output signal line 15-1 as an example, the gate of the MOS transistor Q1 is connected to the DC voltage line 16, the drain is connected to the output signal line 15-1, and the source is connected to the line 17 of the DC voltage VPS ′. ing. On the other hand, the drain of the MOS transistor Q2 is connected to the output signal line 15-1, the source is connected to the final signal line 18, and the gate is connected to the horizontal scanning circuit 12.
[0029]
As will be described later, the pixels G11 to Gmn are provided with an N-channel MOS transistor T2 that outputs a signal based on the photocharge generated in these pixels. The connection relationship between the MOS transistor T2 and the MOS transistor Q1 is as shown in FIG. Here, the relationship between the DC voltage VPS ′ connected to the source of the MOS transistor Q1 and the DC voltage VPD ′ connected to the drain of the MOS transistor T2 is VPD ′> VPS ′, and the DC voltage VPS ′ is, for example, the ground Voltage (ground). In this circuit configuration, a signal is input to the gate of the upper MOS transistor T2, and a DC voltage DC is constantly applied to the gate of the lower MOS transistor Q1. Therefore, the lower MOS transistor Q1 is equivalent to a resistor or a constant current source, and the circuit of FIG. 3A is a source follower type amplifier circuit. In this case, it may be considered that a current is amplified and output from the MOS transistor T2.
[0030]
The MOS transistor Q2 is controlled by the horizontal scanning circuit 12 and operates as a switch element. As will be described later, an N-channel MOS transistor T3 for switching is also provided in the pixel of FIG. Including this MOS transistor T3, the circuit of FIG. 3A is exactly as shown in FIG. 3B. That is, the MOS transistor T3 is inserted between the MOS transistor Q1 and the MOS transistor T2. Here, the MOS transistor T3 selects a row, and the transistor Q2 selects a column.
[0031]
1-a first example of pixel
An example of the configuration of the pixels G11 to Gmn in the solid-state imaging device having such a configuration will be described below with reference to FIG. In FIG. 4, a pn photodiode PD forms a photosensitive portion (photoelectric converter). The anode of the photodiode PD is connected to the drain and gate of the MOS transistor T1 and the gate of the MOS transistor T2. The source of the MOS transistor T2 is connected to the drain of the row selection MOS transistor T3. The source of the MOS transistor T3 is connected to the output signal line 15 (the output signal line 15 corresponds to 15-1, 15-2,..., 15-m in FIG. 3). Each of the MOS transistors T1 to T3 is an N-channel MOS transistor and the back gate is grounded.
[0032]
A DC voltage VPD is applied to the cathode of the photodiode PD and the drain of the MOS transistor T2. On the other hand, a DC voltage VPS is applied to the source of the MOS transistor T1, and the MOS transistor T1 is biased to operate in the subthreshold region. The signal φV is input to the gate of the MOS transistor T3.
[0033]
In the pixel having such a configuration, when light is incident on the photodiode PD, a photocurrent is generated, and the photocurrent is converted into a natural logarithm to the gates of the MOS transistors T1 and T2 due to the subthreshold characteristics of the MOS transistors. Value voltage is generated. Then, by applying a pulse signal φV to the MOS transistor T3, the MOS transistor T2 outputs a source current as an output current to the signal line 15 via the MOS transistor T3 according to the gate voltage.
[0034]
At this time, since the MOS transistor T2 operates as a source follower type MOS transistor, the output signal appears on the signal line 15 as a voltage signal. Thereafter, the signal φV is set to the low level to turn off the MOS transistor T3. As described above, the output signal output via the MOS transistors T2 and T3 has a value proportional to the gate voltage of the MOS transistor T2, so that the amount of light incident on the photodiode PD is naturally logarithmically converted. Become.
[0035]
Second example of 1-b pixel
Another example of the configuration of the pixels G11 to Gmn in the solid-state imaging device configured as shown in FIG. 2 will be described below with reference to FIG. FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration of a pixel provided in the solid-state imaging device used in the present embodiment.
[0036]
As shown in FIG. 5, in this example, the MOS transistors T2 and T3 constituting the output side of the pixel have the same configuration as the pixel of FIG. In such a pixel of FIG. 4, a DC voltage VPS is applied to the anode of the photodiode PD. A DC voltage VPD is applied to the drain of the MOS transistor T4, and its source is connected to the gate of the MOS transistor T2 and the cathode of the photodiode PD. A DC voltage VPG is applied to the gate of the MOS transistor T4.
[0037]
In the pixel having such a configuration, when light is incident on the photodiode PD, a photocurrent is generated. Due to the subthreshold characteristics of the MOS transistor, a voltage having a value obtained by natural logarithm conversion of the photocurrent is the source of the MOS transistor T1 and the MOS transistor. It occurs at the gate of transistor T2. At this time, since the negative photocharge generated in the photodiode PD flows into the source of the MOS transistor T1, the source voltage of the MOS transistor T1 becomes lower as more intense light is incident.
[0038]
When a voltage that has changed logarithmically with respect to the photocurrent in this way appears at the gate of the MOS transistor T2, the pulse signal φV is applied to turn on the MOS transistor T3, thereby converting the photocurrent to a natural logarithm. A current having a value is led to the output signal line 15 via the MOS transistors T2 and T3. When a signal (output current) proportional to the logarithmic value of the incident light quantity is read in this way, the MOS transistor T3 is turned off.
[0039]
Note that the configuration of the solid-state imaging device is not limited to that shown in FIG. 2, and may include a hold circuit that once samples and holds the output from the pixel. Further, the configuration of the pixel is not limited to the circuit configurations of FIGS. 4 and 5, and any pixel that can perform a logarithmic conversion operation may be used. For example, a pixel having a circuit configuration including an integration circuit or an amplifier circuit may be used, or a circuit configuration capable of detecting the sensitivity variation of each pixel caused by the threshold characteristic of the provided MOS transistor. I do not care.
[0040]
2. Output dynamic range adjustment operation
Hereinafter, the operating principle of the adjusting operation will be briefly described with reference to the drawings. FIG. 6 is a graph showing the relationship between the luminance of the subject and the signal level of the video signal when converted into a digital signal for explaining the operating principle. The graph of FIG. 6 is a semi-logarithmic graph with luminance as a logarithmic value.
[0041]
Now, the A / D converter 9 converts the video signal output from the solid-state imaging device 1 into a digital signal having a signal level of 0 to D. At this time, as shown in FIG. 6A, all the video signals having a luminance value lower than the minimum luminance Bm corresponding to the video signal having the signal level 0 are converted into the digital signals having the signal level 0 and the video having the signal level D is obtained. All video signals having luminance values higher than the maximum luminance BM corresponding to the signals are converted into digital signals having a signal level D. In the A / D converter 2, the video signal output from the solid-state image sensor 1 is converted into a digital signal having a signal level of 0 to DM as shown in FIG. At this time, the A / D converter 9 is set to have a sufficiently wide dynamic range as compared with the A / D converter 2.
[0042]
Thus, in the A / D converter 9, when the video signal output from the solid-state imaging device 1 is converted into a digital signal based on the relationship of the graph of FIG. During the measurement period set to be read or the measurement period designated by the user by manual adjustment, the arithmetic circuit 3 detects the minimum value Da and the maximum value Db of the digital signal supplied from the A / D converter 9. The From the detected minimum value Da and maximum value Db of the digital signal, the arithmetic circuit 3 calculates the minimum measurement luminance Ba and the maximum measurement luminance Bb during the measurement period based on the relationship of the graph of FIG. The
[0043]
Then, the luminance range of the subject that becomes the detected minimum measurement luminance Ba and the maximum measurement luminance Bb is set in various adjustment modes by the memory 6 in the dynamic range 0 to DM of the digital signal converted by the A / D converter 2. It is set to be within the range. For example, when the luminance range of the subject is set to fall within the range shown in FIG. 6B in the dynamic range of the digital signal, the detected minimum measured luminance Ba and the maximum measured luminance Bb are the signal levels Dm1, In order to correspond to DM1, the minimum luminance Bm1 corresponding to the video signal of signal level 0 and the minimum luminance BM1 corresponding to the video signal of signal level DM are set.
[0044]
That is, the lowest luminance Bm1 is obtained as shown in equation (1), and the highest luminance BM1 is obtained as shown in equation (2).
Bm1 = (Dm1 × Bb-Ba × DM1) / (Dm1-DM1) (1)
BM1 = [DM × (Ba-Bb) + (Dm1 × Bb-Ba × DM1)] / (Dm1-DM1) (2)
[0045]
The values corresponding to the lowest luminance Bm1 and the highest luminance BM1 obtained in this way are given to the D / A converters 4 and 5, respectively. Reference voltages Vm1 and VM1 indicating the minimum luminance and the maximum luminance for conversion into digital signals by the A / D converter 2 are set by the D / A converters 4 and 5, respectively. In the A / D converter 2 to which the reference voltages Vm1 and VM1 are applied, when the voltage value of the video signal output from the solid-state imaging device 1 is equal to or lower than the reference voltage Vm1, the digital signal of signal level 0 or When the voltage value of the video signal output from the solid-state image sensor 1 is equal to or lower than the reference voltage VM1, the video signal output from the solid-state image sensor 1 is converted into a digital signal so as to be converted into a digital signal having a signal level DM. To do.
[0046]
In this way, the luminance range of the subject detected using the measurement video signal from the A / D converter 9 is made narrower than the dynamic range of the digital signal converted by the A / D converter 2. Thus, it is possible to cope with a luminance change in a wider range than the detected luminance range. That is, as shown in FIG. 7A, the luminance range of the subject detected using the measurement video signal from the A / D converter 9 is the dynamic range of the digital signal converted by the A / D converter 2. Even when a portion having a higher luminance than the luminance range is imaged at the time of imaging when located on the low luminance side, the signal level that can be converted on the high luminance side has a margin, and can be converted into a digital signal. Further, as shown in FIG. 7B, the luminance range of the subject detected using the measurement video signal from the A / D converter 9 is the dynamic range of the digital signal converted by the A / D converter 2. Even when a portion having a lower luminance than the luminance range is imaged at the time of imaging when located on the high luminance side, the signal level that can be converted on the low luminance side has a margin, so that it can be converted into a digital signal.
[0047]
Further, the contrast of the reproduced video can be changed by switching the width of the interval between the signal levels Dm1 and DM1 corresponding to the detected minimum measured luminance Ba and the maximum measured luminance Bb. That is, as shown in FIG. 8A, when the interval between the signal levels Dm1 and DM1 is widened, the contrast is increased, but the margin for the luminance change is reduced. Further, as shown in FIG. 8B, when the interval between the signal levels Dm1 and DM1 is narrowed, the contrast is lowered, but the margin for the above-described luminance change is increased.
[0048]
When performing the adjustment operation in this way, one or more conditions among the following conditions (1) to (4) are combined for setting the values of the minimum measurement brightness Ba and the maximum measurement brightness Bb. By setting the value to satisfy the condition, it can be stabilized.
(1) Reflects the values of the minimum measurement brightness Ba and the maximum measurement brightness Bb detected when the amount of change in the minimum measurement brightness Ba and the maximum measurement brightness Bb exceeds a predetermined value.
(2) Reflects the values of the minimum measurement brightness Ba and the maximum measurement brightness Bb detected when the amount of change in the minimum measurement brightness Ba and the maximum measurement brightness Bb continues for a predetermined time or more and becomes a predetermined value or more.
(3) Only a certain ratio (for example, 1/2) is reflected with respect to the actual change amount of the minimum measurement luminance Ba and the maximum measurement luminance Bb.
(4) The average value of the detected minimum measured brightness Ba and maximum measured brightness Bb and the minimum measured brightness Ba and the maximum measured brightness Bb set in the past multiple times is reflected.
[0049]
<First Embodiment>
A first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 9 is a diagram illustrating an arrangement of operation buttons of the input unit.
[0050]
As shown in FIG. 9, in the solid-state imaging device of the present embodiment, the input unit 7a (corresponding to the input unit 7 of FIG. 1) has a manual setting button 71 for setting the manual adjustment mode, and various automatic adjustments. Automatic setting buttons 72a to 72c for setting the mode, a gain adjustment button 73 for performing gain adjustment in the manual adjustment mode, an offset adjustment button 74 for performing offset adjustment in the manual adjustment mode, and in the automatic adjustment mode A contrast adjustment button 75 for performing contrast adjustment is provided. The memory 6 stores the values of the signal levels Dm1 and DM1 in each automatic adjustment mode, the measurement period and determination conditions of the minimum measurement luminance Ba and the maximum measurement luminance Bb, and the signal levels Dm1, DM1 in the manual adjustment mode. DM1 and determination conditions are stored.
[0051]
The operation of the solid-state imaging device including the input unit 7a as shown in FIG. 9 will be described below. In order to simplify the description, it is assumed that the A / D converter 2 converts the signal into a 12-bit digital signal.
[0052]
1. Automatic adjustment mode
By operating the automatic setting button 72a, by operating the automatic setting button 72b, by operating the automatic setting button 72b, by operating the automatic setting button 72b, by operating the automatic setting button 72b. It is set to the automatic adjustment mode for the camera. The operation in each automatic adjustment mode will be described below.
[0053]
1-a For general use
When the A / D converter 2 converts the signal to a digital signal having a signal level of 0 to 4095 (corresponding to the DM described above), as shown in FIG. 10, the signal corresponding to the minimum measured luminance Ba detected by the detection operation described above. A level Dm1 is set to 800, and a signal level DM1 corresponding to the maximum measured luminance Bb is set to 3200. That is, the same margin is provided on the high luminance side and the low luminance side.
[0054]
As shown in FIG. 10, when the detected luminance ranges are associated, the lowest measured luminance Ba and the highest measured luminance Bb detected based on the measurement video signal supplied from the A / D converter 9 in the arithmetic circuit 3. Is an average value of the lowest luminance and the highest luminance detected in each frame every five frames. That is, since 30 frames are imaged per second, the lowest luminance and the highest luminance of the imaged subject are detected for each frame for 0.2 seconds. Then, the lowest measured brightness Ba and the highest measured brightness Bb are obtained by averaging the five lowest brightnesses and the highest brightness detected for each frame.
[0055]
Then, from the lowest measured luminance Ba and the highest measured luminance Bb obtained in this way, the lowest luminance Bm1 corresponding to the video signal of signal level 0 and the lowest corresponding to the video signal of signal level 4095 are used using the relationship of FIG. The brightness BM1 is set. When values corresponding to the set minimum luminance Bm1 and maximum luminance BM1 are given to the D / A converters 4 and 5, respectively, the D / A converters 4 and 5 perform analog conversion, and the A / D converter 2 Are supplied with reference voltages Vm1 and VM1.
[0056]
1-b For observation of welded parts
When the A / D converter 2 converts the signal level to a digital signal of 0 to 4095, as shown in FIG. 11, the signal level Dm1 corresponding to the lowest measurement luminance Ba detected by the above-described detection operation is 700, the highest measurement. The signal level DM1 corresponding to the luminance Bb is set to 2500. In other words, a larger margin is provided on the high luminance side than on the low luminance side.
[0057]
As shown in FIG. 11, when the detected luminance range is associated, the minimum measured luminance Ba detected by the arithmetic circuit 3 based on the measurement video signal given from the A / D converter 9 is set for general use. Similar to the above, every 5 frames, the average value of the lowest luminance detected in each frame is used. The maximum measured luminance Bb is detected for each frame based on the measurement video signal supplied from the A / D converter 9 by the arithmetic circuit 3 and the reference voltages Vm1, VM1 to the current A / D converter 2 are detected. When it is detected that the value is higher than the highest measured luminance Bb for setting the detected value, the detected value is replaced with the highest measured luminance Bb. On the contrary, when it is detected that the value is lower than the maximum measured luminance Bb for setting the current reference voltages Vm1 and VM1 to the A / D converter 2, for example, 3 seconds or more After confirming whether or not the value is continuously detected, the detected value is replaced with the maximum measured luminance Bb only when the value is continued.
[0058]
In this way, when the arc light blinks at the start of welding, the maximum luminance in the arc light is quickly set as the maximum measured luminance Bb so that the portion of the arc light does not remain saturated for a long time. Detected. Further, when the arc light is momentarily extinguished, the highest luminance at that time is not immediately detected as the highest measured luminance Bb. Thus, even when the maximum luminance itself fluctuates greatly due to the blinking of arc light, the maximum measured luminance Bb does not fluctuate so much that the brightness of the image is stabilized. Further, when the arc light is extinguished after the welding is completed, it is detected that the maximum brightness of the subject has decreased for a few seconds, and thus this reduced maximum brightness is detected as the maximum measured brightness Bb. .
[0059]
Then, based on the minimum measured luminance Ba and the maximum measured luminance Bb obtained in this way, the minimum luminance Bm1 corresponding to the video signal with the signal level 0 and the minimum corresponding to the video signal with the signal level 4095 are obtained using the relationship shown in FIG. The brightness BM1 is set. When values corresponding to the set minimum luminance Bm1 and maximum luminance BM1 are given to the D / A converters 4 and 5, respectively, the D / A converters 4 and 5 perform analog conversion, and the A / D converter 2 Are supplied with reference voltages Vm1 and VM1.
[0060]
1-c For surveillance cameras
When the A / D converter 2 converts the signal level to a digital signal of 0 to 4095, as shown in FIG. 12, the signal level Dm1 corresponding to the lowest measurement luminance Ba detected by the detection operation described above is 1024, the highest measurement. The signal level DM1 corresponding to the luminance Bb is set to 3072. That is, the high luminance side and the low luminance side are provided with the same margin, and the margin is widened as compared with the case of general use.
[0061]
As shown in FIG. 12, when the detected luminance ranges are associated, the lowest measured luminance Ba and the highest measured luminance Bb detected by the arithmetic circuit 3 based on the measurement video signal supplied from the A / D converter 9. Is an average value of the lowest luminance and the highest luminance detected in each frame every 30 frames. That is, since 30 frames are imaged per second, the lowest luminance and the highest luminance of the imaged subject are detected for each frame for one second. Then, the lowest measured brightness Ba and the highest measured brightness Bb are obtained by averaging the 30 lowest brightness and the highest brightness detected for each frame.
[0062]
As described above, the average value of the lowest luminance and the highest luminance detected over a long period of time is set to the lowest measured luminance Ba and the highest measured luminance Bb as compared with those for general use, so that the change in the image adjustment is moderated. Thus, the brightness of the image is prevented from changing rapidly in response to temporary disturbance light or the like.
[0063]
Then, from the lowest measured luminance Ba and the highest measured luminance Bb obtained in this manner, the lowest luminance Bm1 corresponding to the video signal of signal level 0 and the highest corresponding to the video signal of signal level 4095 are used using the relationship of FIG. The brightness BM1 is set. When values corresponding to the set minimum luminance Bm1 and maximum luminance BM1 are given to the D / A converters 4 and 5, respectively, the D / A converters 4 and 5 perform analog conversion, and the A / D converter 2 Are supplied with reference voltages Vm1 and VM1.
[0064]
1-d Contrast adjustment
Thus, when each automatic adjustment mode described in 1-a to 1-c is set, by operating the contrast adjustment button 75, the values of the signal levels Dm1 and DM1 set in each automatic adjustment mode are set. By changing the contrast, the contrast can be adjusted. That is, as described with reference to FIG. 8, the contrast adjustment is performed by operating the contrast adjustment button 75 to change the interval between the signal levels Dm1 and DM1.
[0065]
2. Manual adjustment mode
By pressing the manual setting button 71 for 1 second or longer, the manual adjustment mode is set. In the arithmetic circuit 3, the minimum measurement brightness Ba and the maximum measurement brightness are determined based on the measurement video signal supplied from the A / D converter 9. Detection of Bb is started. Then, by pressing the manual setting button 71 again, the detection of the lowest measured luminance Ba and the highest measured luminance Bb is completed, and the lowest measured luminance Ba and the highest measured luminance Bb are determined. That is, as shown in FIG. 13, the lowest measured luminance Ba is set to the lowest value throughout the period from the start to the end of detection of the lowest measured luminance Ba and the highest measured luminance Bb when the manual adjustment mode is set. The highest measurement brightness Bb is set to the highest. The determined minimum measured luminance Ba and maximum measured luminance Bb are stored in the memory 6 by the arithmetic circuit 3.
[0066]
As in 1-a, when the A / D converter 2 converts the signal to a digital signal having a signal level of 0 to 4095, it corresponds to the lowest measured luminance Ba detected by the above-described detection operation as shown in FIG. It is assumed that the signal level Dm1 is 800, and the signal level DM1 corresponding to the maximum measured luminance Bb is 3200.
[0067]
Therefore, when the minimum measurement luminance Ba and the maximum measurement luminance Bb are determined as described above, the minimum measurement luminance Ba and the maximum measurement luminance Bb are equivalent to a video signal having a signal level of 0 using the relationship shown in FIG. The highest luminance BM1 corresponding to the video signal having the lowest luminance Bm1 and the signal level 4095 is set. When values corresponding to the set minimum luminance Bm1 and maximum luminance BM1 are given to the D / A converters 4 and 5, respectively, the D / A converters 4 and 5 perform analog conversion, and the A / D converter 2 Are supplied with reference voltages Vm1 and VM1.
[0068]
Further, after the reference voltages Vm1 and VM1 are set in this way, the brightness and contrast can be finely adjusted by operating the gain adjustment button 73 and the offset adjustment button 74.
[0069]
When the gain adjustment button 73 is operated, the slope of a straight line representing the relationship between the logarithmic value of luminance and the signal level of the digital signal is switched as shown in FIG. At this time, the signal level of the digital signal having a predetermined reference luminance B0 is constant. In the case of FIG. 14, it is possible to select five inclinations. When the offset button 74 is operated, as shown in FIG. 15, the slope of the straight line representing the relationship between the logarithmic value of the luminance and the signal level of the digital signal is made constant, and the signal level of the digital signal having the predetermined reference luminance B0 is set. Is switched. At this time, the signal level immediately before the offset button 74 is operated is set as a reference value, and its relative value is set. In the case of FIG. 15, it is possible to select five relative values.
[0070]
<Second Embodiment>
A second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 16 is a diagram illustrating an arrangement of operation buttons of the input unit. In FIG. 16, the same parts as those in FIG. 9 are denoted by the same reference numerals.
[0071]
As shown in FIG. 16, in the solid-state imaging device of this embodiment, the input unit 7b (corresponding to the input unit 7 of FIG. 1) includes manual setting buttons 71a to 71c for setting the manual adjustment mode, and various types. An automatic setting button 72 for setting the automatic adjustment mode, a gain adjustment button 73, an offset adjustment button 74, and a contrast adjustment button 75 are provided. When such an input unit 7b is operated, the solid-state imaging device basically performs the same operation as in the first embodiment.
[0072]
That is, when the automatic setting button 72 is operated, for example, the automatic adjustment mode for general use described in the first embodiment is set, and the A / D converter 9, the arithmetic circuit 3, and the D / D are automatically set. Reference voltages Vm1 and VM1 to be applied to the A / D converter 2 are set by the A converters 4 and 5 using the relationship shown in FIG. As described above, when the automatic adjustment mode is performed, the contrast is adjusted by changing the interval between the signal levels Dm1 and DM1 by operating the contrast adjustment button 75, as in the first embodiment.
[0073]
Further, after pressing the manual setting button 71a for one second or more to set the manual adjustment mode, the manual setting button 71a is pressed again, whereby the measurement video signal provided from the A / D converter 9 is obtained in the arithmetic circuit 3. When the lowest measured luminance Ba and the highest measured luminance Bb are detected based on the above, the signal level Dm1 corresponding to the lowest measured luminance Ba is set to 800 from the memory 6 so that the relationship shown in FIG. A signal level DM1 3200 corresponding to Bb is read out. When the minimum luminance Bm1 and the maximum luminance BM1 are set from the detected minimum measured luminance Ba and maximum measured luminance Bb using the relationship shown in FIG. 10, the D / A converters 4 and 5 use the A / D converter. 2, reference voltages Vm1 and VM1 are applied.
[0074]
Further, after the manual setting button 71b is continuously pressed for 1 second or more to set the manual adjustment mode, the manual setting button 71b is pressed again, whereby the measurement video signal given from the A / D converter 9 is obtained in the arithmetic circuit 3. When the lowest measured luminance Ba and the highest measured luminance Bb are detected based on the above, the signal level Dm1 corresponding to the lowest measured luminance Ba is 700 from the memory 6 so that the relationship shown in FIG. A signal level DM1 2500 corresponding to Bb is read out. When the minimum brightness Bm1 and the maximum brightness BM1 are set from the detected minimum measurement brightness Ba and the maximum measurement brightness Bb using the relationship shown in FIG. 11, the D / A converters 4 and 5 use the A / D converter. 2, reference voltages Vm1 and VM1 are applied.
[0075]
Further, after the manual setting button 71c is continuously pressed for 1 second or more to set the manual adjustment mode, the manual setting button 71c is pressed again, whereby the measurement video signal supplied from the A / D converter 9 is obtained in the arithmetic circuit 3. When the lowest measured luminance Ba and the highest measured luminance Bb are detected based on the above, the signal level Dm1 corresponding to the lowest measured luminance Ba is set to 1024 from the memory 6 so that the relationship shown in FIG. The signal level DM1 3072 corresponding to Bb is read out. Then, when the minimum luminance Bm1 and the maximum luminance BM1 are set from the detected minimum measured luminance Ba and maximum measured luminance Bb using the relationship shown in FIG. 12, the D / A converters 4 and 5 perform the A / D converter. 2, reference voltages Vm1 and VM1 are applied.
[0076]
As described above, when the reference voltages Vm1 and VM1 are set in the manual adjustment mode, the gain adjustment button 73 and the offset button 74 are operated, so that the logarithmic value of the luminance and the digital signal are the same as in the first embodiment. The contrast and brightness are finely adjusted by changing the slope of a straight line representing the relationship with the signal level and the signal level of a digital signal having a predetermined reference luminance B0.
[0077]
<Third Embodiment>
A third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 17 is a diagram illustrating an arrangement of operation buttons of the input unit. In FIG. 17, the same parts as those in FIGS. 9 and 16 are denoted by the same reference numerals.
[0078]
As shown in FIG. 17, in the solid-state imaging device of this embodiment, the input unit 7c (corresponding to the input unit 7 of FIG. 1) includes manual setting buttons 71a to 71c for setting the manual adjustment mode, and various types. There are automatic setting buttons 72a to 72c for setting the automatic adjustment mode, a gain adjustment button 73, an offset adjustment button 74, and a contrast adjustment button 75. When such an input unit 7c is operated, the solid-state imaging device basically performs the same operation as in the first and second embodiments.
[0079]
Further, a display LED (Light Emitting Diode) 76 for indicating various adjustment modes instructed and executed by the user, and gain and contrast when the gain adjustment button 73 and the contrast adjustment button 75 are respectively operated. It has a display LED 77 for indicating the amount of change, and a display segment LED 78 for showing the amount of change in offset when the offset adjustment button 74 is operated.
[0080]
When the input unit 7c is configured as described above, when any of the manual setting buttons 71a to 71c or the automatic setting buttons 72a to 72c is operated, the display unit is displayed to indicate which adjustment mode is instructed. One of the LEDs 76 blinks. When any of the manual setting buttons 71 to 71c is operated, the same operation as that of the second embodiment is performed, and when any of the automatic setting buttons 72a to 72c is operated, The same operation as in the first embodiment is performed.
[0081]
Further, when the gain adjustment button 73 is operated, the magnitude of the slope of the straight line representing the relationship between the logarithmic value of the luminance and the signal level of the digital signal is indicated by the display LED 77 being displayed. Further, when the contrast adjustment button 75 is operated, the width of the interval between the signal levels Dm1 and DM1 is indicated by the display LED 77 being displayed. Further, when the offset adjustment button 74 is operated, the relative value of the signal level of the digital signal having the predetermined reference luminance B0 that is changed is displayed on the display segment LED 78.
[0082]
In the above-described embodiment, the minimum measured luminance Ba detected by the arithmetic circuit is a luminance in which the value obtained by integrating the frequency with the luminance from the minimum luminance of the luminance distribution is x percent of the entire luminance distribution, and the arithmetic circuit. The highest measured luminance Bb detected in (1) may be set to a luminance in which the value obtained by integrating the frequency with the luminance from the highest luminance of the luminance distribution is x percent of the effective area.
[0083]
【The invention's effect】
According to the present invention, it is possible to adjust the output dynamic range of the solid-state imaging device by storing various parameters according to various imaging targets and purposes, which are various imaging conditions, and reading these parameters. The output dynamic range optimum for the imaging condition can be easily adjusted. Therefore, more effective video adjustment can be performed for each imaging condition. In addition, the output from the solid-state imaging device having a wide output dynamic range can be fully utilized, and an easy-to-view image corresponding to the imaging conditions can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an internal configuration of a solid-state imaging device of the present invention.
FIG. 2 is a block circuit diagram showing a configuration of a solid-state image sensor.
3 is a circuit diagram showing a part of the solid-state imaging device of FIG. 2;
4 is a circuit diagram showing a configuration of a pixel provided in the solid-state imaging device of FIG. 2;
5 is a circuit diagram showing a configuration of a pixel provided in the solid-state imaging device of FIG. 2;
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the luminance of a subject and the signal level of a video signal.
FIG. 7 is a graph showing the relationship between the luminance of a subject and the signal level of a video signal.
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the luminance of a subject and the signal level of a video signal.
FIG. 9 is a diagram illustrating an arrangement of operation buttons of an input unit.
FIG. 10 is a graph showing the relationship between the luminance of a subject and the signal level of a video signal.
FIG. 11 is a graph showing the relationship between the luminance of a subject and the signal level of a video signal.
FIG. 12 is a graph showing the relationship between the luminance of a subject and the signal level of a video signal.
FIG. 13 is a graph showing the relationship between the luminance of a subject and the signal level of a video signal.
FIG. 14 is a graph showing the relationship between the luminance of a subject and the signal level of a video signal.
FIG. 15 is a graph showing the relationship between the luminance of a subject and the signal level of a video signal.
FIG. 16 is a diagram showing an arrangement of operation buttons of the input unit.
FIG. 17 is a diagram illustrating an arrangement of operation buttons of an input unit.
[Explanation of symbols]
1 Solid-state image sensor
2 A / D converter
3 Arithmetic circuit
4,5 D / A converter
6 memory
7 Input section
8 Display section

Claims

A solid-state imaging device having a plurality of pixels that output an electrical signal that is logarithmically converted with respect to the amount of incident light;
An adjustment unit that detects the luminance range of the subject based on the electrical signal output from the solid-state image sensor for each predetermined period, and adjusts the output dynamic range of the solid-state image sensor based on the detected luminance range;
A memory for storing a parameter for adjusting the output dynamic range by the adjustment unit for each of a plurality of imaging conditions;
Have
The parameter is set for each of the plurality of imaging conditions, and the first signal level of the electrical signal with respect to the lowest luminance of the luminance range and the second signal level of the electric signal with respect to the highest luminance of the luminance range. Yes,
In the adjustment unit, a parameter corresponding to the selected imaging condition is read from the memory, and the detected minimum luminance and maximum luminance of the luminance range, and the first and second according to the selected imaging condition. A solid-state imaging device , wherein an output dynamic range of the solid-state imaging device is adjusted based on a signal level .

The parameter includes a measurement time and a determination condition for measuring the luminance range set for each of the plurality of imaging conditions,
The adjustment unit detects a minimum luminance and a maximum luminance of the luminance range according to the measurement time and the determination condition according to a selected imaging condition, and adjusts an output dynamic range of the solid-state imaging device. The solid-state imaging device according to claim 1 .

Has a input portion, wherein the input unit comprises a manual adjustment operation unit,
The plurality of imaging conditions include a manual adjustment mode,
In the manual adjustment mode,
Specify the measurement time for measuring the luminance range by operating the manual adjustment operation unit,
The adjustment unit detects a minimum luminance and a maximum luminance of the luminance range according to the measurement time designated by the manual adjustment operation unit, and adjusts an output dynamic range of the solid-state imaging device. Item 2. The solid-state imaging device according to Item 1 .

The parameter includes a determination condition for measuring the luminance range set for each of the plurality of imaging conditions,
In the manual adjustment mode,
In the adjustment unit, the minimum luminance and the maximum luminance of the luminance range are detected according to the measurement time designated by the manual adjustment operation unit and the determination condition according to the selected manual adjustment mode , and the solid-state imaging The solid-state imaging device according to claim 3 , wherein an output dynamic range of the element is adjusted.

The plurality of imaging conditions include a plurality of automatic adjustment modes,
The parameter includes a measurement time and a determination condition for measuring the luminance range set for each of the plurality of automatic adjustment modes ,
In the automatic adjustment mode,
The adjustment unit detects a minimum luminance and a maximum luminance of the luminance range according to the measurement time and the determination condition according to the selected automatic adjustment mode , and adjusts an output dynamic range of the solid-state imaging device. the solid-state imaging device according to any one of claims 1,3,4 to.

The solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 5, characterized in that it has a signal level input unit capable of inputting to adjust the value of the first and second signal level.