撮像装置及び撮像方法
【課題】必要以上に階調を損なうことなく、撮影に応じて最適な画質を簡便に得ることが可能な撮像装置及び撮像方法を提供する。
【解決手段】撮像素子５と、撮像素子５から出力されるアナログの撮像信号を所定のアナログゲインで増幅する増幅部６ｂと、増幅部６ｂから出力される撮像信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換部７とを備え、ＡＤ変換部７は、増幅部６ｂから出力される撮像信号のうち、被写体からの光によらない信号である黒画素信号を設定レベルにクランプしてデジタル信号に変換するものであり、撮像素子５から黒画素信号を複数個出力させる制御を行う黒画素信号出力制御機能、デジタル信号に変換された該複数個の黒画素信号のうちＡＤ変換部７の出力下限値となる信号の占める割合を求める出力下限値割合演算機能、及び該割合に応じてクランプレベルを調整するレベル調整機能を持つシステム制御部１１とを備える。
【解決手段】撮像素子５と、撮像素子５から出力されるアナログの撮像信号を所定のアナログゲインで増幅する増幅部６ｂと、増幅部６ｂから出力される撮像信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換部７とを備え、ＡＤ変換部７は、増幅部６ｂから出力される撮像信号のうち、被写体からの光によらない信号である黒画素信号を設定レベルにクランプしてデジタル信号に変換するものであり、撮像素子５から黒画素信号を複数個出力させる制御を行う黒画素信号出力制御機能、デジタル信号に変換された該複数個の黒画素信号のうちＡＤ変換部７の出力下限値となる信号の占める割合を求める出力下限値割合演算機能、及び該割合に応じてクランプレベルを調整するレベル調整機能を持つシステム制御部１１とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置及び撮像方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤ型及びＣＭＯＳ型のイメージセンサ等の撮像素子は、一般に、水平方向に並ぶ多数の光電変換素子からなる光電変換素子ラインを、水平方向に直交する垂直方向に多数並べた構成となっており、各光電変換素子ラインの端部にある複数の光電変換素子は遮光された構成となっている。このような撮像素子を搭載する撮像装置では、撮像素子から出力される水平１ライン分の撮像信号のうち、遮光した光電変換素子から得られた信号である黒画素信号を所定の目標レベル（以下、クランプレベルという）にクランプし、そのクランプレベルを基準として、その後の信号処理を行っている。
【０００３】
黒画素信号のクランプ方法としては、各光電変換素子ラインから撮像信号が出力される毎に、その１ライン分の撮像信号に含まれる黒画素信号のデジタル変換後の信号をクランプレベルと比較して、黒画素信号のクランプレベルからの誤差を算出し、この誤差がなくなるような補正量を、デジタル変換前の撮像信号に加算する方法が一般的である。
【０００４】
また、撮像装置には、撮像素子から出力されたアナログ信号を増幅する増幅器と、増幅されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換器とが含まれている。上述したクランプ処理は、ＡＤ変換器にて行われる。近年の撮像装置の高感度化に伴い、増幅器で設定可能なゲインの値が上昇してきている。ゲインが高くなると、ランダムノイズによる信号レベルのバラつきが大きくなる。図１３は、ＡＤ変換器から出力される黒画素信号のヒストグラムの一例を示した図である。図１３の横軸はＡＤ変換後の信号値を示している。図１３の縦軸は、出力された各信号値の数を示している。
【０００５】
図１３（ａ）に示したヒストグラムｈ１は、ランダムノイズによる信号レベルのバラつきが大きいときのヒストグラムの一例を示している。信号レベルのバラつきが大きいと、ヒストグラムの幅が広くなるため、図１３（ａ）に示すように、特に低輝度部において、出力値がマイナスとなる黒画素信号が発生する。しかし、ＡＤ変換器には、出力できる上限値と下限値が存在する。例えば、ＡＤ変換出力を符号なし１６ｂｉｔとすると、上限出力と下限出力はそれぞれ６５５３５，０となる。このため、マイナスとなった黒画素信号は下限値である０にクリップされてしまい、ヒストグラムｈ１は、実際には図１３（ｂ）に示すヒストグラムｈ２のようになる。この結果、低輝度部が実際の信号レベルよりも高めにデジタル変換される現象（以下、この現象を下限クリップと言う）が発生する。
【０００６】
ＡＤ変換器で行われる上述したクランプ処理は、予め設定したクランプレベル付近に図１３に示したヒストグラムｈ１，ｈ２のピークがくるように、入力される黒画素信号をクランプレベルに固定する処理とも言うことができる。ヒストグラムｈ１は、クランプレベルを“ａ”としてクランプ処理したときにＡＤ変換して得られるヒストグラムとなっている。ヒストグラムｈ１で示される各黒画素信号の平均値を求め、この平均値が、後の黒レベル補正（被写体からの光に応じて光電変換素子で発生した信号から、黒レベルを減算する補正）で用いる黒レベルとなる。ＡＤ変換出力がヒストグラムｈ１のようになっていれば、ＡＤ変換後の黒画素信号の平均値とクランプレベルａとの差は小さいため、黒レベル補正を精度良く行うことが可能である。しかし、実際には、図１３（ｂ）のように、ヒストグラムはｈ２のようになるため、ヒストグラムｈ２で示される各黒画素信号の平均値は、クランプレベルａよりも大きくなってしまう。この結果、黒レベル補正が正確に行われなくなり、画質が劣化する。
【０００７】
特許文献１には、下限クリップが発生しやすい露光条件でのみクランプレベルを上昇させることで、下限クリップが発生することによる画質劣化を防止する技術が開示されている。しかし、この技術は、ゲイン、温度、及び露光時間等の露光条件に応じてクランプレベルを上昇させているため、変数が多く、制御が困難になる。また、露光条件や撮像装置の個体差によってクランプレベルを上昇させる条件が異なるため、それらの条件に個別の上昇量を与えるためには制御がさらに複雑化する。あらゆる露光条件で下限クリップが発生しないよう、クランプレベルを予め大きめに設定しておく方法もある。しかし、これでは、クランプレベルを大きくしなくても良い露光条件においても、ヒストグラムの分布がＡＤ変換出力の上限値に近づくため、高輝度部の階調が失われてしまう。
【０００８】
特許文献２には、遮光画素から得られるデータの標準偏差を用いることで、黒つぶれを防止する技術が開示されている。しかし、この技術が扱えるデータは、ＡＤ変換後のデータが現実的であり、ＡＤ変換時の下限クリップの影響を排除することはできない。むしろ、下限クリップが発生したデータを用いて標準偏差を求めることになるため、ゼロにクリップされる信号成分が増加すると、黒レベル補正時に補正不足や過補正が発生する恐れがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−１１０４８６号公報
【特許文献２】特開２００６−６７０１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、必要以上に階調を損なうことなく、撮影に応じて最適な画質を簡便に得ることが可能な撮像装置及び撮像方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の撮像装置は、撮像素子と、前記撮像素子から出力されるアナログの撮像信号を所定のアナログゲインで増幅する増幅部と、前記増幅部から出力される撮像信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換部とを備え、前記ＡＤ変換部は、前記増幅部から出力される撮像信号のうち、被写体からの光によらない信号である黒画素信号を設定レベルにクランプしてデジタル信号に変換するものであり、前記撮像素子から前記黒画素信号を複数個出力させる制御を行う黒画素信号出力制御部と、前記デジタル信号に変換された前記複数個の黒画素信号のうち、前記ＡＤ変換部の出力下限値となる信号の占める割合を求める出力下限値割合演算部と、前記割合に応じて前記設定レベルを調整するレベル調整部及び前記割合に応じて前記アナログゲインを調整するアナログゲイン調整部の少なくとも一方とを備える。
【００１２】
本発明の撮像方法は、撮像素子から出力されるアナログの撮像信号を所定のアナログゲインで増幅する増幅ステップと、前記増幅ステップで増幅後の撮像信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換ステップとを備え、前記ＡＤ変換ステップでは、前記増幅後の撮像信号のうち、被写体からの光によらない信号である黒画素信号を設定レベルにクランプしてデジタル信号に変換し、前記撮像素子から前記黒画素信号を複数個出力させる制御を行う黒画素信号出力制御ステップと、前記デジタル信号に変換された前記複数個の黒画素信号のうち、前記ＡＤ変換ステップでの出力下限値となる信号の占める割合を求める出力下限値割合演算ステップと、前記割合に応じて前記設定レベルを調整するレベル調整ステップ及び前記割合に応じて前記アナログゲインを調整するアナログゲイン調整ステップの少なくとも一方とを備える。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、必要以上に階調を損なうことなく、撮影に応じて最適な画質を簡便に得ることが可能な撮像装置及び撮像方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態を説明するための撮像装置の一例であるデジタルカメラの概略構成を示す図
【図２】図１に示す撮像素子の構成例を示した平面模式図
【図３】クランプレベルを調整することによるＡＤ変換部の出力ヒストグラムの変化を説明するための図
【図４】図１に示すデジタルカメラの動作を説明するためのフローチャート
【図５】図１のデジタルカメラが第一のモードで撮像を行うときのタイミングチャート
【図６】図１のデジタルカメラが第二のモードで撮像を行うときのタイミングチャート
【図７】図１のデジタルカメラが第三のモードで撮像を行うときのタイミングチャート
【図８】アナログゲインを調整することによるＡＤ変換部の出力ヒストグラムの変化を説明するための図
【図９】変形例のデジタルカメラの動作を説明するためのフローチャート
【図１０】変形例のデジタルカメラが第一のモードで撮像を行うときのタイミングチャート
【図１１】変形例のデジタルカメラが第二のモードで撮像を行うときのタイミングチャート
【図１２】変形例のデジタルカメラが第三のモードで撮像を行うときのタイミングチャート
【図１３】ＡＤ変換器から出力される黒画素信号のヒストグラムの一例を示した図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。以下に説明する撮像装置は、デジタルカメラやデジタルビデオカメラ等の撮像装置、電子内視鏡や携帯電話機等に内臓される撮像ユニットである。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態を説明するための撮像装置の一例であるデジタルカメラの概略構成を示す図である。
図示するデジタルカメラの撮像系は、撮影レンズ１と、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）型の撮像素子５と、この両者の間に設けられた絞り２と、赤外線カットフィルタ３と、光学ローパスフィルタ４と、撮影レンズ１の前に配置されたメカニカルシャッタＭＳとを備える。
【００１７】
デジタルカメラの電気制御系全体を統括制御するシステム制御部１１は、フラッシュ発光部１２及び受光部１３を制御し、レンズ駆動部８を制御して撮影レンズ１の位置をフォーカス位置に調整したりズーム調整を行ったりし、絞り駆動部９を介し絞り２の開口量を制御して露光量調整を行う。
【００１８】
また、システム制御部１１は、シャッタ駆動部Ｓを制御してメカニカルシャッタＭＳを開けて撮像素子５に光が入る状態にしたり、メカニカルシャッタＭＳを閉じて撮像素子５を完全に遮光した状態にしたりする。
【００１９】
また、システム制御部１１は、撮像素子駆動部１０を介して撮像素子５を駆動し、撮影レンズ１を通して撮像した被写体像を撮像信号として出力させる。システム制御部１１には、操作部１４を通してユーザからの指示信号が入力される。
【００２０】
デジタルカメラの電気制御系は、更に、相関二重サンプリング処理部（ＣＤＳ）６ａと、増幅部（ＰＧＡ）６ｂと、ＡＤ変換部７とを備え、これらはシステム制御部１１によって制御される。
【００２１】
ＣＤＳ６ａは、撮像素子５から出力される撮像信号に対して相関二重サンプリング処理を行ってリセットノイズを除去する。
【００２２】
ＰＧＡ６ｂは、ＣＤＳ６ａから出力された撮像信号を所定のアナログゲインで増幅する。このアナログゲインは、デジタルカメラに設定可能なＩＳＯ感度に応じて設定される。
【００２３】
ＡＤ変換部７は、ＰＧＡ６ｂから出力されたアナログの撮像信号をデジタル信号に変換して出力する。
【００２４】
更に、このデジタルカメラの電気制御系は、メインメモリ１６と、メインメモリ１６に接続されたメモリ制御部１５と、ＡＤ変換部７から出力された撮像信号に対して所定のデジタル信号処理を施して画像データを生成するデジタル信号処理部１７と、デジタル信号処理部１７で生成された画像データをＪＰＥＧ形式に圧縮したり圧縮画像データを伸張したりする圧縮伸張処理部１８と、測光データを積算しデジタル信号処理部１７が行うホワイトバランス補正のゲインを求める積算部１９と、着脱自在の記録媒体２１が接続される外部メモリ制御部２０と、カメラ背面等に搭載された液晶表示部２３が接続される表示制御部２２とを備える。メモリ制御部１５、デジタル信号処理部１７、圧縮伸張処理部１８、積算部１９、外部メモリ制御部２０、及び表示制御部２２は、制御バス２４及びデータバス２５によって相互に接続され、システム制御部１１からの指令によって制御される。
【００２５】
図２は、図１に示す撮像素子の構成例を示した平面模式図である。
【００２６】
図２に示す撮像素子５は、光電変換素子５１と、黒レベル検出用光電変換素子５２と、垂直電荷転送部５３と、水平電荷転送部５４と、出力部５５とを備える。
【００２７】
光電変換素子５１は、被写体からの光に応じた信号を得るためのものであり、受光面上方に設けられる遮光膜（不図示）には開口が設けられ、この開口から光が入射するようになっている。
【００２８】
黒レベル検出用光電変換素子５２は、撮像信号の基準となる黒のレベル（以下、黒レベル）を検出するためのものであり、その上方に設けられる遮光膜によって光が入射しないようになっている。
【００２９】
光電変換素子５１と黒レベル検出用光電変換素子５２は、半導体基板の行方向とこれに直交する列方向に二次元状（図２の例では正方格子状）に配設されている。光電変換素子５１と黒レベル検出用光電変換素子５２を総称して光電変換素子と呼ぶと、図２の例では、行方向に並ぶ複数の光電変換素子からなる光電変換素子行が列方向に複数配列された構成、または、列方向に並ぶ複数の光電変換素子からなる光電変換素子列が行方向に複数配列された構成となっている。
【００３０】
光電変換素子行のうち、水平電荷転送部５４側から数えてＭ行目までの光電変換素子行の各光電変換素子は、全て黒レベル検出用光電変換素子５２となっている。
【００３１】
光電変換素子行のうち、水平電荷転送部５４側から数えて（Ｍ＋１）行目からＮ行目までの各光電変換素子行には、光電変換素子５１と黒レベル検出用光電変換素子５２とが含まれている。この各光電変換素子行には複数の黒レベル検出用光電変換素子５２が含まれており、この複数の黒レベル検出用光電変換素子５２は該各光電変換素子行の端部（水平電荷転送部５４の電荷転送方向上流側の端部、図中の右端部）に配置されている。
【００３２】
垂直電荷転送部５３は、各光電変換素子列に対応して設けられており、対応する光電変換素子列の各光電変換素子で発生した電荷を水平電荷転送部５４に向かって列方向に転送する。垂直電荷転送部５３は、半導体基板内に列方向に延びて形成された垂直転送チャネル（不図示）と、この垂直転送チャネルの上方に列方向に配列された複数の垂直転送電極５３ａとで構成されている。
【００３３】
垂直転送チャネルと、それに対応する光電変換素子との間には、該光電変換素子から該垂直転送チャネルに電荷を読み出すための電荷読み出し部（不図示）が形成されている。
【００３４】
垂直転送電極５３ａには、配線Ｖ１が接続されるものと、配線Ｖ２が接続されるものと、配線Ｖ３が接続されるものと、配線Ｖ４が接続されるものとがある。これら配線Ｖ１〜Ｖ４に４相のパルスが印加されることで、垂直転送チャネルでの電荷転送動作が制御される。配線Ｖ１が接続される垂直転送電極５３ａは、電荷読み出し部も覆っており、ここに読み出しパルスが印加されることで、光電変換素子から垂直転送チャネルに電荷が読み出される。
【００３５】
水平電荷転送部５４は、各垂直電荷転送部５３で転送されてきた電荷を出力部５５に向かって行方向に転送する。水平電荷転送部５４は、半導体基板内に行方向に延びて形成された水平転送チャネル（不図示）と、この水平転送チャネル上方に行方向に配列された複数の水平転送電極５４ａとで構成されている。
【００３６】
水平転送電極５４ａには、配線Ｈ１が接続されるものと、配線Ｈ２が接続されるものとがある。これら配線Ｈ１，Ｈ２に２相のパルスが印加されることで、水平転送チャネルでの電荷転送動作が制御される。
【００３７】
出力部５５は、水平電荷転送部５４を転送されてきた電荷を、その電荷量に応じた信号に変換して出力する。
【００３８】
システム制御部１１は、撮像時に、撮像素子５から黒画素信号をｎ（ｎは２以上の自然数）個出力させる制御を行う黒画素信号出力制御部としても機能する。システム制御部１１は、操作部１４を介して行われる撮像指示に応じて、撮像素子５を３つのモード（第一のモード、第二のモード、第三のモード）のいずれかで駆動して被写体の撮像を実施する。
【００３９】
第一のモードは、撮像指示に応じて行う撮像素子５の露光終了後、全ての光電変換素子から電荷を読み出し、これを転送して、被写体からの光によらない信号である黒画素信号（黒レベル検出用光電変換素子５２から得られた信号）と、被写体からの光に応じた信号（光電変換素子５１から得られた信号）とを含む撮像信号を撮像素子５から出力させる制御である。
【００４０】
第二のモードは、撮像指示に応じて行う撮像素子５の露光終了後、全ての光電変換素子から電荷を読み出す前に、全ての光電変換素子から電荷を読み出さずに垂直電荷転送部５３及び水平電荷転送部５４を駆動して空転送を行う。そして、この空転送により、被写体からの光によらない撮像信号である黒画素信号のみを撮像素子５から出力させる。その後、全ての光電変換素子から電荷を読み出し、これを転送して撮像信号を撮像素子５から出力させる制御である。
【００４１】
第三のモードは、撮像指示に応じて行う撮像素子５の露光開始前に、メカニカルシャッタＭＳを閉じて撮像素子５を遮光する。そして、この状態で、全ての光電変換素子から電荷を読み出して垂直電荷転送部５３及び水平電荷転送部５４を駆動する。これにより、被写体からの光によらない撮像信号である黒画素信号のみを撮像素子５から出力させる。その後、メカニカルシャッタＭＳを開けて撮像素子５を露光し、露光終了後に全ての光電変換素子から電荷を読み出し、これを転送して撮像信号を撮像素子５から出力させる制御である。
【００４２】
ＡＤ変換部７は、ＰＧＡ６ｂから出力される撮像信号のうち、被写体からの光によらない信号である黒画素信号については、該黒画素信号を設定レベル（以下、クランプレベルともいう）にクランプしてデジタル信号に変換する。
【００４３】
システム制御部１１は、ＡＤ変換部７でデジタル信号に変換されたｎ個の黒画素信号のうち、ＡＤ変換部７の出力下限値となる信号の占める割合（以下、クリップ確率ともいう）を求める下限値割合演算部としても機能する。このクリップ確率は、ｎ個の黒画素信号のヒストグラムを作成し、｛（信号値が“０”となる黒画素信号の数）／ｎ｝×１００の演算を行うことにより、その単位を％として求めることができる。
【００４４】
システム制御部１１は、クリップ確率に応じて、ＡＤ変換部７のクランプレベルを調整するレベル調整部としても機能する。
【００４５】
ＡＤ変換部７から出力されたｎ個の黒画素信号のヒストグラムが図３（ａ）に示すｈ２のようになっていた場合、クリップ確率は０％よりも大きくなる。このため、光電変換素子５１から得られた撮像信号から減算すべき黒レベルはクランプレベルａよりも大きくなってしまい、黒レベル補正を精度良く行うことが難しい。そこで、システム制御部１１は、クランプレベルをａよりも大きいａ’にする調整を行う。これにより、図３（ｂ）に示すように、ヒストグラムｈ２がＡＤ変換出力の上限値側にシフトし、クリップ確率を０％にすることができる。クリップ確率が０％になることで、クランプレベルと黒レベルとがほぼ一致するため、黒レベル補正を精度良く行うことが可能になる。
【００４６】
クリップ確率に応じてクランプレベルを調整する具体的方法としては、黒レベル精度を許容できるクリップ確率の閾値（例えば５％）を設定しておき、クリップ確率がこの閾値を超えていた場合に、クリップ確率がこの閾値以下となるレベルまでクランプレベルを大きくする方法がある。なお、クランプレベルを大きくする場合、クランプレベルを大きくしすぎて階調表現が損なわれる可能性もある。そこで、黒レベル精度を許容できるクリップ確率の許容範囲（例えば２％〜５％）を設定しておき、クリップ確率が許容範囲外にあった場合に、この許容範囲内にクリップ確率が収まるようにクランプレベルを調整するようにしても良い。例えば、クリップ確率が５％より上のときは、クランプレベルを２％〜５％となるようにクランプレベルを大きくし、クリップ確率が２％より下のときは、クランプレベルを２％〜５％となるようにクランプレベルを小さくする。このようにすることで、黒レベル精度の低下を防ぎながら階調表現を豊かにすることができ、全体的な画質を良好なものにすることができる。
【００４７】
調整後のクランプレベルの値は、システム制御部１１が演算によって得ても良いし、システム制御部１１がテーブルからデータを持ってくることで得ても良い。演算によって求める場合は、クランプレベルを最小単位ずつ変化させていったときの各クランプレベルにおけるクリップ確率のデータを予め求めておき、このデータから、クランプレベルを最小単位で変化させたときのクリップ確率の変化量を求める。そして、この変化量から、クリップ確率を入力して、該クリップ確率が閾値以下又は許容範囲内となるようなクランプレベルの調整量を出力する関数を作成して、デジタルカメラに記憶しておけば良い。そして、システム制御部１１が、この関数にクリップ確率を入力して、クランプレベルの調整量を得た後、この調整量を、既に設定されているクランプレベルに加算してクランプレベルを調整すれば良い。
【００４８】
テーブルによって得る場合は、クリップ確率とクランプレベルとを対応付けたテーブルをデジタルカメラに記憶しておき、システム制御部１１が、求めたクリップ確率が閾値を越えていた場合、又は、許容範囲外であった場合に、クリップ確率が閾値以下又は許容範囲内となるクランプレベルを該テーブルから読み出してＡＤ変換部７に設定するようにしても良い。
【００４９】
次に、デジタルカメラの撮影時の動作について説明する。図４は、図１に示すデジタルカメラの動作を説明するためのフローチャートである。
【００５０】
撮影モードに設定されると、システム制御部１１は、操作部１４に含まれるレリーズボタンが押下されて撮影指示がなされた否かを判定する（ステップＳ１）。撮影指示がなされた場合（ステップＳ１：ＹＥＳ）、システム制御部１１は撮影時にＰＧＡ６ｂで設定するアナログゲインが閾値よりも小さいかどうかを判定する（ステップＳ２）。
【００５１】
アナログゲインが閾値よりも小さかった場合（ステップＳ２：ＹＥＳ）、システム制御部１１は、第一のモードで撮像素子５を駆動して、被写体を撮像する。
【００５２】
以下、第一のモードで撮像を行うときの動作を説明する。
【００５３】
図５は、図１のデジタルカメラが第一のモードで撮像を行うときのタイミングチャートである。図５において、“Ｖ１〜Ｖ４”は、配線Ｖ１〜Ｖ４に供給される信号を示している。“Ｈ１，Ｈ２”は、配線Ｈ１，Ｈ２に供給される信号を示している。“ＣＬＰ”は、システム制御部１１からＡＤ変換部７に供給される信号を示し、この信号がハイレベルのときに、ＡＤ変換部７ではクランプ処理が行われる。
【００５４】
まず、システム制御部１１は、メカニカルシャッタＭＳを開き、設定された露光条件で撮像素子５の露光を開始する（ステップＳ３）。次に、システム制御部１１は、メカニカルシャッタＭＳを閉じて露光を終了し、配線Ｖ１に読み出しパルスを供給して、撮像素子５の全ての光電変換素子から垂直電荷転送部５３に電荷を読み出す。その後、配線Ｖ１〜Ｖ４に転送パルスを供給して、水平電荷転送部５４側から数えて１行目の光電変換素子行の電荷を水平電荷転送部５４に転送する。次に、配線Ｈ１，Ｈ２に転送パルスを供給して、１行目の光電変換素子行の電荷を出力部５５まで転送し、その電荷に応じた信号を黒画素信号として撮像素子５から出力させる。システム制御部１１は、このような駆動を繰り返し、２行目の光電変換素子行以降の光電変換素子行からも信号を出力させる。
【００５５】
１行目の光電変換素子行から得られる黒画素信号は、その出力順にしたがって、ＣＤＳ６ａでリセットノイズが除去され、ＰＧＡ６ｂで増幅され、ＡＤ変換部７に入力される。ＡＤ変換部７では、入力される各黒画素信号をクランプレベルにクランプする処理が行われる。クランプレベルは初期状態では所定値Ａに設定される。ＡＤ変換部７から出力された１行目の光電変換素子行からの黒画素信号は、メインメモリ１６に一時記憶される。
【００５６】
次に、１行目の光電変換素子行からの信号がメインメモリ１６に記憶されると、システム制御部１１は、記憶された信号を読み出した光電変換素子行を参照する。参照した光電変換素子行が１〜Ｍ行目の光電変換素子行のいずれかであった場合、つまり、黒レベル検出用光電変換素子５２のみで構成される光電変換素子行であった場合（ステップＳ４：ＹＥＳ）、システム制御部１１は、参照した光電変換素子行から得られてメインメモリ１６に記憶された１光電変換素子行分の黒画素信号を用いて、図３に示したようなヒストグラムを作成する（ステップＳ５）。
【００５７】
次に、システム制御部１１は、作成したヒストグラムから、[｛（信号値が０の黒画素信号の数）／（１光電変換素子行分の黒画素信号の総数）｝×１００]を演算して、クリップ確率を算出する（ステップＳ６）。
【００５８】
次に、システム制御部１１は、算出したクリップ確率に応じてクランプレベルを調整する。具体的には、クリップ確率から、ＡＤ変換部７に設定されているクランプレベルの調整量を算出し（ステップＳ７）、算出した調整量をクランプレベルの初期値Ａに加算して、ＡＤ変換部７に設定するクランプレベルをＡ’に更新する（ステップＳ８）。なお、このクランプレベルの更新作業は、次の光電変換素子（２行目の光電変換素子行）から信号が出力されるまでの間に行われる。
【００５９】
クランプレベルが調整された後、２行目の光電変換素子行から黒画素信号が出力されると、その黒画素信号は、その出力順にしたがって、ＣＤＳ６ａでリセットノイズが除去され、ＰＧＡ６ｂで増幅され、ＡＤ変換部７に入力される。そして、この黒画素信号は、ＡＤ変換部７でクランプレベルＡ’にクランプされてデジタル信号に変換され、メインメモリ１６に記憶される。
【００６０】
ステップＳ８の後、システム制御部１１は、参照する光電変換素子行を次の行とし（ステップＳ９）、ステップＳ４に処理を戻す。参照する光電変換素子行がＭ行目までは、ステップＳ４〜ステップＳ９までが繰り返し実行される。（Ｍ＋１）行目が参照行となった時点で、画像データの生成に用いる撮像信号（（Ｍ＋１）行目以降の各光電変換素子行から出力される撮像信号）に適用するクランプレベル（このクランプレベルをＡ’’とする）が確定する。
【００６１】
クランプレベルがＡ’’に確定した後は、画像データの生成に用いる撮像信号（（Ｍ＋１）行目以降の各光電変換素子行の撮像信号）が撮像素子５から出力される（ステップＳ１０）。
【００６２】
（Ｍ＋１）行目以降の各光電変換素子行から出力された撮像信号は、その出力順にしたがって、ＣＤＳ６ａでリセットノイズが除去され、ＰＧＡ６ｂで増幅され、ＡＤ変換部７に入力される。そして、ＡＤ変換部７では、各光電変換素子行のうち、黒レベル検出用光電変換素子５２から出力された撮像信号については、その撮像信号がクランプレベルＡ’’にクランプされてデジタル信号に変換される。デジタル変換後の撮像信号はメインメモリ１６に記憶される。
【００６３】
デジタル信号処理部１７は、（Ｍ＋１）行目〜（Ｍ＋Ｎ）行目までの各光電変換素子行から得られた撮像信号のうち、被写体からの光に応じた撮像信号（光電変換素子５１から得られた撮像信号）の黒レベル補正を行う。具体的には、各光電変換素子行の黒レベル検出用光電変換素子５２から得られた撮像信号の値の平均を求めてこれを当該光電変換素子行の黒レベルとする。そして、当該光電変換素子行の各光電変換素子５１から得られた撮像信号の値から該黒レベルを減算して黒レベルを補正する。
【００６４】
黒レベル補正後、デジタル信号処理部１７は、同時化処理、ＲＧＢ／ＹＣ変換処理等を行って画像データを生成する。生成された画像データは圧縮されて記録媒体２１に記録される。以上のような動作により、第一のモードによる撮像が終了する。
【００６５】
ステップＳ２に戻り、アナログゲインが閾値以上であった場合（ステップＳ２：ＮＯ）、システム制御部１１は、撮像素子５で取り込んでいるモニタ表示用の画像データ等に基づいて被写体の輝度を算出する。そして、算出した被写体の輝度が閾値よりも小さいかどうか判定する（ステップＳ１１）。
【００６６】
被写体の輝度が閾値よりも小さかった場合（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、システム制御部１１は第二のモードで撮像素子５を駆動して、被写体を撮像する。
【００６７】
以下、第二のモードで撮像を行うときの動作を説明する。
【００６８】
図６は、図１のデジタルカメラが第二のモードで撮像を行うときのタイミングチャートである。図６において、“Ｖ１〜Ｖ４”は、配線Ｖ１〜Ｖ４に供給される信号を示している。“Ｈ１，Ｈ２”は、配線Ｈ１，Ｈ２に供給される信号を示している。“ＣＬＰ”は、システム制御部１１からＡＤ変換部７に供給される信号を示し、この信号がハイレベルのときに、ＡＤ変換部７ではクランプ処理が行われる。“メカシャッタ”はメカニカルシャッタＭＳの開閉状態を示している。
【００６９】
まず、システム制御部１１は、メカニカルシャッタＭＳを開いた状態で、設定された露光条件で撮像素子５の露光を開始する（ステップＳ１２）。次に、システム制御部１１は、メカニカルシャッタＭＳを閉じて露光を終了する。
【００７０】
露光終了後、システム制御部１１は、配線Ｖ１に読み出しパルスを供給せずに垂直電荷転送部５３及び水平電荷転送部５４を駆動して空転送を行う。この空転送により、露光開始から露光終了までの間に、垂直電荷転送部５３の垂直転送チャネルで発生した電荷に応じた信号を黒画素信号として撮像素子５から出力させる（ステップＳ１３）。ここで出力される黒画素信号は、撮像素子５の各光電変換素子の位置から得られたものとして扱う。
【００７１】
１行目〜（Ｍ＋Ｎ）行目までの各光電変換素子行の各光電変換素子に対応する黒画素信号は、その出力順にしたがって、ＣＤＳ６ａでリセットノイズが除去され、ＰＧＡ６ｂで増幅され、ＡＤ変換部７に入力される。ＡＤ変換部７では、入力される各黒画素信号をクランプレベルにクランプする処理が行われる。クランプレベルは初期状態では所定値Ａに設定される。ＡＤ変換部７から出力された黒画素信号は、メインメモリ１６に一時記憶される。
【００７２】
全ての光電変換素子に対応する黒画素信号がメインメモリ１６に記憶されると、システム制御部１１は、その黒画素信号から、図３に示したようなヒストグラムを作成する（ステップＳ１４）。
【００７３】
次に、システム制御部１１は、作成したヒストグラムから、[｛（信号値が０の黒画素信号の数）／（全光電変換素子行分の黒画素信号の総数）｝×１００｝]を演算して、クリップ確率を算出する（ステップＳ１５）。
【００７４】
次に、システム制御部１１は、算出したクリップ確率に応じてクランプレベルを調整する。具体的には、クリップ確率から、ＡＤ変換部７に設定されているクランプレベルの調整量を算出し（ステップＳ１６）、算出した調整量をクランプレベルの初期値Ａに加算して、ＡＤ変換部７に設定するクランプレベルをＡ’に更新する（ステップＳ１７）。
【００７５】
クランプレベルの調整が終わると、システム制御部１１は、配線Ｖ１に読み出しパルスを供給して、撮像素子５の全ての光電変換素子から垂直電荷転送部５３に電荷を読み出す（ステップＳ１８）。その後、システム制御部１１は、垂直電荷転送部５３及び水平電荷転送部５４を駆動して、全ての光電変換素子行から読み出された電荷に応じた撮像信号（画像データ生成のために用いる撮像信号）を撮像素子５から出力させる（ステップＳ１０）。
【００７６】
撮像素子５から出力された撮像信号は、その出力順にしたがって、ＣＤＳ６ａでリセットノイズが除去され、ＰＧＡ６ｂで増幅され、ＡＤ変換部７に入力される。そして、この撮像信号のうち、黒レベル検出用光電変換素子５２から出力された撮像信号については、その撮像信号がクランプレベルＡ’にクランプされてデジタル信号に変換される。デジタル変換後の撮像信号はメインメモリ１６に記憶される。
【００７７】
デジタル信号処理部１７は、（Ｍ＋１）行目〜（Ｍ＋Ｎ）行目までの各光電変換素子行から得られた撮像信号のうち、被写体からの光に応じた撮像信号（光電変換素子５１から得られた撮像信号）の黒レベル補正を行う。具体的には、各光電変換素子行の黒レベル検出用光電変換素子５２から得られた撮像信号の平均を求めてこれを当該光電変換素子行の黒レベルとする。そして、当該光電変換素子行の各光電変換素子５１から得られた撮像信号から該黒レベルを減算して黒レベルを補正する。
【００７８】
黒レベル補正後、デジタル信号処理部１７は、同時化処理、ＲＧＢ／ＹＣ変換処理等を行って画像データを生成する。生成された画像データは圧縮されて記録媒体２１に記録される。以上のような動作により、第二のモードによる撮像が終了する。
【００７９】
ステップＳ１１に戻り、被写体の輝度が閾値以上であった場合（ステップＳ１１：ＮＯ）、システム制御部１１は第三のモードで撮像素子５を駆動して、被写体を撮像する。
【００８０】
以下、第三のモードで撮像を行うときの動作を説明する。
【００８１】
図７は、図１のデジタルカメラが第三のモードで撮像を行うときのタイミングチャートである。図７において、“Ｖ１〜Ｖ４”は、配線Ｖ１〜Ｖ４に供給される信号を示している。“Ｈ１，Ｈ２”は、配線Ｈ１，Ｈ２に供給される信号を示している。“ＣＬＰ”は、システム制御部１１からＡＤ変換部７に供給される信号を示し、この信号がハイレベルのときに、ＡＤ変換部７ではクランプ処理が行われる。“メカシャッタ”はメカニカルシャッタＭＳの開閉状態を示している。
【００８２】
まず、システム制御部１１は、メカニカルシャッタＭＳを閉じて撮像素子５を遮光する（ステップＳ１９）。次に、垂直電荷転送部５３及び水平電荷転送部５４を駆動して、垂直転送チャネルに存在していた不要電荷を高速で掃き出す（ステップＳ２０）。
【００８３】
次に、システム制御部１１は、半導体基板に高電圧を印加して、各光電変換素子の電荷を半導体基板に引き抜く電子シャッタ動作を行った後、配線Ｖ１に読み出しパルスを供給して、撮像素子５の全ての光電変換素子から垂直電荷転送部５３に電荷を読み出す（ステップＳ２１）。
【００８４】
その後、システム制御部１１は、垂直電荷転送部５３及び水平電荷転送部５４を駆動して、全ての光電変換素子行から読み出された電荷に応じた撮像信号を黒画素信号として撮像素子５から出力させる。撮像素子５から出力された黒画素信号は、その出力順にしたがって、ＣＤＳ６ａでリセットノイズが除去され、ＰＧＡ６ｂで増幅され、ＡＤ変換部７に入力される。クランプレベルは初期状態では所定値Ａに設定される。ＡＤ変換部７から出力された黒画素信号は、メインメモリ１６に一時記憶される。
【００８５】
全ての光電変換素子に対応する黒画素信号がメインメモリ１６に記憶されると、システム制御部１１は、その黒画素信号から、図３に示したようなヒストグラムを作成する（ステップＳ２２）。
【００８６】
次に、システム制御部１１は、作成したヒストグラムから、[｛（信号値が０の黒画素信号の数）／（全光電変換素子行分の黒画素信号の総数）｝×１００｝]を演算して、クリップ確率を算出する（ステップＳ２３）。
【００８７】
次に、システム制御部１１は、算出したクリップ確率に応じてクランプレベルを調整する。具体的には、クリップ確率から、ＡＤ変換部７に設定されているクランプレベルの調整量を算出し（ステップＳ２４）、算出した調整量をクランプレベルの初期値Ａに加算して、ＡＤ変換部７に設定するクランプレベルをＡ’に更新する（ステップＳ２５）。
【００８８】
クランプレベルの調整が終わると、システム制御部１１は、メカニカルシャッタＭＳを開けた後に撮像素子５の露光を開始し、メカニカルシャッタＭＳを閉じて露光を終了する（ステップＳ２６）。
【００８９】
露光が終了すると、システム制御部１１は、配線Ｖ１に読み出しパルスを供給して、撮像素子５の全ての光電変換素子から垂直電荷転送部５３に電荷を読み出す（ステップＳ２７）。その後、システム制御部１１は、垂直電荷転送部５３及び水平電荷転送部５４を駆動して、全ての光電変換素子行から読み出された電荷に応じた撮像信号（画像データ生成のために用いる撮像信号）を撮像素子５から出力させる（ステップＳ１０）。
【００９０】
撮像素子５から出力された撮像信号は、その出力順にしたがって、ＣＤＳ６ａでリセットノイズが除去され、ＰＧＡ６ｂで増幅され、ＡＤ変換部７に入力される。そして、この撮像信号のうち、黒レベル検出用光電変換素子５２から出力された撮像信号については、その撮像信号がクランプレベルＡ’にクランプされてデジタル信号に変換される。デジタル変換後の撮像信号はメインメモリ１６に記憶される。
【００９１】
デジタル信号処理部１７では、（Ｍ＋１）行目〜（Ｍ＋Ｎ）行目までの各光電変換素子行から得られた撮像信号のうち、被写体からの光に応じた撮像信号（光電変換素子５１から得られた撮像信号）の黒レベル補正を行う。具体的には、各光電変換素子行の黒レベル検出用光電変換素子５２から得られた撮像信号の平均を求めてこれを当該光電変換素子行の黒レベルとする。そして、当該光電変換素子行の各光電変換素子５１から得られた撮像信号から該黒レベルを減算して黒レベルを補正する。
【００９２】
黒レベル補正後、デジタル信号処理部１７は、同時化処理、ＲＧＢ／ＹＣ変換処理等を行って画像データを生成する。生成された画像データは圧縮されて記録媒体２１に記録される。以上のような動作により、第三のモードによる撮像が終了する。
【００９３】
以上のように、このデジタルカメラによれば、ＡＤ変換部７から出力される複数個の黒画素信号のうち、出力値がゼロとなる黒画素信号の占める割合であるクリップ確率に応じてクランプレベルを調整することができる。
【００９４】
一般に、ＡＤ変換部７で発生する下限クリップは、アナログゲイン、温度、及び露光時間の組み合わせで程度が変化する。したがって、これら３つの条件に応じてクランプレベルを調整しようとすると、制御が複雑になる。また、温度情報は正確に取得することが難しい。また、これら３つの条件とクリップ確率の相関性はデジタルカメラによって個体差があり、３つの条件からクランプレベル調整量へ変換する構成を個々のデジタルカメラ毎に最適化することは難しい。
【００９５】
図１のデジタルカメラによれば、クランプレベルの調整を、クリップ確率だけを入力値として行うため、制御が複雑になることはなく、簡便な構成で画質向上を実現することができる。また、撮像時又は撮像時に近い状態で求めたクリップ確率に応じてクランプレベルを調整しているため、デジタルカメラ毎に個体差があったとしても、クランプレベルを精度良く調整することができる。
【００９６】
また、このデジタルカメラによれば、アナログゲインと被写体の輝度とによって、第一のモード、第二のモード、及び第三のモードの３つのパターンにしたがってクランプレベルの調整を行っているため、撮影条件に応じた最適な処理を実施することができる。
【００９７】
アナログゲインが閾値よりも低い場合は、ＰＧＡ６ｂで増幅後の黒画素信号のバラつきがあまり大きくならない。このため、クリップ確率を求めるために撮像素子５から出力させる黒画素信号の数が少なくても、信頼性の高い計算結果を得ることができる。そこで、このような場合には、１行目からＭ行目までの光電変換素子行から得られた黒画素信号だけを用いてクリップ確率を求める第一のモードで撮像を実施することとしている。このようにすることで、黒レベル補正精度を向上させながら、撮像の開始から終了までの時間を短縮することができる。
【００９８】
また、アナログゲインが閾値以上の場合は、ＰＧＡ６ｂで増幅後の黒画素信号のバラつきが大きくなる。このため、信頼性の高い計算結果を得るには、クリップ確率を求めるために撮像素子５から出力させる黒画素信号の数を多くすることが好ましい。そこで、このような場合には、１行目から（Ｍ＋Ｎ）行目までの光電変換素子行から得られた１画面分の黒画素信号を用いてクリップ確率を求める第二のモード又は第三のモードで撮像を実施することとしている。このようにすることで、アナログゲインが高い場合、すなわち高感度撮影の場合でも、黒レベル補正精度を向上させることができる。
【００９９】
なお、ＣＣＤ型の撮像素子５においては、被写体の輝度が閾値よりも高い場合にスミアが発生する可能性がある。第二のモードでは、露光終了後に空転送を行って黒画素信号を得ているため、スミアが発生すると、黒画素信号の値が正確に得られなくなってしまう。そこで、被写体の輝度が閾値よりも高い場合には、露光前に撮像素子５を遮光した状態で１画面分の黒画素信号を取得する第三のモードで撮像を実施することとしている。このようにすることで、スミアの影響を受けることなく、クランプレベルを正確に調整することができる。
【０１００】
以上の説明では、撮像素子５をＣＣＤ型としたが、ＭＯＳ型であっても良い。ＭＯＳ型を用いた場合には、スミアは発生しないため、被写体の輝度に応じて第二のモードと第三のモードを分ける必要はなく、いずれかを実施すれば良い。また、ＭＯＳ型の撮像素子は、出力読み出し順序の自由度が高く、黒画素信号だけを繰り返し読み出すことも可能であるため、便利である。
【０１０１】
また、第二のモードと第三のモードのそれぞれにおいて、撮像素子５に含まれる全ての光電変換素子の数分（１画面分）の黒画素信号ではなく、その一部の黒画素信号（例えば半分の光電変換素子行分の信号）を取得し、この黒画素信号からクリップ確率を演算する構成としても良い。その際、クリップ確率の計算に使用しない黒画素信号は、高速掃き出し駆動等で除去しても良い。このようにすることで、撮像終了までの時間を短縮することができる。
【０１０２】
また、第二のモードと第三のモードでは、読み出しパルスを印加する前に、黒画素信号の取得及びクリップ確率の演算を何度でも実施して良い。クリップ確率を複数回演算することで、黒レベル補正精度をより向上させることができる。
【０１０３】
次に、上述してきたデジタルカメラの変形例を説明する。
【０１０４】
この変形例のデジタルカメラの構成は、図１に示したものとほぼ同じである。この変形例のデジタルカメラが図１のデジタルカメラと異なる点は、システム制御部１１が、クリップ確率に応じてクランプレベルを調整するクランプレベル調整部として機能する代わりに、クリップ確率に応じてＰＧＡ６ｂのアナログゲインを調整するアナログゲイン調整部として機能する点である。
【０１０５】
また、この変形例のデジタルカメラでは、システム制御部１１がアナログゲインを調整してしまうため、このままでは、トータルのゲインが設定ゲインからずれてしまう。そこで、トータルのゲインを一定にするため、ＰＧＡ６ｂのアナログゲインが調整された場合に、デジタル信号処理部１７が、ＡＤ変換部７から出力されるデジタル信号を所定のデジタルゲインで増幅するデジタル信号増幅部としても機能するようにしている。デジタル信号処理部１７は、デジタルゲインとシステム制御部１１によって調整された後のアナログゲインとの和が一定（撮影時に設定されたトータルゲイン）となるように、デジタルゲインを設定するものとなっている。
【０１０６】
ＡＤ変換部７から出力されたｎ個の黒画素信号のヒストグラムが図８（ａ）に示すｈ２のようになっていた場合、クリップ確率が０％よりも大きくなる。このため、光電変換素子５１から得られた撮像信号から減算すべき黒レベルはクランプレベルａよりも大きくなってしまい、黒レベル補正を精度良く行うことが難しい。このような場合、この変形例のデジタルカメラのシステム制御部１１は、ＰＧＡ６ｂで設定するアナログゲインを、図８（ａ）のときよりも小さくする調整を行う。これにより、ＡＤ変換部７に入力される信号のバラつきが小さくなるため、図８（ｂ）に示すように、ヒストグラムｈ２の分布幅は狭くなり、クリップ確率を０％にすることができる。クリップ確率が０％になることで、クランプレベルと黒レベルとがほぼ一致するため、黒レベル補正を精度良く行うことが可能になる。
【０１０７】
クリップ確率に応じてアナログゲインを調整する具体的方法としては、黒レベル精度を許容できるクリップ確率の閾値（例えば５％）を設定しておき、クリップ確率がこの閾値を超えていた場合に、クリップ確率がこの閾値以下となるレベルまでアナログゲインを小さくする方法がある。なお、アナログゲインを小さくしすぎると、その分、デジタルゲインを大きくする必要があるため、ＳＮが劣化する可能性がある。そこで、黒レベル精度を許容できるクリップ確率の許容範囲（例えば２％〜５％）を設定しておき、クリップ確率が許容範囲外にあった場合に、この許容範囲内にクリップ確率が収まるようにアナログゲインを調整するようにしても良い。例えば、クリップ確率が５％より上のときは、クリップ確率が２％〜５％となるようにアナログゲインを小さくし、クリップ確率が２％より下のときは、クリップ確率が２％〜５％となるようにアナログゲインを大きくする。このようにすることで、黒レベル精度の低下を防ぎながらノイズを低減することができ、全体的な画質を良好なものにすることができる。
【０１０８】
調整後のアナログゲインの値は、システム制御部１１が演算によって得ても良いし、システム制御部１１がテーブルからデータを持ってくることで得ても良い。演算によって求める場合は、アナログゲインを最小単位ずつ変化させていったときの各アナログゲインにおけるクリップ確率のデータを予め求めておく。そして、このデータから、アナログゲインを最小単位で変化させたときのクリップ確率の変化量を求める。そして、この変化量から、クリップ確率を入力して、該クリップ確率が閾値以下又は許容範囲内となるようなアナログゲインの調整量を出力する関数を作成して、デジタルカメラに記憶しておけば良い。システム制御部１１が、この関数にクリップ確率を入力してアナログゲインの調整量を得た後、この調整量を、既に設定されているアナログゲインに加算してアナログゲインを調整すれば良い。
【０１０９】
テーブルによって得る場合は、クリップ確率とアナログゲインとを対応付けたテーブルをデジタルカメラに記憶しておく。そして、システム制御部１１が、求めたクリップ確率が閾値を越えていた場合、又は、許容範囲外であった場合に、クリップ確率が閾値以下又は許容範囲内となるアナログゲインを該テーブルから読み出してＰＧＡ６ｂに設定するようにしても良い。
【０１１０】
次に、デジタルカメラの撮影時の動作について説明する。図９は、変形例のデジタルカメラの動作を説明するためのフローチャートである。図９において図４と同様の処理には同一符号を付してある。図９に示すフローチャートは、図４に示したステップＳ７，Ｓ８の代わりにステップＳ７’，Ｓ８’，Ｓ９’を実施し、図４に示したステップＳ１６，Ｓ１７の代わりにステップＳ１６’，Ｓ１７’，Ｓ１８’を実施し、図４に示したステップＳ２４，Ｓ２５をステップＳ２４’，Ｓ２５’とし、図４に示したステップＳ２６とステップＳ２７の間にステップＳ２６’を追加したものとなっている。以下、変更点について第一のモード、第二のモード、第三のモードのそれぞれに分けて説明する。
【０１１１】
（第一のモード）
図１０は、変形例のデジタルカメラが第一のモードで撮像を行うときのタイミングチャートである。図１０において、“Ｖ１〜Ｖ４”は、配線Ｖ１〜Ｖ４に供給される信号を示している。“Ｈ１，Ｈ２”は、配線Ｈ１，Ｈ２に供給される信号を示している。“ＣＬＰ”は、システム制御部１１からＡＤ変換部７に供給される信号を示し、この信号がハイレベルのときに、ＡＤ変換部７ではクランプ処理が行われる。
【０１１２】
ステップＳ６でクリップ確率を算出した後、システム制御部１１は、算出したクリップ確率に応じてアナログゲインを調整する。具体的には、クリップ確率から、ＰＧＡ６ｂで設定されているアナログゲインの調整量を算出し（ステップＳ７’）、算出した調整量をアナログゲインの初期値Ｂに加算して、ＰＧＡ６ｂに設定するアナログゲインをＢ’に更新する（ステップＳ８’）。なお、このアナログゲインの更新作業は、次の光電変換素子（２行目の光電変換素子行）から信号が出力されるまでの間に行われる。
【０１１３】
アナログゲインの調整が終わると、デジタル信号処理部１７が、アナログゲインの調整量に応じてデジタルゲインを設定する（ステップＳ９’）。例えば、撮像信号にかけるべきトータルの設定ゲインがＸｄＢであり、調整後のアナログゲインが０．５ＸｄＢになっていた場合、デジタル信号処理部１７は、トータルゲインがＸとなるように、デジタルゲインを０．５ＸｄＢに設定する。
【０１１４】
アナログゲインが調整された後、２行目の光電変換素子行から黒画素信号が出力されると、その黒画素信号は、その出力順にしたがって、ＣＤＳ６ａでリセットノイズが除去され、ＰＧＡ６ｂにおいてアナログゲインＢ’で増幅され、ＡＤ変換部７に入力される。そして、この黒画素信号は、ＡＤ変換部７で所定レベルにクランプされてデジタル信号に変換され、メインメモリ１６に記憶される。
【０１１５】
ステップＳ９’の後、システム制御部１１は、参照する光電変換素子行を次の行とし（ステップＳ９）、ステップＳ４に処理を戻す。参照する光電変換素子行がＭ行目までは、ステップＳ４〜ステップＳ９までが繰り返し実行される。（Ｍ＋１）行目を参照行とした時点で、画像データの生成に用いる撮像信号（（Ｍ＋１）行目以降の各光電変換素子行から出力される撮像信号）に適用するアナログゲイン（このアナログゲインをＢ’’とする）とデジタルゲインが確定する。
【０１１６】
アナログゲインがＢ’に確定した後は、画像データの生成に用いる撮像信号（（Ｍ＋１）行目以降の各光電変換素子行の撮像信号）が撮像素子５から出力させる（ステップＳ１０）。
【０１１７】
（Ｍ＋１）行目以降の各光電変換素子行から出力された撮像信号は、その出力順にしたがって、ＣＤＳ６ａでリセットノイズが除去され、ＰＧＡ６ｂにおいてアナログゲインＢ’’で増幅され、ＡＤ変換部７に入力される。そして、ＡＤ変換部７では、各光電変換素子行のうち、黒レベル検出用光電変換素子５２から出力された撮像信号については、その撮像信号が所定のクランプレベルにクランプされてデジタル信号に変換される。デジタル変換後の撮像信号はメインメモリ１６に記憶される。
【０１１８】
デジタル信号処理部１７は、（Ｍ＋１）行目〜（Ｍ＋Ｎ）行目までの各光電変換素子行から得られた撮像信号のうち、被写体からの光に応じた撮像信号（光電変換素子５１から得られた撮像信号）の黒レベル補正を行う。具体的には、各光電変換素子行の黒レベル検出用光電変換素子５２から得られた撮像信号の値の平均を求めてこれを当該光電変換素子行の黒レベルとする。そして、当該光電変換素子行の各光電変換素子５１から得られた撮像信号の値から該黒レベルを減算して黒レベルを補正する。
【０１１９】
黒レベル補正後、デジタル信号処理部１７は、各光電変換素子５１から得られた撮像信号をステップＳ９’で設定したデジタルゲインで増幅する。その後、同時化処理、ＲＧＢ／ＹＣ変換処理等を行って画像データを生成する。生成された画像データは圧縮されて記録媒体２１に記録される。以上のような動作により、第一のモードによる撮像が終了する。
【０１２０】
（第二のモード）
図１１は、変形例のデジタルカメラが第二のモードで撮像を行うときのタイミングチャートである。図１１において、“Ｖ１〜Ｖ４”は、配線Ｖ１〜Ｖ４に供給される信号を示している。“Ｈ１，Ｈ２”は、配線Ｈ１，Ｈ２に供給される信号を示している。“ＣＬＰ”は、システム制御部１１からＡＤ変換部７に供給される信号を示し、この信号がハイレベルのときに、ＡＤ変換部７ではクランプ処理が行われる。“メカシャッタ”はメカニカルシャッタＭＳの開閉状態を示している。
【０１２１】
ステップＳ１５でクリップ確率を算出した後、システム制御部１１は、算出したクリップ確率に応じてアナログゲインを調整する。具体的には、クリップ確率から、ＰＧＡ６ｂに設定されているアナログゲインの調整量を算出し（ステップＳ１６’）、算出した調整量をクランプレベルの初期値Ｂに加算して、ＰＧＡ６ｂに設定するアナログゲインをＢ’に更新する（ステップＳ１７’）。
【０１２２】
アナログゲインの調整が終わると、デジタル信号処理部１７が、アナログゲインの調整量に応じてデジタルゲインを設定する（ステップＳ１８’）。
【０１２３】
デジタルゲインの設定が終わると、システム制御部１１が、配線Ｖ１に読み出しパルスを供給して、撮像素子５の全ての光電変換素子から垂直電荷転送部５３に電荷を読み出す（ステップＳ１８）。その後、システム制御部１１は、垂直電荷転送部５３及び水平電荷転送部５４を駆動して、全ての光電変換素子行から読み出された電荷に応じた撮像信号（画像データ生成のために用いる撮像信号）を撮像素子５から出力させる（ステップＳ１０）。
【０１２４】
撮像素子５から出力された撮像信号は、その出力順にしたがって、ＣＤＳ６ａでリセットノイズが除去され、ＰＧＡ６ｂにおいてアナログゲインＢ’で増幅され、ＡＤ変換部７に入力される。そして、この撮像信号のうち、黒レベル検出用光電変換素子５２から出力された撮像信号については、その撮像信号が所定レベルにクランプされてデジタル信号に変換される。デジタル変換後の撮像信号はメインメモリ１６に記憶される。
【０１２５】
デジタル信号処理部１７は、（Ｍ＋１）行目〜（Ｍ＋Ｎ）行目までの各光電変換素子行から得られた撮像信号のうち、被写体からの光に応じた撮像信号（光電変換素子５１から得られた撮像信号）の黒レベル補正を行う。具体的には、各光電変換素子行の黒レベル検出用光電変換素子５２から得られた撮像信号の平均を求めてこれを当該光電変換素子行の黒レベルとする。そして、当該光電変換素子行の各光電変換素子５１から得られた撮像信号から該黒レベルを減算して黒レベルを補正する。
【０１２６】
黒レベル補正後、デジタル信号処理部１７は、各光電変換素子５１から得られた撮像信号を、ステップＳ１８’で設定したデジタルゲインで増幅する。その後、同時化処理、ＲＧＢ／ＹＣ変換処理等を行って画像データを生成する。生成された画像データは圧縮されて記録媒体２１に記録される。以上のような動作により、第二のモードによる撮像が終了する。
【０１２７】
（第三のモード）
図１２は、変形例のデジタルカメラが第三のモードで撮像を行うときのタイミングチャートである。図１２において、“Ｖ１〜Ｖ４”は、配線Ｖ１〜Ｖ４に供給される信号を示している。“Ｈ１，Ｈ２”は、配線Ｈ１，Ｈ２に供給される信号を示している。“ＣＬＰ”は、システム制御部１１からＡＤ変換部７に供給される信号を示し、この信号がハイレベルのときに、ＡＤ変換部７ではクランプ処理が行われる。“メカシャッタ”はメカニカルシャッタＭＳの開閉状態を示している。
【０１２８】
ステップＳ２３でクリップ確率を算出した後、システム制御部１１は、算出したクリップ確率に応じてアナログゲインを調整する。具体的には、クリップ確率から、ＰＧＡ６ｂに設定されているアナログゲインの調整量を算出し（ステップＳ２４’）、算出した調整量をアナログゲインの初期値Ｂに加算して、ＰＧＡ６ｂに設定するアナログゲインをＢ’に更新する（ステップＳ２５’）。
【０１２９】
アナログゲインの調整が終わると、システム制御部１１は、メカニカルシャッタＭＳを開けて撮像素子５の露光を開始し、メカニカルシャッタＭＳを閉じて露光を終了する（ステップＳ２６）。
【０１３０】
露光が終了すると、デジタル信号処理部１７が、アナログゲインの調整量に応じて、デジタルゲインを設定する（ステップＳ２６’）。
【０１３１】
デジタルゲインの設定が終了すると、システム制御部１１は、配線Ｖ１に読み出しパルスを供給して、撮像素子５の全ての光電変換素子から電荷を垂直電荷転送部５３に読み出す（ステップＳ２７）。その後、システム制御部１１は、垂直電荷転送部５３及び水平電荷転送部５４を駆動して、全ての光電変換素子行から読み出された電荷に応じた撮像信号（画像データ生成のために用いる撮像信号）を撮像素子５から出力させる（ステップＳ１０）。
【０１３２】
撮像素子５から出力された撮像信号は、その出力順にしたがって、ＣＤＳ６ａでリセットノイズが除去され、ＰＧＡ６ｂにおいてアナログゲインＢ’で増幅され、ＡＤ変換部７に入力される。そして、この撮像信号のうち、黒レベル検出用光電変換素子５２から出力された撮像信号については、その撮像信号が所定レベルにクランプされてデジタル信号に変換される。デジタル変換後の撮像信号はメインメモリ１６に記憶される。
【０１３３】
デジタル信号処理部１７では、（Ｍ＋１）行目〜（Ｍ＋Ｎ）行目までの各光電変換素子行から得られた撮像信号のうち、被写体からの光に応じた撮像信号（光電変換素子５１から得られた撮像信号）の黒レベル補正を行う。具体的には、各光電変換素子行の黒レベル検出用光電変換素子５２から得られた撮像信号の平均を求めてこれを当該光電変換素子行の黒レベルとする。そして、当該光電変換素子行の各光電変換素子５１から得られた撮像信号から該黒レベルを減算して黒レベルを補正する。
【０１３４】
黒レベル補正後、デジタル信号処理部１７は、各光電変換素子５１から得られた撮像信号を、ステップＳ２６’で設定したデジタルゲインで増幅する。その後、同時化処理、ＲＧＢ／ＹＣ変換処理等を行って画像データを生成する。生成された画像データは圧縮されて記録媒体２１に記録される。以上のような動作により、第三のモードによる撮像が終了する。
【０１３５】
以上のように、クランプレベルの代わりにアナログゲインを調整することでも、黒レベル補正の精度を向上させて、画質を向上させることができる。クリップ確率に応じてアナログゲインを調整する方法は、クランプレベルを調整する方法と比べて、ヒストグラムの分布がＡＤ変換部７の上限値側に広がらないため、階調表現を豊かにすることができる。一方、クリップ確率に応じてクランプレベルを調整する方法は、アナログゲインを調整する方法と比べて、デジタルゲインを大きくする必要がないため、ＳＮを向上させることができる。
【０１３６】
なお、デジタルカメラが、クリップ確率に応じてクランプレベルを調整する方法と、クリップ確率に応じてアナログゲインを調整する方法とを両方実施するようにしても良い。例えば、デジタルカメラに、図４に示すフローで動作するＳＮ優先モードと、図９に示すフローで動作する階調優先モードとを設け、設定されたモードで撮像を行うようにすれば良い。このようにすることで、ユーザの好みにあった画像を得ることができるようになる。
【０１３７】
これまで説明してきたように、本明細書には次の事項が開示されている。
【０１３８】
開示された撮像装置は、撮像素子と、前記撮像素子から出力されるアナログの撮像信号を所定のアナログゲインで増幅する増幅部と、前記増幅部から出力される撮像信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換部とを備え、前記ＡＤ変換部は、前記増幅部から出力される撮像信号のうち、被写体からの光によらない信号である黒画素信号を設定レベルにクランプしてデジタル信号に変換するものであり、前記撮像素子から前記黒画素信号を複数個出力させる制御を行う黒画素信号出力制御部と、前記デジタル信号に変換された前記複数個の黒画素信号のうち、前記ＡＤ変換部の出力下限値となる信号の占める割合を求める出力下限値割合演算部と、前記割合に応じて前記設定レベルを調整するレベル調整部及び前記割合に応じて前記アナログゲインを調整するアナログゲイン調整部の少なくとも一方とを備える。
【０１３９】
この構成により、黒画素信号に占めるＡＤ変換部の出力下限値となる信号の割合に応じて設定レベル及びアナログゲインの少なくとも一方が調整されるため、簡便な制御で、黒レベル補正改善、色再現向上、ダイナミックレンジ最適化等を図ることができ、画質を向上させることができる。例えば、設定レベルを大きくすると、ＡＤ変換部の出力ヒストグラムが上限値側に移動するため、下限クリップが発生する確率を小さくすることができ、黒レベル補正を精度良く行うことができる。また、アナログゲインを小さくすると、ランダムノイズのバラつきが小さくなるため、ＡＤ変換部の出力ヒストグラム幅が狭くなり、下限クリップが発生する確率を小さくすることができ、黒レベル補正を精度良く行うことができる。また、例えば、上記割合が少ない露光条件では、下限クリップによる画質への影響が少ないと考えられるため、設定レベル及びアナログゲインを既定値のままとすることで、階調を損なうことなく、黒レベル補正を精度良く行うことができる。
【０１４０】
開示された撮像装置は、前記アナログゲイン調整部が、前記割合が第一の閾値よりも大きいときに、前記割合が前記第一の閾値以下となるレベルまで前記アナログゲインを小さくする。
【０１４１】
この構成により、黒レベル補正を精度良く行うことができる。
【０１４２】
開示された撮像装置は、前記アナログゲイン調整部が、前記第一の閾値より小さい第二の閾値よりも前記割合が小さいときに、前記割合が前記第二の閾値以上前記第一の閾値以下となるレベルまで前記アナログゲインを大きくする。
【０１４３】
この構成により、黒レベル精度をそれほど落とすことなく、階調表現を豊かにすることができる。
【０１４４】
開示された撮像装置は、前記レベル調整部が、前記割合が第三の閾値よりも大きいときに、前記割合が前記第三の閾値以下となるレベルまで前記設定レベルを大きくする。
【０１４５】
この構成により、黒レベル補正を精度良く行うことができる。
【０１４６】
開示された撮像装置は、前記レベル調整部が、前記第三の閾値より小さい第四の閾値よりも前記割合が小さいときに、前記割合が前記第四の閾値以上前記第三の閾値以下となるレベルまで前記設定レベルを小さくする。
【０１４７】
この構成により、黒レベル精度をそれほど落とすことなく、階調表現を豊かにすることができる。
【０１４８】
開示された撮像装置は、前記アナログゲイン調整部によって前記アナログゲインの調整がなされた場合に、前記ＡＤ変換部から出力されるデジタル信号を所定のデジタルゲインで増幅するデジタル信号増幅部を備え、前記デジタル信号増幅部は、前記デジタルゲインと前記アナログゲイン調整部によって調整された後の前記アナログゲインとの和が一定となるように、前記デジタルゲインを設定する。
【０１４９】
この構成により、上記割合に応じてアナログゲインが増減されても、その増減分をデジタルゲインで調整することができ、トータルゲインを一定にして信号を増幅することができる。
【０１５０】
開示された撮像装置は、前記出力下限値割合演算部が、前記ＡＤ変換部から出力される前記複数個の黒画素信号のヒストグラムを求めて、前記割合を演算する。
【０１５１】
開示された撮像装置は、前記撮像素子が、被写体からの光に応じた信号を得るための光電変換素子と、黒レベルを検出するための黒レベル検出用光電変換素子とを含み、前記黒画素信号出力制御部が、前記黒レベル検出用光電変換素子で発生した電荷に応じた信号を前記黒画素信号として出力させる。
【０１５２】
開示された撮像装置は、前記撮像素子がＣＣＤ型であり、前記黒画素信号出力制御部が、前記撮像素子を遮光した状態で前記撮像素子に含まれる光電変換素子から電荷転送路に電荷を読み出さずに前記電荷転送路に発生している電荷を転送して、該電荷に応じた信号を前記黒画素信号として出力させる。
【０１５３】
開示された撮像装置は、前記撮像素子がＣＣＤ型であり、前記黒画素信号出力制御部が、前記撮像素子を遮光した状態で、被写体からの光に応じた信号を得るための光電変換素子及び黒レベルを検出するための黒レベル検出用光電変換素子から電荷転送路に読み出した電荷を転送して、該電荷に応じた信号を前記黒画素信号として出力させる撮像装置。
【０１５４】
開示された撮像装置は、前記撮像素子が、ＣＣＤ型であり、且つ、被写体からの光に応じた信号を得るための光電変換素子と、黒レベルを検出するための黒レベル検出用光電変換素子とを含み、前記黒画素信号出力制御部が、前記黒画素信号を出力させるために、第一の制御と第二の制御と第三の制御を実施可能であり、前記第一の制御が、前記黒レベル検出用光電変換素子で発生した電荷に応じた信号を前記黒画素信号として出力させる制御であり、前記第二の制御が、前記撮像素子を遮光した状態で前記撮像素子に含まれる光電変換素子から電荷転送路に電荷を読み出さずに前記電荷転送路に発生している電荷を転送して、該電荷に応じた信号を前記黒画素信号として出力させる制御であり、前記第三の制御が、前記撮像素子を遮光した状態で前記光電変換素子及び前記黒レベル検出用光電変換素子から電荷転送路に読み出した電荷を転送して、該電荷に応じた信号を前記黒画素信号として出力させる制御であり、前記黒画素信号出力制御部は、前記アナログゲインが閾値よりも小さいときに前記第一の制御を実施し、前記アナログゲインが前記閾値以上で且つ被写体輝度が所定値よりも小さいときに前記第二の制御を実施し、前記アナログゲインが前記閾値以上で且つ被写体輝度が前記所定値以上のときに前記第三の制御を実施する。
【０１５５】
開示された撮像装置は、前記割合から前記設定ゲイン及び前記アナログゲインの少なくとも一方の調整量を算出する調整量算出部を備える。
【０１５６】
開示された撮像方法は、撮像素子から出力されるアナログの撮像信号を所定のアナログゲインで増幅する増幅ステップと、前記増幅ステップで増幅後の撮像信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換ステップとを備え、前記ＡＤ変換ステップでは、前記増幅後の撮像信号のうち、被写体からの光によらない信号である黒画素信号を設定レベルにクランプしてデジタル信号に変換し、前記撮像素子から前記黒画素信号を複数個出力させる制御を行う黒画素信号出力制御ステップと、前記デジタル信号に変換された前記複数個の黒画素信号のうち、前記ＡＤ変換ステップでの出力下限値となる信号の占める割合を求める出力下限値割合演算ステップと、前記割合に応じて前記設定レベルを調整するレベル調整ステップ及び前記割合に応じて前記アナログゲインを調整するアナログゲイン調整ステップの少なくとも一方とを備える。
【０１５７】
開示された撮像方法は、前記アナログゲイン調整ステップでは、前記割合が第一の閾値よりも大きいときに、前記割合が前記第一の閾値以下となるレベルまで前記アナログゲインを小さくする。
【０１５８】
開示された撮像方法は、前記アナログゲイン調整ステップでは、前記第一の閾値より小さい第二の閾値よりも前記割合が小さいときに、前記割合が前記第二の閾値以上前記第一の閾値以下となるレベルまで前記アナログゲインを大きくする。
【０１５９】
開示された撮像方法は、前記レベル調整ステップでは、前記割合が第三の閾値よりも大きいときに、前記割合が前記第三の閾値以下となるレベルまで前記設定レベルを大きくする。
【０１６０】
開示された撮像方法は、前記レベル調整ステップでは、前記第三の閾値より小さい第四の閾値よりも前記割合が小さいときに、前記割合が前記第四の閾値以上前記第三の閾値以下となるレベルまで前記設定レベルを小さくする。
【０１６１】
開示された撮像方法は、前記アナログゲイン調整ステップで前記アナログゲインの調整がなされた場合に、前記ＡＤ変換ステップで変換されたデジタル信号を所定のデジタルゲインで増幅するデジタル信号増幅ステップを備え、前記デジタル信号増幅ステップでは、前記デジタルゲインと前記アナログゲイン調整ステップで調整された後の前記アナログゲインとの和が一定となるように、前記デジタルゲインを設定する。
【０１６２】
開示された撮像方法は、前記出力下限値割合演算ステップでは、前記ＡＤ変換ステップで変換後の前記複数個の黒画素信号のヒストグラムを求めて、前記割合を演算する。
【０１６３】
開示された撮像方法は、前記撮像素子が、被写体からの光に応じた信号を得るための光電変換素子と、黒レベルを検出するための黒レベル検出用光電変換素子とを含み、前記黒画素信号出力制御ステップでは、前記黒レベル検出用光電変換素子で発生した電荷に応じた信号を前記黒画素信号として出力させる。
【０１６４】
開示された撮像方法は、前記撮像素子がＣＣＤ型であり、前記黒画素信号出力制御ステップでは、前記撮像素子を遮光した状態で前記撮像素子に含まれる光電変換素子から電荷転送路に電荷を読み出さずに前記電荷転送路に発生している電荷を転送して、該電荷に応じた信号を前記黒画素信号として出力させる。
【０１６５】
開示された撮像方法は、前記撮像素子がＣＣＤ型であり、前記黒画素信号出力制御ステップでは、前記撮像素子を遮光した状態で、被写体からの光に応じた信号を得るための光電変換素子及び黒レベルを検出するための黒レベル検出用光電変換素子から電荷転送路に読み出した電荷を転送して、該電荷に応じた信号を前記黒画素信号として出力させる。
【０１６６】
開示された撮像方法は、前記撮像素子が、ＣＣＤ型であり、且つ、被写体からの光に応じた信号を得るための光電変換素子と、黒レベルを検出するための黒レベル検出用光電変換素子とを含み、前記黒画素信号出力制御ステップでは、前記黒画素信号を出力させるために、第一の制御と第二の制御と第三の制御を実施可能であり、前記第一の制御が、前記黒レベル検出用光電変換素子で発生した電荷に応じた信号を前記黒画素信号として出力させる制御であり、前記第二の制御が、前記撮像素子を遮光した状態で前記撮像素子に含まれる光電変換素子から電荷転送路に電荷を読み出さずに前記電荷転送路に発生している電荷を転送して、該電荷に応じた信号を前記黒画素信号として出力させる制御であり、前記第三の制御が、前記撮像素子を遮光した状態で前記光電変換素子及び前記黒レベル検出用光電変換素子から電荷転送路に読み出した電荷を転送して、該電荷に応じた信号を前記黒画素信号として出力させる制御であり、前記黒画素信号出力制御ステップでは、前記アナログゲインが閾値よりも小さいときに前記第一の制御を実施し、前記アナログゲインが前記閾値以上で且つ被写体輝度が所定値よりも小さいときに前記第二の制御を実施し、前記アナログゲインが前記閾値以上で且つ被写体輝度が前記所定値以上のときに前記第三の制御を実施する。
【０１６７】
開示された撮像方法は、前記割合から前記設定ゲイン及び前記アナログゲインの少なくとも一方の調整量を算出する調整量算出ステップを備える。
【符号の説明】
【０１６８】
５ 撮像素子
６ｂ 増幅部
７ ＡＤ変換部
１１ システム制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置及び撮像方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤ型及びＣＭＯＳ型のイメージセンサ等の撮像素子は、一般に、水平方向に並ぶ多数の光電変換素子からなる光電変換素子ラインを、水平方向に直交する垂直方向に多数並べた構成となっており、各光電変換素子ラインの端部にある複数の光電変換素子は遮光された構成となっている。このような撮像素子を搭載する撮像装置では、撮像素子から出力される水平１ライン分の撮像信号のうち、遮光した光電変換素子から得られた信号である黒画素信号を所定の目標レベル（以下、クランプレベルという）にクランプし、そのクランプレベルを基準として、その後の信号処理を行っている。
【０００３】
黒画素信号のクランプ方法としては、各光電変換素子ラインから撮像信号が出力される毎に、その１ライン分の撮像信号に含まれる黒画素信号のデジタル変換後の信号をクランプレベルと比較して、黒画素信号のクランプレベルからの誤差を算出し、この誤差がなくなるような補正量を、デジタル変換前の撮像信号に加算する方法が一般的である。
【０００４】
また、撮像装置には、撮像素子から出力されたアナログ信号を増幅する増幅器と、増幅されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換器とが含まれている。上述したクランプ処理は、ＡＤ変換器にて行われる。近年の撮像装置の高感度化に伴い、増幅器で設定可能なゲインの値が上昇してきている。ゲインが高くなると、ランダムノイズによる信号レベルのバラつきが大きくなる。図１３は、ＡＤ変換器から出力される黒画素信号のヒストグラムの一例を示した図である。図１３の横軸はＡＤ変換後の信号値を示している。図１３の縦軸は、出力された各信号値の数を示している。
【０００５】
図１３（ａ）に示したヒストグラムｈ１は、ランダムノイズによる信号レベルのバラつきが大きいときのヒストグラムの一例を示している。信号レベルのバラつきが大きいと、ヒストグラムの幅が広くなるため、図１３（ａ）に示すように、特に低輝度部において、出力値がマイナスとなる黒画素信号が発生する。しかし、ＡＤ変換器には、出力できる上限値と下限値が存在する。例えば、ＡＤ変換出力を符号なし１６ｂｉｔとすると、上限出力と下限出力はそれぞれ６５５３５，０となる。このため、マイナスとなった黒画素信号は下限値である０にクリップされてしまい、ヒストグラムｈ１は、実際には図１３（ｂ）に示すヒストグラムｈ２のようになる。この結果、低輝度部が実際の信号レベルよりも高めにデジタル変換される現象（以下、この現象を下限クリップと言う）が発生する。
【０００６】
ＡＤ変換器で行われる上述したクランプ処理は、予め設定したクランプレベル付近に図１３に示したヒストグラムｈ１，ｈ２のピークがくるように、入力される黒画素信号をクランプレベルに固定する処理とも言うことができる。ヒストグラムｈ１は、クランプレベルを“ａ”としてクランプ処理したときにＡＤ変換して得られるヒストグラムとなっている。ヒストグラムｈ１で示される各黒画素信号の平均値を求め、この平均値が、後の黒レベル補正（被写体からの光に応じて光電変換素子で発生した信号から、黒レベルを減算する補正）で用いる黒レベルとなる。ＡＤ変換出力がヒストグラムｈ１のようになっていれば、ＡＤ変換後の黒画素信号の平均値とクランプレベルａとの差は小さいため、黒レベル補正を精度良く行うことが可能である。しかし、実際には、図１３（ｂ）のように、ヒストグラムはｈ２のようになるため、ヒストグラムｈ２で示される各黒画素信号の平均値は、クランプレベルａよりも大きくなってしまう。この結果、黒レベル補正が正確に行われなくなり、画質が劣化する。
【０００７】
特許文献１には、下限クリップが発生しやすい露光条件でのみクランプレベルを上昇させることで、下限クリップが発生することによる画質劣化を防止する技術が開示されている。しかし、この技術は、ゲイン、温度、及び露光時間等の露光条件に応じてクランプレベルを上昇させているため、変数が多く、制御が困難になる。また、露光条件や撮像装置の個体差によってクランプレベルを上昇させる条件が異なるため、それらの条件に個別の上昇量を与えるためには制御がさらに複雑化する。あらゆる露光条件で下限クリップが発生しないよう、クランプレベルを予め大きめに設定しておく方法もある。しかし、これでは、クランプレベルを大きくしなくても良い露光条件においても、ヒストグラムの分布がＡＤ変換出力の上限値に近づくため、高輝度部の階調が失われてしまう。
【０００８】
特許文献２には、遮光画素から得られるデータの標準偏差を用いることで、黒つぶれを防止する技術が開示されている。しかし、この技術が扱えるデータは、ＡＤ変換後のデータが現実的であり、ＡＤ変換時の下限クリップの影響を排除することはできない。むしろ、下限クリップが発生したデータを用いて標準偏差を求めることになるため、ゼロにクリップされる信号成分が増加すると、黒レベル補正時に補正不足や過補正が発生する恐れがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−１１０４８６号公報
【特許文献２】特開２００６−６７０１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、必要以上に階調を損なうことなく、撮影に応じて最適な画質を簡便に得ることが可能な撮像装置及び撮像方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の撮像装置は、撮像素子と、前記撮像素子から出力されるアナログの撮像信号を所定のアナログゲインで増幅する増幅部と、前記増幅部から出力される撮像信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換部とを備え、前記ＡＤ変換部は、前記増幅部から出力される撮像信号のうち、被写体からの光によらない信号である黒画素信号を設定レベルにクランプしてデジタル信号に変換するものであり、前記撮像素子から前記黒画素信号を複数個出力させる制御を行う黒画素信号出力制御部と、前記デジタル信号に変換された前記複数個の黒画素信号のうち、前記ＡＤ変換部の出力下限値となる信号の占める割合を求める出力下限値割合演算部と、前記割合に応じて前記設定レベルを調整するレベル調整部及び前記割合に応じて前記アナログゲインを調整するアナログゲイン調整部の少なくとも一方とを備える。
【００１２】
本発明の撮像方法は、撮像素子から出力されるアナログの撮像信号を所定のアナログゲインで増幅する増幅ステップと、前記増幅ステップで増幅後の撮像信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換ステップとを備え、前記ＡＤ変換ステップでは、前記増幅後の撮像信号のうち、被写体からの光によらない信号である黒画素信号を設定レベルにクランプしてデジタル信号に変換し、前記撮像素子から前記黒画素信号を複数個出力させる制御を行う黒画素信号出力制御ステップと、前記デジタル信号に変換された前記複数個の黒画素信号のうち、前記ＡＤ変換ステップでの出力下限値となる信号の占める割合を求める出力下限値割合演算ステップと、前記割合に応じて前記設定レベルを調整するレベル調整ステップ及び前記割合に応じて前記アナログゲインを調整するアナログゲイン調整ステップの少なくとも一方とを備える。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、必要以上に階調を損なうことなく、撮影に応じて最適な画質を簡便に得ることが可能な撮像装置及び撮像方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態を説明するための撮像装置の一例であるデジタルカメラの概略構成を示す図
【図２】図１に示す撮像素子の構成例を示した平面模式図
【図３】クランプレベルを調整することによるＡＤ変換部の出力ヒストグラムの変化を説明するための図
【図４】図１に示すデジタルカメラの動作を説明するためのフローチャート
【図５】図１のデジタルカメラが第一のモードで撮像を行うときのタイミングチャート
【図６】図１のデジタルカメラが第二のモードで撮像を行うときのタイミングチャート
【図７】図１のデジタルカメラが第三のモードで撮像を行うときのタイミングチャート
【図８】アナログゲインを調整することによるＡＤ変換部の出力ヒストグラムの変化を説明するための図
【図９】変形例のデジタルカメラの動作を説明するためのフローチャート
【図１０】変形例のデジタルカメラが第一のモードで撮像を行うときのタイミングチャート
【図１１】変形例のデジタルカメラが第二のモードで撮像を行うときのタイミングチャート
【図１２】変形例のデジタルカメラが第三のモードで撮像を行うときのタイミングチャート
【図１３】ＡＤ変換器から出力される黒画素信号のヒストグラムの一例を示した図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。以下に説明する撮像装置は、デジタルカメラやデジタルビデオカメラ等の撮像装置、電子内視鏡や携帯電話機等に内臓される撮像ユニットである。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態を説明するための撮像装置の一例であるデジタルカメラの概略構成を示す図である。
図示するデジタルカメラの撮像系は、撮影レンズ１と、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）型の撮像素子５と、この両者の間に設けられた絞り２と、赤外線カットフィルタ３と、光学ローパスフィルタ４と、撮影レンズ１の前に配置されたメカニカルシャッタＭＳとを備える。
【００１７】
デジタルカメラの電気制御系全体を統括制御するシステム制御部１１は、フラッシュ発光部１２及び受光部１３を制御し、レンズ駆動部８を制御して撮影レンズ１の位置をフォーカス位置に調整したりズーム調整を行ったりし、絞り駆動部９を介し絞り２の開口量を制御して露光量調整を行う。
【００１８】
また、システム制御部１１は、シャッタ駆動部Ｓを制御してメカニカルシャッタＭＳを開けて撮像素子５に光が入る状態にしたり、メカニカルシャッタＭＳを閉じて撮像素子５を完全に遮光した状態にしたりする。
【００１９】
また、システム制御部１１は、撮像素子駆動部１０を介して撮像素子５を駆動し、撮影レンズ１を通して撮像した被写体像を撮像信号として出力させる。システム制御部１１には、操作部１４を通してユーザからの指示信号が入力される。
【００２０】
デジタルカメラの電気制御系は、更に、相関二重サンプリング処理部（ＣＤＳ）６ａと、増幅部（ＰＧＡ）６ｂと、ＡＤ変換部７とを備え、これらはシステム制御部１１によって制御される。
【００２１】
ＣＤＳ６ａは、撮像素子５から出力される撮像信号に対して相関二重サンプリング処理を行ってリセットノイズを除去する。
【００２２】
ＰＧＡ６ｂは、ＣＤＳ６ａから出力された撮像信号を所定のアナログゲインで増幅する。このアナログゲインは、デジタルカメラに設定可能なＩＳＯ感度に応じて設定される。
【００２３】
ＡＤ変換部７は、ＰＧＡ６ｂから出力されたアナログの撮像信号をデジタル信号に変換して出力する。
【００２４】
更に、このデジタルカメラの電気制御系は、メインメモリ１６と、メインメモリ１６に接続されたメモリ制御部１５と、ＡＤ変換部７から出力された撮像信号に対して所定のデジタル信号処理を施して画像データを生成するデジタル信号処理部１７と、デジタル信号処理部１７で生成された画像データをＪＰＥＧ形式に圧縮したり圧縮画像データを伸張したりする圧縮伸張処理部１８と、測光データを積算しデジタル信号処理部１７が行うホワイトバランス補正のゲインを求める積算部１９と、着脱自在の記録媒体２１が接続される外部メモリ制御部２０と、カメラ背面等に搭載された液晶表示部２３が接続される表示制御部２２とを備える。メモリ制御部１５、デジタル信号処理部１７、圧縮伸張処理部１８、積算部１９、外部メモリ制御部２０、及び表示制御部２２は、制御バス２４及びデータバス２５によって相互に接続され、システム制御部１１からの指令によって制御される。
【００２５】
図２は、図１に示す撮像素子の構成例を示した平面模式図である。
【００２６】
図２に示す撮像素子５は、光電変換素子５１と、黒レベル検出用光電変換素子５２と、垂直電荷転送部５３と、水平電荷転送部５４と、出力部５５とを備える。
【００２７】
光電変換素子５１は、被写体からの光に応じた信号を得るためのものであり、受光面上方に設けられる遮光膜（不図示）には開口が設けられ、この開口から光が入射するようになっている。
【００２８】
黒レベル検出用光電変換素子５２は、撮像信号の基準となる黒のレベル（以下、黒レベル）を検出するためのものであり、その上方に設けられる遮光膜によって光が入射しないようになっている。
【００２９】
光電変換素子５１と黒レベル検出用光電変換素子５２は、半導体基板の行方向とこれに直交する列方向に二次元状（図２の例では正方格子状）に配設されている。光電変換素子５１と黒レベル検出用光電変換素子５２を総称して光電変換素子と呼ぶと、図２の例では、行方向に並ぶ複数の光電変換素子からなる光電変換素子行が列方向に複数配列された構成、または、列方向に並ぶ複数の光電変換素子からなる光電変換素子列が行方向に複数配列された構成となっている。
【００３０】
光電変換素子行のうち、水平電荷転送部５４側から数えてＭ行目までの光電変換素子行の各光電変換素子は、全て黒レベル検出用光電変換素子５２となっている。
【００３１】
光電変換素子行のうち、水平電荷転送部５４側から数えて（Ｍ＋１）行目からＮ行目までの各光電変換素子行には、光電変換素子５１と黒レベル検出用光電変換素子５２とが含まれている。この各光電変換素子行には複数の黒レベル検出用光電変換素子５２が含まれており、この複数の黒レベル検出用光電変換素子５２は該各光電変換素子行の端部（水平電荷転送部５４の電荷転送方向上流側の端部、図中の右端部）に配置されている。
【００３２】
垂直電荷転送部５３は、各光電変換素子列に対応して設けられており、対応する光電変換素子列の各光電変換素子で発生した電荷を水平電荷転送部５４に向かって列方向に転送する。垂直電荷転送部５３は、半導体基板内に列方向に延びて形成された垂直転送チャネル（不図示）と、この垂直転送チャネルの上方に列方向に配列された複数の垂直転送電極５３ａとで構成されている。
【００３３】
垂直転送チャネルと、それに対応する光電変換素子との間には、該光電変換素子から該垂直転送チャネルに電荷を読み出すための電荷読み出し部（不図示）が形成されている。
【００３４】
垂直転送電極５３ａには、配線Ｖ１が接続されるものと、配線Ｖ２が接続されるものと、配線Ｖ３が接続されるものと、配線Ｖ４が接続されるものとがある。これら配線Ｖ１〜Ｖ４に４相のパルスが印加されることで、垂直転送チャネルでの電荷転送動作が制御される。配線Ｖ１が接続される垂直転送電極５３ａは、電荷読み出し部も覆っており、ここに読み出しパルスが印加されることで、光電変換素子から垂直転送チャネルに電荷が読み出される。
【００３５】
水平電荷転送部５４は、各垂直電荷転送部５３で転送されてきた電荷を出力部５５に向かって行方向に転送する。水平電荷転送部５４は、半導体基板内に行方向に延びて形成された水平転送チャネル（不図示）と、この水平転送チャネル上方に行方向に配列された複数の水平転送電極５４ａとで構成されている。
【００３６】
水平転送電極５４ａには、配線Ｈ１が接続されるものと、配線Ｈ２が接続されるものとがある。これら配線Ｈ１，Ｈ２に２相のパルスが印加されることで、水平転送チャネルでの電荷転送動作が制御される。
【００３７】
出力部５５は、水平電荷転送部５４を転送されてきた電荷を、その電荷量に応じた信号に変換して出力する。
【００３８】
システム制御部１１は、撮像時に、撮像素子５から黒画素信号をｎ（ｎは２以上の自然数）個出力させる制御を行う黒画素信号出力制御部としても機能する。システム制御部１１は、操作部１４を介して行われる撮像指示に応じて、撮像素子５を３つのモード（第一のモード、第二のモード、第三のモード）のいずれかで駆動して被写体の撮像を実施する。
【００３９】
第一のモードは、撮像指示に応じて行う撮像素子５の露光終了後、全ての光電変換素子から電荷を読み出し、これを転送して、被写体からの光によらない信号である黒画素信号（黒レベル検出用光電変換素子５２から得られた信号）と、被写体からの光に応じた信号（光電変換素子５１から得られた信号）とを含む撮像信号を撮像素子５から出力させる制御である。
【００４０】
第二のモードは、撮像指示に応じて行う撮像素子５の露光終了後、全ての光電変換素子から電荷を読み出す前に、全ての光電変換素子から電荷を読み出さずに垂直電荷転送部５３及び水平電荷転送部５４を駆動して空転送を行う。そして、この空転送により、被写体からの光によらない撮像信号である黒画素信号のみを撮像素子５から出力させる。その後、全ての光電変換素子から電荷を読み出し、これを転送して撮像信号を撮像素子５から出力させる制御である。
【００４１】
第三のモードは、撮像指示に応じて行う撮像素子５の露光開始前に、メカニカルシャッタＭＳを閉じて撮像素子５を遮光する。そして、この状態で、全ての光電変換素子から電荷を読み出して垂直電荷転送部５３及び水平電荷転送部５４を駆動する。これにより、被写体からの光によらない撮像信号である黒画素信号のみを撮像素子５から出力させる。その後、メカニカルシャッタＭＳを開けて撮像素子５を露光し、露光終了後に全ての光電変換素子から電荷を読み出し、これを転送して撮像信号を撮像素子５から出力させる制御である。
【００４２】
ＡＤ変換部７は、ＰＧＡ６ｂから出力される撮像信号のうち、被写体からの光によらない信号である黒画素信号については、該黒画素信号を設定レベル（以下、クランプレベルともいう）にクランプしてデジタル信号に変換する。
【００４３】
システム制御部１１は、ＡＤ変換部７でデジタル信号に変換されたｎ個の黒画素信号のうち、ＡＤ変換部７の出力下限値となる信号の占める割合（以下、クリップ確率ともいう）を求める下限値割合演算部としても機能する。このクリップ確率は、ｎ個の黒画素信号のヒストグラムを作成し、｛（信号値が“０”となる黒画素信号の数）／ｎ｝×１００の演算を行うことにより、その単位を％として求めることができる。
【００４４】
システム制御部１１は、クリップ確率に応じて、ＡＤ変換部７のクランプレベルを調整するレベル調整部としても機能する。
【００４５】
ＡＤ変換部７から出力されたｎ個の黒画素信号のヒストグラムが図３（ａ）に示すｈ２のようになっていた場合、クリップ確率は０％よりも大きくなる。このため、光電変換素子５１から得られた撮像信号から減算すべき黒レベルはクランプレベルａよりも大きくなってしまい、黒レベル補正を精度良く行うことが難しい。そこで、システム制御部１１は、クランプレベルをａよりも大きいａ’にする調整を行う。これにより、図３（ｂ）に示すように、ヒストグラムｈ２がＡＤ変換出力の上限値側にシフトし、クリップ確率を０％にすることができる。クリップ確率が０％になることで、クランプレベルと黒レベルとがほぼ一致するため、黒レベル補正を精度良く行うことが可能になる。
【００４６】
クリップ確率に応じてクランプレベルを調整する具体的方法としては、黒レベル精度を許容できるクリップ確率の閾値（例えば５％）を設定しておき、クリップ確率がこの閾値を超えていた場合に、クリップ確率がこの閾値以下となるレベルまでクランプレベルを大きくする方法がある。なお、クランプレベルを大きくする場合、クランプレベルを大きくしすぎて階調表現が損なわれる可能性もある。そこで、黒レベル精度を許容できるクリップ確率の許容範囲（例えば２％〜５％）を設定しておき、クリップ確率が許容範囲外にあった場合に、この許容範囲内にクリップ確率が収まるようにクランプレベルを調整するようにしても良い。例えば、クリップ確率が５％より上のときは、クランプレベルを２％〜５％となるようにクランプレベルを大きくし、クリップ確率が２％より下のときは、クランプレベルを２％〜５％となるようにクランプレベルを小さくする。このようにすることで、黒レベル精度の低下を防ぎながら階調表現を豊かにすることができ、全体的な画質を良好なものにすることができる。
【００４７】
調整後のクランプレベルの値は、システム制御部１１が演算によって得ても良いし、システム制御部１１がテーブルからデータを持ってくることで得ても良い。演算によって求める場合は、クランプレベルを最小単位ずつ変化させていったときの各クランプレベルにおけるクリップ確率のデータを予め求めておき、このデータから、クランプレベルを最小単位で変化させたときのクリップ確率の変化量を求める。そして、この変化量から、クリップ確率を入力して、該クリップ確率が閾値以下又は許容範囲内となるようなクランプレベルの調整量を出力する関数を作成して、デジタルカメラに記憶しておけば良い。そして、システム制御部１１が、この関数にクリップ確率を入力して、クランプレベルの調整量を得た後、この調整量を、既に設定されているクランプレベルに加算してクランプレベルを調整すれば良い。
【００４８】
テーブルによって得る場合は、クリップ確率とクランプレベルとを対応付けたテーブルをデジタルカメラに記憶しておき、システム制御部１１が、求めたクリップ確率が閾値を越えていた場合、又は、許容範囲外であった場合に、クリップ確率が閾値以下又は許容範囲内となるクランプレベルを該テーブルから読み出してＡＤ変換部７に設定するようにしても良い。
【００４９】
次に、デジタルカメラの撮影時の動作について説明する。図４は、図１に示すデジタルカメラの動作を説明するためのフローチャートである。
【００５０】
撮影モードに設定されると、システム制御部１１は、操作部１４に含まれるレリーズボタンが押下されて撮影指示がなされた否かを判定する（ステップＳ１）。撮影指示がなされた場合（ステップＳ１：ＹＥＳ）、システム制御部１１は撮影時にＰＧＡ６ｂで設定するアナログゲインが閾値よりも小さいかどうかを判定する（ステップＳ２）。
【００５１】
アナログゲインが閾値よりも小さかった場合（ステップＳ２：ＹＥＳ）、システム制御部１１は、第一のモードで撮像素子５を駆動して、被写体を撮像する。
【００５２】
以下、第一のモードで撮像を行うときの動作を説明する。
【００５３】
図５は、図１のデジタルカメラが第一のモードで撮像を行うときのタイミングチャートである。図５において、“Ｖ１〜Ｖ４”は、配線Ｖ１〜Ｖ４に供給される信号を示している。“Ｈ１，Ｈ２”は、配線Ｈ１，Ｈ２に供給される信号を示している。“ＣＬＰ”は、システム制御部１１からＡＤ変換部７に供給される信号を示し、この信号がハイレベルのときに、ＡＤ変換部７ではクランプ処理が行われる。
【００５４】
まず、システム制御部１１は、メカニカルシャッタＭＳを開き、設定された露光条件で撮像素子５の露光を開始する（ステップＳ３）。次に、システム制御部１１は、メカニカルシャッタＭＳを閉じて露光を終了し、配線Ｖ１に読み出しパルスを供給して、撮像素子５の全ての光電変換素子から垂直電荷転送部５３に電荷を読み出す。その後、配線Ｖ１〜Ｖ４に転送パルスを供給して、水平電荷転送部５４側から数えて１行目の光電変換素子行の電荷を水平電荷転送部５４に転送する。次に、配線Ｈ１，Ｈ２に転送パルスを供給して、１行目の光電変換素子行の電荷を出力部５５まで転送し、その電荷に応じた信号を黒画素信号として撮像素子５から出力させる。システム制御部１１は、このような駆動を繰り返し、２行目の光電変換素子行以降の光電変換素子行からも信号を出力させる。
【００５５】
１行目の光電変換素子行から得られる黒画素信号は、その出力順にしたがって、ＣＤＳ６ａでリセットノイズが除去され、ＰＧＡ６ｂで増幅され、ＡＤ変換部７に入力される。ＡＤ変換部７では、入力される各黒画素信号をクランプレベルにクランプする処理が行われる。クランプレベルは初期状態では所定値Ａに設定される。ＡＤ変換部７から出力された１行目の光電変換素子行からの黒画素信号は、メインメモリ１６に一時記憶される。
【００５６】
次に、１行目の光電変換素子行からの信号がメインメモリ１６に記憶されると、システム制御部１１は、記憶された信号を読み出した光電変換素子行を参照する。参照した光電変換素子行が１〜Ｍ行目の光電変換素子行のいずれかであった場合、つまり、黒レベル検出用光電変換素子５２のみで構成される光電変換素子行であった場合（ステップＳ４：ＹＥＳ）、システム制御部１１は、参照した光電変換素子行から得られてメインメモリ１６に記憶された１光電変換素子行分の黒画素信号を用いて、図３に示したようなヒストグラムを作成する（ステップＳ５）。
【００５７】
次に、システム制御部１１は、作成したヒストグラムから、[｛（信号値が０の黒画素信号の数）／（１光電変換素子行分の黒画素信号の総数）｝×１００]を演算して、クリップ確率を算出する（ステップＳ６）。
【００５８】
次に、システム制御部１１は、算出したクリップ確率に応じてクランプレベルを調整する。具体的には、クリップ確率から、ＡＤ変換部７に設定されているクランプレベルの調整量を算出し（ステップＳ７）、算出した調整量をクランプレベルの初期値Ａに加算して、ＡＤ変換部７に設定するクランプレベルをＡ’に更新する（ステップＳ８）。なお、このクランプレベルの更新作業は、次の光電変換素子（２行目の光電変換素子行）から信号が出力されるまでの間に行われる。
【００５９】
クランプレベルが調整された後、２行目の光電変換素子行から黒画素信号が出力されると、その黒画素信号は、その出力順にしたがって、ＣＤＳ６ａでリセットノイズが除去され、ＰＧＡ６ｂで増幅され、ＡＤ変換部７に入力される。そして、この黒画素信号は、ＡＤ変換部７でクランプレベルＡ’にクランプされてデジタル信号に変換され、メインメモリ１６に記憶される。
【００６０】
ステップＳ８の後、システム制御部１１は、参照する光電変換素子行を次の行とし（ステップＳ９）、ステップＳ４に処理を戻す。参照する光電変換素子行がＭ行目までは、ステップＳ４〜ステップＳ９までが繰り返し実行される。（Ｍ＋１）行目が参照行となった時点で、画像データの生成に用いる撮像信号（（Ｍ＋１）行目以降の各光電変換素子行から出力される撮像信号）に適用するクランプレベル（このクランプレベルをＡ’’とする）が確定する。
【００６１】
クランプレベルがＡ’’に確定した後は、画像データの生成に用いる撮像信号（（Ｍ＋１）行目以降の各光電変換素子行の撮像信号）が撮像素子５から出力される（ステップＳ１０）。
【００６２】
（Ｍ＋１）行目以降の各光電変換素子行から出力された撮像信号は、その出力順にしたがって、ＣＤＳ６ａでリセットノイズが除去され、ＰＧＡ６ｂで増幅され、ＡＤ変換部７に入力される。そして、ＡＤ変換部７では、各光電変換素子行のうち、黒レベル検出用光電変換素子５２から出力された撮像信号については、その撮像信号がクランプレベルＡ’’にクランプされてデジタル信号に変換される。デジタル変換後の撮像信号はメインメモリ１６に記憶される。
【００６３】
デジタル信号処理部１７は、（Ｍ＋１）行目〜（Ｍ＋Ｎ）行目までの各光電変換素子行から得られた撮像信号のうち、被写体からの光に応じた撮像信号（光電変換素子５１から得られた撮像信号）の黒レベル補正を行う。具体的には、各光電変換素子行の黒レベル検出用光電変換素子５２から得られた撮像信号の値の平均を求めてこれを当該光電変換素子行の黒レベルとする。そして、当該光電変換素子行の各光電変換素子５１から得られた撮像信号の値から該黒レベルを減算して黒レベルを補正する。
【００６４】
黒レベル補正後、デジタル信号処理部１７は、同時化処理、ＲＧＢ／ＹＣ変換処理等を行って画像データを生成する。生成された画像データは圧縮されて記録媒体２１に記録される。以上のような動作により、第一のモードによる撮像が終了する。
【００６５】
ステップＳ２に戻り、アナログゲインが閾値以上であった場合（ステップＳ２：ＮＯ）、システム制御部１１は、撮像素子５で取り込んでいるモニタ表示用の画像データ等に基づいて被写体の輝度を算出する。そして、算出した被写体の輝度が閾値よりも小さいかどうか判定する（ステップＳ１１）。
【００６６】
被写体の輝度が閾値よりも小さかった場合（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、システム制御部１１は第二のモードで撮像素子５を駆動して、被写体を撮像する。
【００６７】
以下、第二のモードで撮像を行うときの動作を説明する。
【００６８】
図６は、図１のデジタルカメラが第二のモードで撮像を行うときのタイミングチャートである。図６において、“Ｖ１〜Ｖ４”は、配線Ｖ１〜Ｖ４に供給される信号を示している。“Ｈ１，Ｈ２”は、配線Ｈ１，Ｈ２に供給される信号を示している。“ＣＬＰ”は、システム制御部１１からＡＤ変換部７に供給される信号を示し、この信号がハイレベルのときに、ＡＤ変換部７ではクランプ処理が行われる。“メカシャッタ”はメカニカルシャッタＭＳの開閉状態を示している。
【００６９】
まず、システム制御部１１は、メカニカルシャッタＭＳを開いた状態で、設定された露光条件で撮像素子５の露光を開始する（ステップＳ１２）。次に、システム制御部１１は、メカニカルシャッタＭＳを閉じて露光を終了する。
【００７０】
露光終了後、システム制御部１１は、配線Ｖ１に読み出しパルスを供給せずに垂直電荷転送部５３及び水平電荷転送部５４を駆動して空転送を行う。この空転送により、露光開始から露光終了までの間に、垂直電荷転送部５３の垂直転送チャネルで発生した電荷に応じた信号を黒画素信号として撮像素子５から出力させる（ステップＳ１３）。ここで出力される黒画素信号は、撮像素子５の各光電変換素子の位置から得られたものとして扱う。
【００７１】
１行目〜（Ｍ＋Ｎ）行目までの各光電変換素子行の各光電変換素子に対応する黒画素信号は、その出力順にしたがって、ＣＤＳ６ａでリセットノイズが除去され、ＰＧＡ６ｂで増幅され、ＡＤ変換部７に入力される。ＡＤ変換部７では、入力される各黒画素信号をクランプレベルにクランプする処理が行われる。クランプレベルは初期状態では所定値Ａに設定される。ＡＤ変換部７から出力された黒画素信号は、メインメモリ１６に一時記憶される。
【００７２】
全ての光電変換素子に対応する黒画素信号がメインメモリ１６に記憶されると、システム制御部１１は、その黒画素信号から、図３に示したようなヒストグラムを作成する（ステップＳ１４）。
【００７３】
次に、システム制御部１１は、作成したヒストグラムから、[｛（信号値が０の黒画素信号の数）／（全光電変換素子行分の黒画素信号の総数）｝×１００｝]を演算して、クリップ確率を算出する（ステップＳ１５）。
【００７４】
次に、システム制御部１１は、算出したクリップ確率に応じてクランプレベルを調整する。具体的には、クリップ確率から、ＡＤ変換部７に設定されているクランプレベルの調整量を算出し（ステップＳ１６）、算出した調整量をクランプレベルの初期値Ａに加算して、ＡＤ変換部７に設定するクランプレベルをＡ’に更新する（ステップＳ１７）。
【００７５】
クランプレベルの調整が終わると、システム制御部１１は、配線Ｖ１に読み出しパルスを供給して、撮像素子５の全ての光電変換素子から垂直電荷転送部５３に電荷を読み出す（ステップＳ１８）。その後、システム制御部１１は、垂直電荷転送部５３及び水平電荷転送部５４を駆動して、全ての光電変換素子行から読み出された電荷に応じた撮像信号（画像データ生成のために用いる撮像信号）を撮像素子５から出力させる（ステップＳ１０）。
【００７６】
撮像素子５から出力された撮像信号は、その出力順にしたがって、ＣＤＳ６ａでリセットノイズが除去され、ＰＧＡ６ｂで増幅され、ＡＤ変換部７に入力される。そして、この撮像信号のうち、黒レベル検出用光電変換素子５２から出力された撮像信号については、その撮像信号がクランプレベルＡ’にクランプされてデジタル信号に変換される。デジタル変換後の撮像信号はメインメモリ１６に記憶される。
【００７７】
デジタル信号処理部１７は、（Ｍ＋１）行目〜（Ｍ＋Ｎ）行目までの各光電変換素子行から得られた撮像信号のうち、被写体からの光に応じた撮像信号（光電変換素子５１から得られた撮像信号）の黒レベル補正を行う。具体的には、各光電変換素子行の黒レベル検出用光電変換素子５２から得られた撮像信号の平均を求めてこれを当該光電変換素子行の黒レベルとする。そして、当該光電変換素子行の各光電変換素子５１から得られた撮像信号から該黒レベルを減算して黒レベルを補正する。
【００７８】
黒レベル補正後、デジタル信号処理部１７は、同時化処理、ＲＧＢ／ＹＣ変換処理等を行って画像データを生成する。生成された画像データは圧縮されて記録媒体２１に記録される。以上のような動作により、第二のモードによる撮像が終了する。
【００７９】
ステップＳ１１に戻り、被写体の輝度が閾値以上であった場合（ステップＳ１１：ＮＯ）、システム制御部１１は第三のモードで撮像素子５を駆動して、被写体を撮像する。
【００８０】
以下、第三のモードで撮像を行うときの動作を説明する。
【００８１】
図７は、図１のデジタルカメラが第三のモードで撮像を行うときのタイミングチャートである。図７において、“Ｖ１〜Ｖ４”は、配線Ｖ１〜Ｖ４に供給される信号を示している。“Ｈ１，Ｈ２”は、配線Ｈ１，Ｈ２に供給される信号を示している。“ＣＬＰ”は、システム制御部１１からＡＤ変換部７に供給される信号を示し、この信号がハイレベルのときに、ＡＤ変換部７ではクランプ処理が行われる。“メカシャッタ”はメカニカルシャッタＭＳの開閉状態を示している。
【００８２】
まず、システム制御部１１は、メカニカルシャッタＭＳを閉じて撮像素子５を遮光する（ステップＳ１９）。次に、垂直電荷転送部５３及び水平電荷転送部５４を駆動して、垂直転送チャネルに存在していた不要電荷を高速で掃き出す（ステップＳ２０）。
【００８３】
次に、システム制御部１１は、半導体基板に高電圧を印加して、各光電変換素子の電荷を半導体基板に引き抜く電子シャッタ動作を行った後、配線Ｖ１に読み出しパルスを供給して、撮像素子５の全ての光電変換素子から垂直電荷転送部５３に電荷を読み出す（ステップＳ２１）。
【００８４】
その後、システム制御部１１は、垂直電荷転送部５３及び水平電荷転送部５４を駆動して、全ての光電変換素子行から読み出された電荷に応じた撮像信号を黒画素信号として撮像素子５から出力させる。撮像素子５から出力された黒画素信号は、その出力順にしたがって、ＣＤＳ６ａでリセットノイズが除去され、ＰＧＡ６ｂで増幅され、ＡＤ変換部７に入力される。クランプレベルは初期状態では所定値Ａに設定される。ＡＤ変換部７から出力された黒画素信号は、メインメモリ１６に一時記憶される。
【００８５】
全ての光電変換素子に対応する黒画素信号がメインメモリ１６に記憶されると、システム制御部１１は、その黒画素信号から、図３に示したようなヒストグラムを作成する（ステップＳ２２）。
【００８６】
次に、システム制御部１１は、作成したヒストグラムから、[｛（信号値が０の黒画素信号の数）／（全光電変換素子行分の黒画素信号の総数）｝×１００｝]を演算して、クリップ確率を算出する（ステップＳ２３）。
【００８７】
次に、システム制御部１１は、算出したクリップ確率に応じてクランプレベルを調整する。具体的には、クリップ確率から、ＡＤ変換部７に設定されているクランプレベルの調整量を算出し（ステップＳ２４）、算出した調整量をクランプレベルの初期値Ａに加算して、ＡＤ変換部７に設定するクランプレベルをＡ’に更新する（ステップＳ２５）。
【００８８】
クランプレベルの調整が終わると、システム制御部１１は、メカニカルシャッタＭＳを開けた後に撮像素子５の露光を開始し、メカニカルシャッタＭＳを閉じて露光を終了する（ステップＳ２６）。
【００８９】
露光が終了すると、システム制御部１１は、配線Ｖ１に読み出しパルスを供給して、撮像素子５の全ての光電変換素子から垂直電荷転送部５３に電荷を読み出す（ステップＳ２７）。その後、システム制御部１１は、垂直電荷転送部５３及び水平電荷転送部５４を駆動して、全ての光電変換素子行から読み出された電荷に応じた撮像信号（画像データ生成のために用いる撮像信号）を撮像素子５から出力させる（ステップＳ１０）。
【００９０】
撮像素子５から出力された撮像信号は、その出力順にしたがって、ＣＤＳ６ａでリセットノイズが除去され、ＰＧＡ６ｂで増幅され、ＡＤ変換部７に入力される。そして、この撮像信号のうち、黒レベル検出用光電変換素子５２から出力された撮像信号については、その撮像信号がクランプレベルＡ’にクランプされてデジタル信号に変換される。デジタル変換後の撮像信号はメインメモリ１６に記憶される。
【００９１】
デジタル信号処理部１７では、（Ｍ＋１）行目〜（Ｍ＋Ｎ）行目までの各光電変換素子行から得られた撮像信号のうち、被写体からの光に応じた撮像信号（光電変換素子５１から得られた撮像信号）の黒レベル補正を行う。具体的には、各光電変換素子行の黒レベル検出用光電変換素子５２から得られた撮像信号の平均を求めてこれを当該光電変換素子行の黒レベルとする。そして、当該光電変換素子行の各光電変換素子５１から得られた撮像信号から該黒レベルを減算して黒レベルを補正する。
【００９２】
黒レベル補正後、デジタル信号処理部１７は、同時化処理、ＲＧＢ／ＹＣ変換処理等を行って画像データを生成する。生成された画像データは圧縮されて記録媒体２１に記録される。以上のような動作により、第三のモードによる撮像が終了する。
【００９３】
以上のように、このデジタルカメラによれば、ＡＤ変換部７から出力される複数個の黒画素信号のうち、出力値がゼロとなる黒画素信号の占める割合であるクリップ確率に応じてクランプレベルを調整することができる。
【００９４】
一般に、ＡＤ変換部７で発生する下限クリップは、アナログゲイン、温度、及び露光時間の組み合わせで程度が変化する。したがって、これら３つの条件に応じてクランプレベルを調整しようとすると、制御が複雑になる。また、温度情報は正確に取得することが難しい。また、これら３つの条件とクリップ確率の相関性はデジタルカメラによって個体差があり、３つの条件からクランプレベル調整量へ変換する構成を個々のデジタルカメラ毎に最適化することは難しい。
【００９５】
図１のデジタルカメラによれば、クランプレベルの調整を、クリップ確率だけを入力値として行うため、制御が複雑になることはなく、簡便な構成で画質向上を実現することができる。また、撮像時又は撮像時に近い状態で求めたクリップ確率に応じてクランプレベルを調整しているため、デジタルカメラ毎に個体差があったとしても、クランプレベルを精度良く調整することができる。
【００９６】
また、このデジタルカメラによれば、アナログゲインと被写体の輝度とによって、第一のモード、第二のモード、及び第三のモードの３つのパターンにしたがってクランプレベルの調整を行っているため、撮影条件に応じた最適な処理を実施することができる。
【００９７】
アナログゲインが閾値よりも低い場合は、ＰＧＡ６ｂで増幅後の黒画素信号のバラつきがあまり大きくならない。このため、クリップ確率を求めるために撮像素子５から出力させる黒画素信号の数が少なくても、信頼性の高い計算結果を得ることができる。そこで、このような場合には、１行目からＭ行目までの光電変換素子行から得られた黒画素信号だけを用いてクリップ確率を求める第一のモードで撮像を実施することとしている。このようにすることで、黒レベル補正精度を向上させながら、撮像の開始から終了までの時間を短縮することができる。
【００９８】
また、アナログゲインが閾値以上の場合は、ＰＧＡ６ｂで増幅後の黒画素信号のバラつきが大きくなる。このため、信頼性の高い計算結果を得るには、クリップ確率を求めるために撮像素子５から出力させる黒画素信号の数を多くすることが好ましい。そこで、このような場合には、１行目から（Ｍ＋Ｎ）行目までの光電変換素子行から得られた１画面分の黒画素信号を用いてクリップ確率を求める第二のモード又は第三のモードで撮像を実施することとしている。このようにすることで、アナログゲインが高い場合、すなわち高感度撮影の場合でも、黒レベル補正精度を向上させることができる。
【００９９】
なお、ＣＣＤ型の撮像素子５においては、被写体の輝度が閾値よりも高い場合にスミアが発生する可能性がある。第二のモードでは、露光終了後に空転送を行って黒画素信号を得ているため、スミアが発生すると、黒画素信号の値が正確に得られなくなってしまう。そこで、被写体の輝度が閾値よりも高い場合には、露光前に撮像素子５を遮光した状態で１画面分の黒画素信号を取得する第三のモードで撮像を実施することとしている。このようにすることで、スミアの影響を受けることなく、クランプレベルを正確に調整することができる。
【０１００】
以上の説明では、撮像素子５をＣＣＤ型としたが、ＭＯＳ型であっても良い。ＭＯＳ型を用いた場合には、スミアは発生しないため、被写体の輝度に応じて第二のモードと第三のモードを分ける必要はなく、いずれかを実施すれば良い。また、ＭＯＳ型の撮像素子は、出力読み出し順序の自由度が高く、黒画素信号だけを繰り返し読み出すことも可能であるため、便利である。
【０１０１】
また、第二のモードと第三のモードのそれぞれにおいて、撮像素子５に含まれる全ての光電変換素子の数分（１画面分）の黒画素信号ではなく、その一部の黒画素信号（例えば半分の光電変換素子行分の信号）を取得し、この黒画素信号からクリップ確率を演算する構成としても良い。その際、クリップ確率の計算に使用しない黒画素信号は、高速掃き出し駆動等で除去しても良い。このようにすることで、撮像終了までの時間を短縮することができる。
【０１０２】
また、第二のモードと第三のモードでは、読み出しパルスを印加する前に、黒画素信号の取得及びクリップ確率の演算を何度でも実施して良い。クリップ確率を複数回演算することで、黒レベル補正精度をより向上させることができる。
【０１０３】
次に、上述してきたデジタルカメラの変形例を説明する。
【０１０４】
この変形例のデジタルカメラの構成は、図１に示したものとほぼ同じである。この変形例のデジタルカメラが図１のデジタルカメラと異なる点は、システム制御部１１が、クリップ確率に応じてクランプレベルを調整するクランプレベル調整部として機能する代わりに、クリップ確率に応じてＰＧＡ６ｂのアナログゲインを調整するアナログゲイン調整部として機能する点である。
【０１０５】
また、この変形例のデジタルカメラでは、システム制御部１１がアナログゲインを調整してしまうため、このままでは、トータルのゲインが設定ゲインからずれてしまう。そこで、トータルのゲインを一定にするため、ＰＧＡ６ｂのアナログゲインが調整された場合に、デジタル信号処理部１７が、ＡＤ変換部７から出力されるデジタル信号を所定のデジタルゲインで増幅するデジタル信号増幅部としても機能するようにしている。デジタル信号処理部１７は、デジタルゲインとシステム制御部１１によって調整された後のアナログゲインとの和が一定（撮影時に設定されたトータルゲイン）となるように、デジタルゲインを設定するものとなっている。
【０１０６】
ＡＤ変換部７から出力されたｎ個の黒画素信号のヒストグラムが図８（ａ）に示すｈ２のようになっていた場合、クリップ確率が０％よりも大きくなる。このため、光電変換素子５１から得られた撮像信号から減算すべき黒レベルはクランプレベルａよりも大きくなってしまい、黒レベル補正を精度良く行うことが難しい。このような場合、この変形例のデジタルカメラのシステム制御部１１は、ＰＧＡ６ｂで設定するアナログゲインを、図８（ａ）のときよりも小さくする調整を行う。これにより、ＡＤ変換部７に入力される信号のバラつきが小さくなるため、図８（ｂ）に示すように、ヒストグラムｈ２の分布幅は狭くなり、クリップ確率を０％にすることができる。クリップ確率が０％になることで、クランプレベルと黒レベルとがほぼ一致するため、黒レベル補正を精度良く行うことが可能になる。
【０１０７】
クリップ確率に応じてアナログゲインを調整する具体的方法としては、黒レベル精度を許容できるクリップ確率の閾値（例えば５％）を設定しておき、クリップ確率がこの閾値を超えていた場合に、クリップ確率がこの閾値以下となるレベルまでアナログゲインを小さくする方法がある。なお、アナログゲインを小さくしすぎると、その分、デジタルゲインを大きくする必要があるため、ＳＮが劣化する可能性がある。そこで、黒レベル精度を許容できるクリップ確率の許容範囲（例えば２％〜５％）を設定しておき、クリップ確率が許容範囲外にあった場合に、この許容範囲内にクリップ確率が収まるようにアナログゲインを調整するようにしても良い。例えば、クリップ確率が５％より上のときは、クリップ確率が２％〜５％となるようにアナログゲインを小さくし、クリップ確率が２％より下のときは、クリップ確率が２％〜５％となるようにアナログゲインを大きくする。このようにすることで、黒レベル精度の低下を防ぎながらノイズを低減することができ、全体的な画質を良好なものにすることができる。
【０１０８】
調整後のアナログゲインの値は、システム制御部１１が演算によって得ても良いし、システム制御部１１がテーブルからデータを持ってくることで得ても良い。演算によって求める場合は、アナログゲインを最小単位ずつ変化させていったときの各アナログゲインにおけるクリップ確率のデータを予め求めておく。そして、このデータから、アナログゲインを最小単位で変化させたときのクリップ確率の変化量を求める。そして、この変化量から、クリップ確率を入力して、該クリップ確率が閾値以下又は許容範囲内となるようなアナログゲインの調整量を出力する関数を作成して、デジタルカメラに記憶しておけば良い。システム制御部１１が、この関数にクリップ確率を入力してアナログゲインの調整量を得た後、この調整量を、既に設定されているアナログゲインに加算してアナログゲインを調整すれば良い。
【０１０９】
テーブルによって得る場合は、クリップ確率とアナログゲインとを対応付けたテーブルをデジタルカメラに記憶しておく。そして、システム制御部１１が、求めたクリップ確率が閾値を越えていた場合、又は、許容範囲外であった場合に、クリップ確率が閾値以下又は許容範囲内となるアナログゲインを該テーブルから読み出してＰＧＡ６ｂに設定するようにしても良い。
【０１１０】
次に、デジタルカメラの撮影時の動作について説明する。図９は、変形例のデジタルカメラの動作を説明するためのフローチャートである。図９において図４と同様の処理には同一符号を付してある。図９に示すフローチャートは、図４に示したステップＳ７，Ｓ８の代わりにステップＳ７’，Ｓ８’，Ｓ９’を実施し、図４に示したステップＳ１６，Ｓ１７の代わりにステップＳ１６’，Ｓ１７’，Ｓ１８’を実施し、図４に示したステップＳ２４，Ｓ２５をステップＳ２４’，Ｓ２５’とし、図４に示したステップＳ２６とステップＳ２７の間にステップＳ２６’を追加したものとなっている。以下、変更点について第一のモード、第二のモード、第三のモードのそれぞれに分けて説明する。
【０１１１】
（第一のモード）
図１０は、変形例のデジタルカメラが第一のモードで撮像を行うときのタイミングチャートである。図１０において、“Ｖ１〜Ｖ４”は、配線Ｖ１〜Ｖ４に供給される信号を示している。“Ｈ１，Ｈ２”は、配線Ｈ１，Ｈ２に供給される信号を示している。“ＣＬＰ”は、システム制御部１１からＡＤ変換部７に供給される信号を示し、この信号がハイレベルのときに、ＡＤ変換部７ではクランプ処理が行われる。
【０１１２】
ステップＳ６でクリップ確率を算出した後、システム制御部１１は、算出したクリップ確率に応じてアナログゲインを調整する。具体的には、クリップ確率から、ＰＧＡ６ｂで設定されているアナログゲインの調整量を算出し（ステップＳ７’）、算出した調整量をアナログゲインの初期値Ｂに加算して、ＰＧＡ６ｂに設定するアナログゲインをＢ’に更新する（ステップＳ８’）。なお、このアナログゲインの更新作業は、次の光電変換素子（２行目の光電変換素子行）から信号が出力されるまでの間に行われる。
【０１１３】
アナログゲインの調整が終わると、デジタル信号処理部１７が、アナログゲインの調整量に応じてデジタルゲインを設定する（ステップＳ９’）。例えば、撮像信号にかけるべきトータルの設定ゲインがＸｄＢであり、調整後のアナログゲインが０．５ＸｄＢになっていた場合、デジタル信号処理部１７は、トータルゲインがＸとなるように、デジタルゲインを０．５ＸｄＢに設定する。
【０１１４】
アナログゲインが調整された後、２行目の光電変換素子行から黒画素信号が出力されると、その黒画素信号は、その出力順にしたがって、ＣＤＳ６ａでリセットノイズが除去され、ＰＧＡ６ｂにおいてアナログゲインＢ’で増幅され、ＡＤ変換部７に入力される。そして、この黒画素信号は、ＡＤ変換部７で所定レベルにクランプされてデジタル信号に変換され、メインメモリ１６に記憶される。
【０１１５】
ステップＳ９’の後、システム制御部１１は、参照する光電変換素子行を次の行とし（ステップＳ９）、ステップＳ４に処理を戻す。参照する光電変換素子行がＭ行目までは、ステップＳ４〜ステップＳ９までが繰り返し実行される。（Ｍ＋１）行目を参照行とした時点で、画像データの生成に用いる撮像信号（（Ｍ＋１）行目以降の各光電変換素子行から出力される撮像信号）に適用するアナログゲイン（このアナログゲインをＢ’’とする）とデジタルゲインが確定する。
【０１１６】
アナログゲインがＢ’に確定した後は、画像データの生成に用いる撮像信号（（Ｍ＋１）行目以降の各光電変換素子行の撮像信号）が撮像素子５から出力させる（ステップＳ１０）。
【０１１７】
（Ｍ＋１）行目以降の各光電変換素子行から出力された撮像信号は、その出力順にしたがって、ＣＤＳ６ａでリセットノイズが除去され、ＰＧＡ６ｂにおいてアナログゲインＢ’’で増幅され、ＡＤ変換部７に入力される。そして、ＡＤ変換部７では、各光電変換素子行のうち、黒レベル検出用光電変換素子５２から出力された撮像信号については、その撮像信号が所定のクランプレベルにクランプされてデジタル信号に変換される。デジタル変換後の撮像信号はメインメモリ１６に記憶される。
【０１１８】
デジタル信号処理部１７は、（Ｍ＋１）行目〜（Ｍ＋Ｎ）行目までの各光電変換素子行から得られた撮像信号のうち、被写体からの光に応じた撮像信号（光電変換素子５１から得られた撮像信号）の黒レベル補正を行う。具体的には、各光電変換素子行の黒レベル検出用光電変換素子５２から得られた撮像信号の値の平均を求めてこれを当該光電変換素子行の黒レベルとする。そして、当該光電変換素子行の各光電変換素子５１から得られた撮像信号の値から該黒レベルを減算して黒レベルを補正する。
【０１１９】
黒レベル補正後、デジタル信号処理部１７は、各光電変換素子５１から得られた撮像信号をステップＳ９’で設定したデジタルゲインで増幅する。その後、同時化処理、ＲＧＢ／ＹＣ変換処理等を行って画像データを生成する。生成された画像データは圧縮されて記録媒体２１に記録される。以上のような動作により、第一のモードによる撮像が終了する。
【０１２０】
（第二のモード）
図１１は、変形例のデジタルカメラが第二のモードで撮像を行うときのタイミングチャートである。図１１において、“Ｖ１〜Ｖ４”は、配線Ｖ１〜Ｖ４に供給される信号を示している。“Ｈ１，Ｈ２”は、配線Ｈ１，Ｈ２に供給される信号を示している。“ＣＬＰ”は、システム制御部１１からＡＤ変換部７に供給される信号を示し、この信号がハイレベルのときに、ＡＤ変換部７ではクランプ処理が行われる。“メカシャッタ”はメカニカルシャッタＭＳの開閉状態を示している。
【０１２１】
ステップＳ１５でクリップ確率を算出した後、システム制御部１１は、算出したクリップ確率に応じてアナログゲインを調整する。具体的には、クリップ確率から、ＰＧＡ６ｂに設定されているアナログゲインの調整量を算出し（ステップＳ１６’）、算出した調整量をクランプレベルの初期値Ｂに加算して、ＰＧＡ６ｂに設定するアナログゲインをＢ’に更新する（ステップＳ１７’）。
【０１２２】
アナログゲインの調整が終わると、デジタル信号処理部１７が、アナログゲインの調整量に応じてデジタルゲインを設定する（ステップＳ１８’）。
【０１２３】
デジタルゲインの設定が終わると、システム制御部１１が、配線Ｖ１に読み出しパルスを供給して、撮像素子５の全ての光電変換素子から垂直電荷転送部５３に電荷を読み出す（ステップＳ１８）。その後、システム制御部１１は、垂直電荷転送部５３及び水平電荷転送部５４を駆動して、全ての光電変換素子行から読み出された電荷に応じた撮像信号（画像データ生成のために用いる撮像信号）を撮像素子５から出力させる（ステップＳ１０）。
【０１２４】
撮像素子５から出力された撮像信号は、その出力順にしたがって、ＣＤＳ６ａでリセットノイズが除去され、ＰＧＡ６ｂにおいてアナログゲインＢ’で増幅され、ＡＤ変換部７に入力される。そして、この撮像信号のうち、黒レベル検出用光電変換素子５２から出力された撮像信号については、その撮像信号が所定レベルにクランプされてデジタル信号に変換される。デジタル変換後の撮像信号はメインメモリ１６に記憶される。
【０１２５】
デジタル信号処理部１７は、（Ｍ＋１）行目〜（Ｍ＋Ｎ）行目までの各光電変換素子行から得られた撮像信号のうち、被写体からの光に応じた撮像信号（光電変換素子５１から得られた撮像信号）の黒レベル補正を行う。具体的には、各光電変換素子行の黒レベル検出用光電変換素子５２から得られた撮像信号の平均を求めてこれを当該光電変換素子行の黒レベルとする。そして、当該光電変換素子行の各光電変換素子５１から得られた撮像信号から該黒レベルを減算して黒レベルを補正する。
【０１２６】
黒レベル補正後、デジタル信号処理部１７は、各光電変換素子５１から得られた撮像信号を、ステップＳ１８’で設定したデジタルゲインで増幅する。その後、同時化処理、ＲＧＢ／ＹＣ変換処理等を行って画像データを生成する。生成された画像データは圧縮されて記録媒体２１に記録される。以上のような動作により、第二のモードによる撮像が終了する。
【０１２７】
（第三のモード）
図１２は、変形例のデジタルカメラが第三のモードで撮像を行うときのタイミングチャートである。図１２において、“Ｖ１〜Ｖ４”は、配線Ｖ１〜Ｖ４に供給される信号を示している。“Ｈ１，Ｈ２”は、配線Ｈ１，Ｈ２に供給される信号を示している。“ＣＬＰ”は、システム制御部１１からＡＤ変換部７に供給される信号を示し、この信号がハイレベルのときに、ＡＤ変換部７ではクランプ処理が行われる。“メカシャッタ”はメカニカルシャッタＭＳの開閉状態を示している。
【０１２８】
ステップＳ２３でクリップ確率を算出した後、システム制御部１１は、算出したクリップ確率に応じてアナログゲインを調整する。具体的には、クリップ確率から、ＰＧＡ６ｂに設定されているアナログゲインの調整量を算出し（ステップＳ２４’）、算出した調整量をアナログゲインの初期値Ｂに加算して、ＰＧＡ６ｂに設定するアナログゲインをＢ’に更新する（ステップＳ２５’）。
【０１２９】
アナログゲインの調整が終わると、システム制御部１１は、メカニカルシャッタＭＳを開けて撮像素子５の露光を開始し、メカニカルシャッタＭＳを閉じて露光を終了する（ステップＳ２６）。
【０１３０】
露光が終了すると、デジタル信号処理部１７が、アナログゲインの調整量に応じて、デジタルゲインを設定する（ステップＳ２６’）。
【０１３１】
デジタルゲインの設定が終了すると、システム制御部１１は、配線Ｖ１に読み出しパルスを供給して、撮像素子５の全ての光電変換素子から電荷を垂直電荷転送部５３に読み出す（ステップＳ２７）。その後、システム制御部１１は、垂直電荷転送部５３及び水平電荷転送部５４を駆動して、全ての光電変換素子行から読み出された電荷に応じた撮像信号（画像データ生成のために用いる撮像信号）を撮像素子５から出力させる（ステップＳ１０）。
【０１３２】
撮像素子５から出力された撮像信号は、その出力順にしたがって、ＣＤＳ６ａでリセットノイズが除去され、ＰＧＡ６ｂにおいてアナログゲインＢ’で増幅され、ＡＤ変換部７に入力される。そして、この撮像信号のうち、黒レベル検出用光電変換素子５２から出力された撮像信号については、その撮像信号が所定レベルにクランプされてデジタル信号に変換される。デジタル変換後の撮像信号はメインメモリ１６に記憶される。
【０１３３】
デジタル信号処理部１７では、（Ｍ＋１）行目〜（Ｍ＋Ｎ）行目までの各光電変換素子行から得られた撮像信号のうち、被写体からの光に応じた撮像信号（光電変換素子５１から得られた撮像信号）の黒レベル補正を行う。具体的には、各光電変換素子行の黒レベル検出用光電変換素子５２から得られた撮像信号の平均を求めてこれを当該光電変換素子行の黒レベルとする。そして、当該光電変換素子行の各光電変換素子５１から得られた撮像信号から該黒レベルを減算して黒レベルを補正する。
【０１３４】
黒レベル補正後、デジタル信号処理部１７は、各光電変換素子５１から得られた撮像信号を、ステップＳ２６’で設定したデジタルゲインで増幅する。その後、同時化処理、ＲＧＢ／ＹＣ変換処理等を行って画像データを生成する。生成された画像データは圧縮されて記録媒体２１に記録される。以上のような動作により、第三のモードによる撮像が終了する。
【０１３５】
以上のように、クランプレベルの代わりにアナログゲインを調整することでも、黒レベル補正の精度を向上させて、画質を向上させることができる。クリップ確率に応じてアナログゲインを調整する方法は、クランプレベルを調整する方法と比べて、ヒストグラムの分布がＡＤ変換部７の上限値側に広がらないため、階調表現を豊かにすることができる。一方、クリップ確率に応じてクランプレベルを調整する方法は、アナログゲインを調整する方法と比べて、デジタルゲインを大きくする必要がないため、ＳＮを向上させることができる。
【０１３６】
なお、デジタルカメラが、クリップ確率に応じてクランプレベルを調整する方法と、クリップ確率に応じてアナログゲインを調整する方法とを両方実施するようにしても良い。例えば、デジタルカメラに、図４に示すフローで動作するＳＮ優先モードと、図９に示すフローで動作する階調優先モードとを設け、設定されたモードで撮像を行うようにすれば良い。このようにすることで、ユーザの好みにあった画像を得ることができるようになる。
【０１３７】
これまで説明してきたように、本明細書には次の事項が開示されている。
【０１３８】
開示された撮像装置は、撮像素子と、前記撮像素子から出力されるアナログの撮像信号を所定のアナログゲインで増幅する増幅部と、前記増幅部から出力される撮像信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換部とを備え、前記ＡＤ変換部は、前記増幅部から出力される撮像信号のうち、被写体からの光によらない信号である黒画素信号を設定レベルにクランプしてデジタル信号に変換するものであり、前記撮像素子から前記黒画素信号を複数個出力させる制御を行う黒画素信号出力制御部と、前記デジタル信号に変換された前記複数個の黒画素信号のうち、前記ＡＤ変換部の出力下限値となる信号の占める割合を求める出力下限値割合演算部と、前記割合に応じて前記設定レベルを調整するレベル調整部及び前記割合に応じて前記アナログゲインを調整するアナログゲイン調整部の少なくとも一方とを備える。
【０１３９】
この構成により、黒画素信号に占めるＡＤ変換部の出力下限値となる信号の割合に応じて設定レベル及びアナログゲインの少なくとも一方が調整されるため、簡便な制御で、黒レベル補正改善、色再現向上、ダイナミックレンジ最適化等を図ることができ、画質を向上させることができる。例えば、設定レベルを大きくすると、ＡＤ変換部の出力ヒストグラムが上限値側に移動するため、下限クリップが発生する確率を小さくすることができ、黒レベル補正を精度良く行うことができる。また、アナログゲインを小さくすると、ランダムノイズのバラつきが小さくなるため、ＡＤ変換部の出力ヒストグラム幅が狭くなり、下限クリップが発生する確率を小さくすることができ、黒レベル補正を精度良く行うことができる。また、例えば、上記割合が少ない露光条件では、下限クリップによる画質への影響が少ないと考えられるため、設定レベル及びアナログゲインを既定値のままとすることで、階調を損なうことなく、黒レベル補正を精度良く行うことができる。
【０１４０】
開示された撮像装置は、前記アナログゲイン調整部が、前記割合が第一の閾値よりも大きいときに、前記割合が前記第一の閾値以下となるレベルまで前記アナログゲインを小さくする。
【０１４１】
この構成により、黒レベル補正を精度良く行うことができる。
【０１４２】
開示された撮像装置は、前記アナログゲイン調整部が、前記第一の閾値より小さい第二の閾値よりも前記割合が小さいときに、前記割合が前記第二の閾値以上前記第一の閾値以下となるレベルまで前記アナログゲインを大きくする。
【０１４３】
この構成により、黒レベル精度をそれほど落とすことなく、階調表現を豊かにすることができる。
【０１４４】
開示された撮像装置は、前記レベル調整部が、前記割合が第三の閾値よりも大きいときに、前記割合が前記第三の閾値以下となるレベルまで前記設定レベルを大きくする。
【０１４５】
この構成により、黒レベル補正を精度良く行うことができる。
【０１４６】
開示された撮像装置は、前記レベル調整部が、前記第三の閾値より小さい第四の閾値よりも前記割合が小さいときに、前記割合が前記第四の閾値以上前記第三の閾値以下となるレベルまで前記設定レベルを小さくする。
【０１４７】
この構成により、黒レベル精度をそれほど落とすことなく、階調表現を豊かにすることができる。
【０１４８】
開示された撮像装置は、前記アナログゲイン調整部によって前記アナログゲインの調整がなされた場合に、前記ＡＤ変換部から出力されるデジタル信号を所定のデジタルゲインで増幅するデジタル信号増幅部を備え、前記デジタル信号増幅部は、前記デジタルゲインと前記アナログゲイン調整部によって調整された後の前記アナログゲインとの和が一定となるように、前記デジタルゲインを設定する。
【０１４９】
この構成により、上記割合に応じてアナログゲインが増減されても、その増減分をデジタルゲインで調整することができ、トータルゲインを一定にして信号を増幅することができる。
【０１５０】
開示された撮像装置は、前記出力下限値割合演算部が、前記ＡＤ変換部から出力される前記複数個の黒画素信号のヒストグラムを求めて、前記割合を演算する。
【０１５１】
開示された撮像装置は、前記撮像素子が、被写体からの光に応じた信号を得るための光電変換素子と、黒レベルを検出するための黒レベル検出用光電変換素子とを含み、前記黒画素信号出力制御部が、前記黒レベル検出用光電変換素子で発生した電荷に応じた信号を前記黒画素信号として出力させる。
【０１５２】
開示された撮像装置は、前記撮像素子がＣＣＤ型であり、前記黒画素信号出力制御部が、前記撮像素子を遮光した状態で前記撮像素子に含まれる光電変換素子から電荷転送路に電荷を読み出さずに前記電荷転送路に発生している電荷を転送して、該電荷に応じた信号を前記黒画素信号として出力させる。
【０１５３】
開示された撮像装置は、前記撮像素子がＣＣＤ型であり、前記黒画素信号出力制御部が、前記撮像素子を遮光した状態で、被写体からの光に応じた信号を得るための光電変換素子及び黒レベルを検出するための黒レベル検出用光電変換素子から電荷転送路に読み出した電荷を転送して、該電荷に応じた信号を前記黒画素信号として出力させる撮像装置。
【０１５４】
開示された撮像装置は、前記撮像素子が、ＣＣＤ型であり、且つ、被写体からの光に応じた信号を得るための光電変換素子と、黒レベルを検出するための黒レベル検出用光電変換素子とを含み、前記黒画素信号出力制御部が、前記黒画素信号を出力させるために、第一の制御と第二の制御と第三の制御を実施可能であり、前記第一の制御が、前記黒レベル検出用光電変換素子で発生した電荷に応じた信号を前記黒画素信号として出力させる制御であり、前記第二の制御が、前記撮像素子を遮光した状態で前記撮像素子に含まれる光電変換素子から電荷転送路に電荷を読み出さずに前記電荷転送路に発生している電荷を転送して、該電荷に応じた信号を前記黒画素信号として出力させる制御であり、前記第三の制御が、前記撮像素子を遮光した状態で前記光電変換素子及び前記黒レベル検出用光電変換素子から電荷転送路に読み出した電荷を転送して、該電荷に応じた信号を前記黒画素信号として出力させる制御であり、前記黒画素信号出力制御部は、前記アナログゲインが閾値よりも小さいときに前記第一の制御を実施し、前記アナログゲインが前記閾値以上で且つ被写体輝度が所定値よりも小さいときに前記第二の制御を実施し、前記アナログゲインが前記閾値以上で且つ被写体輝度が前記所定値以上のときに前記第三の制御を実施する。
【０１５５】
開示された撮像装置は、前記割合から前記設定ゲイン及び前記アナログゲインの少なくとも一方の調整量を算出する調整量算出部を備える。
【０１５６】
開示された撮像方法は、撮像素子から出力されるアナログの撮像信号を所定のアナログゲインで増幅する増幅ステップと、前記増幅ステップで増幅後の撮像信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換ステップとを備え、前記ＡＤ変換ステップでは、前記増幅後の撮像信号のうち、被写体からの光によらない信号である黒画素信号を設定レベルにクランプしてデジタル信号に変換し、前記撮像素子から前記黒画素信号を複数個出力させる制御を行う黒画素信号出力制御ステップと、前記デジタル信号に変換された前記複数個の黒画素信号のうち、前記ＡＤ変換ステップでの出力下限値となる信号の占める割合を求める出力下限値割合演算ステップと、前記割合に応じて前記設定レベルを調整するレベル調整ステップ及び前記割合に応じて前記アナログゲインを調整するアナログゲイン調整ステップの少なくとも一方とを備える。
【０１５７】
開示された撮像方法は、前記アナログゲイン調整ステップでは、前記割合が第一の閾値よりも大きいときに、前記割合が前記第一の閾値以下となるレベルまで前記アナログゲインを小さくする。
【０１５８】
開示された撮像方法は、前記アナログゲイン調整ステップでは、前記第一の閾値より小さい第二の閾値よりも前記割合が小さいときに、前記割合が前記第二の閾値以上前記第一の閾値以下となるレベルまで前記アナログゲインを大きくする。
【０１５９】
開示された撮像方法は、前記レベル調整ステップでは、前記割合が第三の閾値よりも大きいときに、前記割合が前記第三の閾値以下となるレベルまで前記設定レベルを大きくする。
【０１６０】
開示された撮像方法は、前記レベル調整ステップでは、前記第三の閾値より小さい第四の閾値よりも前記割合が小さいときに、前記割合が前記第四の閾値以上前記第三の閾値以下となるレベルまで前記設定レベルを小さくする。
【０１６１】
開示された撮像方法は、前記アナログゲイン調整ステップで前記アナログゲインの調整がなされた場合に、前記ＡＤ変換ステップで変換されたデジタル信号を所定のデジタルゲインで増幅するデジタル信号増幅ステップを備え、前記デジタル信号増幅ステップでは、前記デジタルゲインと前記アナログゲイン調整ステップで調整された後の前記アナログゲインとの和が一定となるように、前記デジタルゲインを設定する。
【０１６２】
開示された撮像方法は、前記出力下限値割合演算ステップでは、前記ＡＤ変換ステップで変換後の前記複数個の黒画素信号のヒストグラムを求めて、前記割合を演算する。
【０１６３】
開示された撮像方法は、前記撮像素子が、被写体からの光に応じた信号を得るための光電変換素子と、黒レベルを検出するための黒レベル検出用光電変換素子とを含み、前記黒画素信号出力制御ステップでは、前記黒レベル検出用光電変換素子で発生した電荷に応じた信号を前記黒画素信号として出力させる。
【０１６４】
開示された撮像方法は、前記撮像素子がＣＣＤ型であり、前記黒画素信号出力制御ステップでは、前記撮像素子を遮光した状態で前記撮像素子に含まれる光電変換素子から電荷転送路に電荷を読み出さずに前記電荷転送路に発生している電荷を転送して、該電荷に応じた信号を前記黒画素信号として出力させる。
【０１６５】
開示された撮像方法は、前記撮像素子がＣＣＤ型であり、前記黒画素信号出力制御ステップでは、前記撮像素子を遮光した状態で、被写体からの光に応じた信号を得るための光電変換素子及び黒レベルを検出するための黒レベル検出用光電変換素子から電荷転送路に読み出した電荷を転送して、該電荷に応じた信号を前記黒画素信号として出力させる。
【０１６６】
開示された撮像方法は、前記撮像素子が、ＣＣＤ型であり、且つ、被写体からの光に応じた信号を得るための光電変換素子と、黒レベルを検出するための黒レベル検出用光電変換素子とを含み、前記黒画素信号出力制御ステップでは、前記黒画素信号を出力させるために、第一の制御と第二の制御と第三の制御を実施可能であり、前記第一の制御が、前記黒レベル検出用光電変換素子で発生した電荷に応じた信号を前記黒画素信号として出力させる制御であり、前記第二の制御が、前記撮像素子を遮光した状態で前記撮像素子に含まれる光電変換素子から電荷転送路に電荷を読み出さずに前記電荷転送路に発生している電荷を転送して、該電荷に応じた信号を前記黒画素信号として出力させる制御であり、前記第三の制御が、前記撮像素子を遮光した状態で前記光電変換素子及び前記黒レベル検出用光電変換素子から電荷転送路に読み出した電荷を転送して、該電荷に応じた信号を前記黒画素信号として出力させる制御であり、前記黒画素信号出力制御ステップでは、前記アナログゲインが閾値よりも小さいときに前記第一の制御を実施し、前記アナログゲインが前記閾値以上で且つ被写体輝度が所定値よりも小さいときに前記第二の制御を実施し、前記アナログゲインが前記閾値以上で且つ被写体輝度が前記所定値以上のときに前記第三の制御を実施する。
【０１６７】
開示された撮像方法は、前記割合から前記設定ゲイン及び前記アナログゲインの少なくとも一方の調整量を算出する調整量算出ステップを備える。
【符号の説明】
【０１６８】
５ 撮像素子
６ｂ 増幅部
７ ＡＤ変換部
１１ システム制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像素子と、
前記撮像素子から出力されるアナログの撮像信号を所定のアナログゲインで増幅する増幅部と、
前記増幅部から出力される撮像信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換部とを備え、
前記ＡＤ変換部は、前記増幅部から出力される撮像信号のうち、被写体からの光によらない信号である黒画素信号を設定レベルにクランプしてデジタル信号に変換するものであり、
前記撮像素子から前記黒画素信号を複数個出力させる制御を行う黒画素信号出力制御部と、
前記デジタル信号に変換された前記複数個の黒画素信号のうち、前記ＡＤ変換部の出力下限値となる信号の占める割合を求める出力下限値割合演算部と、
前記割合に応じて前記設定レベルを調整するレベル調整部及び前記割合に応じて前記アナログゲインを調整するアナログゲイン調整部の少なくとも一方とを備える撮像装置。
【請求項２】
請求項１記載の撮像装置であって、
前記アナログゲイン調整部が、前記割合が第一の閾値よりも大きいときに、前記割合が前記第一の閾値以下となるレベルまで前記アナログゲインを小さくする撮像装置。
【請求項３】
請求項２記載の撮像装置であって、
前記アナログゲイン調整部が、前記第一の閾値より小さい第二の閾値よりも前記割合が小さいときに、前記割合が前記第二の閾値以上前記第一の閾値以下となるレベルまで前記アナログゲインを大きくする撮像装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項記載の撮像装置であって、
前記レベル調整部が、前記割合が第三の閾値よりも大きいときに、前記割合が前記第三の閾値以下となるレベルまで前記設定レベルを大きくする撮像装置。
【請求項５】
請求項４記載の撮像装置であって、
前記レベル調整部が、前記第三の閾値より小さい第四の閾値よりも前記割合が小さいときに、前記割合が前記第四の閾値以上前記第三の閾値以下となるレベルまで前記設定レベルを小さくする撮像装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項記載の撮像装置であって、
前記アナログゲイン調整部によって前記アナログゲインの調整がなされた場合に、前記ＡＤ変換部から出力されるデジタル信号を所定のデジタルゲインで増幅するデジタル信号増幅部を備え、
前記デジタル信号増幅部は、前記デジタルゲインと前記アナログゲイン調整部によって調整された後の前記アナログゲインとの和が一定となるように、前記デジタルゲインを設定する撮像装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項記載の撮像装置であって、
前記出力下限値割合演算部が、前記ＡＤ変換部から出力される前記複数個の黒画素信号のヒストグラムを求めて、前記割合を演算する撮像装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項記載の撮像装置であって、
前記撮像素子が、被写体からの光に応じた信号を得るための光電変換素子と、黒レベルを検出するための黒レベル検出用光電変換素子とを含み、
前記黒画素信号出力制御部が、前記黒レベル検出用光電変換素子で発生した電荷に応じた信号を前記黒画素信号として出力させる撮像装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項記載の撮像装置であって、
前記撮像素子がＣＣＤ型であり、
前記黒画素信号出力制御部が、前記撮像素子を遮光した状態で前記撮像素子に含まれる光電変換素子から電荷転送路に電荷を読み出さずに前記電荷転送路に発生している電荷を転送して、該電荷に応じた信号を前記黒画素信号として出力させる撮像装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項記載の撮像装置であって、
前記撮像素子がＣＣＤ型であり、
前記黒画素信号出力制御部が、前記撮像素子を遮光した状態で、被写体からの光に応じた信号を得るための光電変換素子及び黒レベルを検出するための黒レベル検出用光電変換素子から電荷転送路に読み出した電荷を転送して、該電荷に応じた信号を前記黒画素信号として出力させる撮像装置。
【請求項１１】
請求項１〜７のいずれか１項記載の撮像装置であって、
前記撮像素子が、ＣＣＤ型であり、且つ、被写体からの光に応じた信号を得るための光電変換素子と、黒レベルを検出するための黒レベル検出用光電変換素子とを含み、
前記黒画素信号出力制御部が、前記黒画素信号を出力させるために、第一の制御と第二の制御と第三の制御を実施可能であり、
前記第一の制御が、前記黒レベル検出用光電変換素子で発生した電荷に応じた信号を前記黒画素信号として出力させる制御であり、
前記第二の制御が、前記撮像素子を遮光した状態で前記撮像素子に含まれる光電変換素子から電荷転送路に電荷を読み出さずに前記電荷転送路に発生している電荷を転送して、該電荷に応じた信号を前記黒画素信号として出力させる制御であり、
前記第三の制御が、前記撮像素子を遮光した状態で前記光電変換素子及び前記黒レベル検出用光電変換素子から電荷転送路に読み出した電荷を転送して、該電荷に応じた信号を前記黒画素信号として出力させる制御であり、
前記黒画素信号出力制御部は、前記アナログゲインが閾値よりも小さいときに前記第一の制御を実施し、前記アナログゲインが前記閾値以上で且つ被写体輝度が所定値よりも小さいときに前記第二の制御を実施し、前記アナログゲインが前記閾値以上で且つ被写体輝度が前記所定値以上のときに前記第三の制御を実施する撮像装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項記載の撮像装置であって、
前記割合から前記設定ゲイン及び前記アナログゲインの少なくとも一方の調整量を算出する調整量算出部を備える撮像装置。
【請求項１３】
撮像素子から出力されるアナログの撮像信号を所定のアナログゲインで増幅する増幅ステップと、
前記増幅ステップで増幅後の撮像信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換ステップとを備え、
前記ＡＤ変換ステップでは、前記増幅後の撮像信号のうち、被写体からの光によらない信号である黒画素信号を設定レベルにクランプしてデジタル信号に変換し、
前記撮像素子から前記黒画素信号を複数個出力させる制御を行う黒画素信号出力制御ステップと、
前記デジタル信号に変換された前記複数個の黒画素信号のうち、前記ＡＤ変換ステップでの出力下限値となる信号の占める割合を求める出力下限値割合演算ステップと、
前記割合に応じて前記設定レベルを調整するレベル調整ステップ及び前記割合に応じて前記アナログゲインを調整するアナログゲイン調整ステップの少なくとも一方とを備える撮像方法。
【請求項１４】
請求項１３記載の撮像方法であって、
前記アナログゲイン調整ステップでは、前記割合が第一の閾値よりも大きいときに、前記割合が前記第一の閾値以下となるレベルまで前記アナログゲインを小さくする撮像方法。
【請求項１５】
請求項１４記載の撮像方法であって、
前記アナログゲイン調整ステップでは、前記第一の閾値より小さい第二の閾値よりも前記割合が小さいときに、前記割合が前記第二の閾値以上前記第一の閾値以下となるレベルまで前記アナログゲインを大きくする撮像方法。
【請求項１６】
請求項１３〜１５のいずれか１項記載の撮像方法であって、
前記レベル調整ステップでは、前記割合が第三の閾値よりも大きいときに、前記割合が前記第三の閾値以下となるレベルまで前記設定レベルを大きくする撮像方法。
【請求項１７】
請求項１６記載の撮像方法であって、
前記レベル調整ステップでは、前記第三の閾値より小さい第四の閾値よりも前記割合が小さいときに、前記割合が前記第四の閾値以上前記第三の閾値以下となるレベルまで前記設定レベルを小さくする撮像方法。
【請求項１８】
請求項１３〜１７のいずれか１項記載の撮像方法であって、
前記アナログゲイン調整ステップで前記アナログゲインの調整がなされた場合に、前記ＡＤ変換ステップで変換されたデジタル信号を所定のデジタルゲインで増幅するデジタル信号増幅ステップを備え、
前記デジタル信号増幅ステップでは、前記デジタルゲインと前記アナログゲイン調整ステップで調整された後の前記アナログゲインとの和が一定となるように、前記デジタルゲインを設定する撮像方法。
【請求項１９】
請求項１３〜１８のいずれか１項記載の撮像方法であって、
前記出力下限値割合演算ステップでは、前記ＡＤ変換ステップで変換後の前記複数個の黒画素信号のヒストグラムを求めて、前記割合を演算する撮像方法。
【請求項２０】
請求項１３〜１９のいずれか１項記載の撮像方法であって、
前記撮像素子が、被写体からの光に応じた信号を得るための光電変換素子と、黒レベルを検出するための黒レベル検出用光電変換素子とを含み、
前記黒画素信号出力制御ステップでは、前記黒レベル検出用光電変換素子で発生した電荷に応じた信号を前記黒画素信号として出力させる撮像方法。
【請求項２１】
請求項１３〜２０のいずれか１項記載の撮像方法であって、
前記撮像素子がＣＣＤ型であり、
前記黒画素信号出力制御ステップでは、前記撮像素子を遮光した状態で前記撮像素子に含まれる光電変換素子から電荷転送路に電荷を読み出さずに前記電荷転送路に発生している電荷を転送して、該電荷に応じた信号を前記黒画素信号として出力させる撮像方法。
【請求項２２】
請求項１３〜２１のいずれか１項記載の撮像方法であって、
前記撮像素子がＣＣＤ型であり、
前記黒画素信号出力制御ステップでは、前記撮像素子を遮光した状態で、被写体からの光に応じた信号を得るための光電変換素子及び黒レベルを検出するための黒レベル検出用光電変換素子から電荷転送路に読み出した電荷を転送して、該電荷に応じた信号を前記黒画素信号として出力させる撮像方法。
【請求項２３】
請求項１３〜１９のいずれか１項記載の撮像方法であって、
前記撮像素子が、ＣＣＤ型であり、且つ、被写体からの光に応じた信号を得るための光電変換素子と、黒レベルを検出するための黒レベル検出用光電変換素子とを含み、
前記黒画素信号出力制御ステップでは、前記黒画素信号を出力させるために、第一の制御と第二の制御と第三の制御を実施可能であり、
前記第一の制御が、前記黒レベル検出用光電変換素子で発生した電荷に応じた信号を前記黒画素信号として出力させる制御であり、
前記第二の制御が、前記撮像素子を遮光した状態で前記撮像素子に含まれる光電変換素子から電荷転送路に電荷を読み出さずに前記電荷転送路に発生している電荷を転送して、該電荷に応じた信号を前記黒画素信号として出力させる制御であり、
前記第三の制御が、前記撮像素子を遮光した状態で前記光電変換素子及び前記黒レベル検出用光電変換素子から電荷転送路に読み出した電荷を転送して、該電荷に応じた信号を前記黒画素信号として出力させる制御であり、
前記黒画素信号出力制御ステップでは、前記アナログゲインが閾値よりも小さいときに前記第一の制御を実施し、前記アナログゲインが前記閾値以上で且つ被写体輝度が所定値よりも小さいときに前記第二の制御を実施し、前記アナログゲインが前記閾値以上で且つ被写体輝度が前記所定値以上のときに前記第三の制御を実施する撮像方法。
【請求項２４】
請求項１３〜２３のいずれか１項記載の撮像方法であって、
前記割合から前記設定ゲイン及び前記アナログゲインの少なくとも一方の調整量を算出する調整量算出ステップを備える撮像方法。
【請求項１】
撮像素子と、
前記撮像素子から出力されるアナログの撮像信号を所定のアナログゲインで増幅する増幅部と、
前記増幅部から出力される撮像信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換部とを備え、
前記ＡＤ変換部は、前記増幅部から出力される撮像信号のうち、被写体からの光によらない信号である黒画素信号を設定レベルにクランプしてデジタル信号に変換するものであり、
前記撮像素子から前記黒画素信号を複数個出力させる制御を行う黒画素信号出力制御部と、
前記デジタル信号に変換された前記複数個の黒画素信号のうち、前記ＡＤ変換部の出力下限値となる信号の占める割合を求める出力下限値割合演算部と、
前記割合に応じて前記設定レベルを調整するレベル調整部及び前記割合に応じて前記アナログゲインを調整するアナログゲイン調整部の少なくとも一方とを備える撮像装置。
【請求項２】
請求項１記載の撮像装置であって、
前記アナログゲイン調整部が、前記割合が第一の閾値よりも大きいときに、前記割合が前記第一の閾値以下となるレベルまで前記アナログゲインを小さくする撮像装置。
【請求項３】
請求項２記載の撮像装置であって、
前記アナログゲイン調整部が、前記第一の閾値より小さい第二の閾値よりも前記割合が小さいときに、前記割合が前記第二の閾値以上前記第一の閾値以下となるレベルまで前記アナログゲインを大きくする撮像装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項記載の撮像装置であって、
前記レベル調整部が、前記割合が第三の閾値よりも大きいときに、前記割合が前記第三の閾値以下となるレベルまで前記設定レベルを大きくする撮像装置。
【請求項５】
請求項４記載の撮像装置であって、
前記レベル調整部が、前記第三の閾値より小さい第四の閾値よりも前記割合が小さいときに、前記割合が前記第四の閾値以上前記第三の閾値以下となるレベルまで前記設定レベルを小さくする撮像装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項記載の撮像装置であって、
前記アナログゲイン調整部によって前記アナログゲインの調整がなされた場合に、前記ＡＤ変換部から出力されるデジタル信号を所定のデジタルゲインで増幅するデジタル信号増幅部を備え、
前記デジタル信号増幅部は、前記デジタルゲインと前記アナログゲイン調整部によって調整された後の前記アナログゲインとの和が一定となるように、前記デジタルゲインを設定する撮像装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項記載の撮像装置であって、
前記出力下限値割合演算部が、前記ＡＤ変換部から出力される前記複数個の黒画素信号のヒストグラムを求めて、前記割合を演算する撮像装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項記載の撮像装置であって、
前記撮像素子が、被写体からの光に応じた信号を得るための光電変換素子と、黒レベルを検出するための黒レベル検出用光電変換素子とを含み、
前記黒画素信号出力制御部が、前記黒レベル検出用光電変換素子で発生した電荷に応じた信号を前記黒画素信号として出力させる撮像装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項記載の撮像装置であって、
前記撮像素子がＣＣＤ型であり、
前記黒画素信号出力制御部が、前記撮像素子を遮光した状態で前記撮像素子に含まれる光電変換素子から電荷転送路に電荷を読み出さずに前記電荷転送路に発生している電荷を転送して、該電荷に応じた信号を前記黒画素信号として出力させる撮像装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項記載の撮像装置であって、
前記撮像素子がＣＣＤ型であり、
前記黒画素信号出力制御部が、前記撮像素子を遮光した状態で、被写体からの光に応じた信号を得るための光電変換素子及び黒レベルを検出するための黒レベル検出用光電変換素子から電荷転送路に読み出した電荷を転送して、該電荷に応じた信号を前記黒画素信号として出力させる撮像装置。
【請求項１１】
請求項１〜７のいずれか１項記載の撮像装置であって、
前記撮像素子が、ＣＣＤ型であり、且つ、被写体からの光に応じた信号を得るための光電変換素子と、黒レベルを検出するための黒レベル検出用光電変換素子とを含み、
前記黒画素信号出力制御部が、前記黒画素信号を出力させるために、第一の制御と第二の制御と第三の制御を実施可能であり、
前記第一の制御が、前記黒レベル検出用光電変換素子で発生した電荷に応じた信号を前記黒画素信号として出力させる制御であり、
前記第二の制御が、前記撮像素子を遮光した状態で前記撮像素子に含まれる光電変換素子から電荷転送路に電荷を読み出さずに前記電荷転送路に発生している電荷を転送して、該電荷に応じた信号を前記黒画素信号として出力させる制御であり、
前記第三の制御が、前記撮像素子を遮光した状態で前記光電変換素子及び前記黒レベル検出用光電変換素子から電荷転送路に読み出した電荷を転送して、該電荷に応じた信号を前記黒画素信号として出力させる制御であり、
前記黒画素信号出力制御部は、前記アナログゲインが閾値よりも小さいときに前記第一の制御を実施し、前記アナログゲインが前記閾値以上で且つ被写体輝度が所定値よりも小さいときに前記第二の制御を実施し、前記アナログゲインが前記閾値以上で且つ被写体輝度が前記所定値以上のときに前記第三の制御を実施する撮像装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項記載の撮像装置であって、
前記割合から前記設定ゲイン及び前記アナログゲインの少なくとも一方の調整量を算出する調整量算出部を備える撮像装置。
【請求項１３】
撮像素子から出力されるアナログの撮像信号を所定のアナログゲインで増幅する増幅ステップと、
前記増幅ステップで増幅後の撮像信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換ステップとを備え、
前記ＡＤ変換ステップでは、前記増幅後の撮像信号のうち、被写体からの光によらない信号である黒画素信号を設定レベルにクランプしてデジタル信号に変換し、
前記撮像素子から前記黒画素信号を複数個出力させる制御を行う黒画素信号出力制御ステップと、
前記デジタル信号に変換された前記複数個の黒画素信号のうち、前記ＡＤ変換ステップでの出力下限値となる信号の占める割合を求める出力下限値割合演算ステップと、
前記割合に応じて前記設定レベルを調整するレベル調整ステップ及び前記割合に応じて前記アナログゲインを調整するアナログゲイン調整ステップの少なくとも一方とを備える撮像方法。
【請求項１４】
請求項１３記載の撮像方法であって、
前記アナログゲイン調整ステップでは、前記割合が第一の閾値よりも大きいときに、前記割合が前記第一の閾値以下となるレベルまで前記アナログゲインを小さくする撮像方法。
【請求項１５】
請求項１４記載の撮像方法であって、
前記アナログゲイン調整ステップでは、前記第一の閾値より小さい第二の閾値よりも前記割合が小さいときに、前記割合が前記第二の閾値以上前記第一の閾値以下となるレベルまで前記アナログゲインを大きくする撮像方法。
【請求項１６】
請求項１３〜１５のいずれか１項記載の撮像方法であって、
前記レベル調整ステップでは、前記割合が第三の閾値よりも大きいときに、前記割合が前記第三の閾値以下となるレベルまで前記設定レベルを大きくする撮像方法。
【請求項１７】
請求項１６記載の撮像方法であって、
前記レベル調整ステップでは、前記第三の閾値より小さい第四の閾値よりも前記割合が小さいときに、前記割合が前記第四の閾値以上前記第三の閾値以下となるレベルまで前記設定レベルを小さくする撮像方法。
【請求項１８】
請求項１３〜１７のいずれか１項記載の撮像方法であって、
前記アナログゲイン調整ステップで前記アナログゲインの調整がなされた場合に、前記ＡＤ変換ステップで変換されたデジタル信号を所定のデジタルゲインで増幅するデジタル信号増幅ステップを備え、
前記デジタル信号増幅ステップでは、前記デジタルゲインと前記アナログゲイン調整ステップで調整された後の前記アナログゲインとの和が一定となるように、前記デジタルゲインを設定する撮像方法。
【請求項１９】
請求項１３〜１８のいずれか１項記載の撮像方法であって、
前記出力下限値割合演算ステップでは、前記ＡＤ変換ステップで変換後の前記複数個の黒画素信号のヒストグラムを求めて、前記割合を演算する撮像方法。
【請求項２０】
請求項１３〜１９のいずれか１項記載の撮像方法であって、
前記撮像素子が、被写体からの光に応じた信号を得るための光電変換素子と、黒レベルを検出するための黒レベル検出用光電変換素子とを含み、
前記黒画素信号出力制御ステップでは、前記黒レベル検出用光電変換素子で発生した電荷に応じた信号を前記黒画素信号として出力させる撮像方法。
【請求項２１】
請求項１３〜２０のいずれか１項記載の撮像方法であって、
前記撮像素子がＣＣＤ型であり、
前記黒画素信号出力制御ステップでは、前記撮像素子を遮光した状態で前記撮像素子に含まれる光電変換素子から電荷転送路に電荷を読み出さずに前記電荷転送路に発生している電荷を転送して、該電荷に応じた信号を前記黒画素信号として出力させる撮像方法。
【請求項２２】
請求項１３〜２１のいずれか１項記載の撮像方法であって、
前記撮像素子がＣＣＤ型であり、
前記黒画素信号出力制御ステップでは、前記撮像素子を遮光した状態で、被写体からの光に応じた信号を得るための光電変換素子及び黒レベルを検出するための黒レベル検出用光電変換素子から電荷転送路に読み出した電荷を転送して、該電荷に応じた信号を前記黒画素信号として出力させる撮像方法。
【請求項２３】
請求項１３〜１９のいずれか１項記載の撮像方法であって、
前記撮像素子が、ＣＣＤ型であり、且つ、被写体からの光に応じた信号を得るための光電変換素子と、黒レベルを検出するための黒レベル検出用光電変換素子とを含み、
前記黒画素信号出力制御ステップでは、前記黒画素信号を出力させるために、第一の制御と第二の制御と第三の制御を実施可能であり、
前記第一の制御が、前記黒レベル検出用光電変換素子で発生した電荷に応じた信号を前記黒画素信号として出力させる制御であり、
前記第二の制御が、前記撮像素子を遮光した状態で前記撮像素子に含まれる光電変換素子から電荷転送路に電荷を読み出さずに前記電荷転送路に発生している電荷を転送して、該電荷に応じた信号を前記黒画素信号として出力させる制御であり、
前記第三の制御が、前記撮像素子を遮光した状態で前記光電変換素子及び前記黒レベル検出用光電変換素子から電荷転送路に読み出した電荷を転送して、該電荷に応じた信号を前記黒画素信号として出力させる制御であり、
前記黒画素信号出力制御ステップでは、前記アナログゲインが閾値よりも小さいときに前記第一の制御を実施し、前記アナログゲインが前記閾値以上で且つ被写体輝度が所定値よりも小さいときに前記第二の制御を実施し、前記アナログゲインが前記閾値以上で且つ被写体輝度が前記所定値以上のときに前記第三の制御を実施する撮像方法。
【請求項２４】
請求項１３〜２３のいずれか１項記載の撮像方法であって、
前記割合から前記設定ゲイン及び前記アナログゲインの少なくとも一方の調整量を算出する調整量算出ステップを備える撮像方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−９８３４（Ｐ２０１１−９８３４Ａ）
【公開日】平成２３年１月１３日（２０１１．１．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１４８６５９（Ｐ２００９−１４８６５９）
【出願日】平成２１年６月２３日（２００９．６．２３）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月１３日（２０１１．１．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月２３日（２００９．６．２３）
【出願人】（３０６０３７３１１）富士フイルム株式会社 (25,513)
【Ｆターム（参考）】
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