(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれが入射光に応じた電荷を蓄積する行列状に配列されたｎ×ｍ個の画素部を有し、前記ｎ×ｍ個の画素部の画素行毎に、当該画素行に属するｎ個の画素部に蓄積された電荷に応じたｎ個の画素信号を出力する撮像部と、
ランプ波形信号を供給するものであって前記ランプ波形信号の傾きを変更可能な参照信号供給部と、
前記ｎ×ｍ個の画素部のｎ個の画素列にそれぞれ対応し、それぞれが前記参照信号供給部からのランプ波形信号の信号レベルが自己に対応する画素列からの画素信号の信号レベルに到達するまでの時間をカウントすることによって当該画素信号を画素値に変換するｎ個のＡＤ変換部と、
前記ランプ波形信号の傾きが第１の傾きである場合に、前記ｎ個のＡＤ変換部によって得られたｎ個の画素値の中から第１の閾値よりも大きい画素値を検出すると、前記ランプ波形信号の傾きが前記第１の傾きよりも急峻な第２の傾きになるように前記参照信号供給部を制御し、前記ランプ波形信号の傾きが前記第２の傾きである場合に、前記ｎ個のＡＤ変換部によって得られたｎ個の画素値の中の最大画素値が前記第１の閾値よりも小さい第２の閾値よりも小さいことを検出すると、前記ランプ波形信号の傾きが前記第１の傾きになるように前記参照信号供給部を制御する分解能制御部とを備える
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記撮像部は、ベイヤー配列型のカラーフィルタを有し、
前記分解能制御部は、前記ｎ個の画素値のうちＧ（緑）成分に対応する画素値に基づいて前記参照信号供給部を制御する
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記ｎ×ｍ個の画素部は、ＯＢ画素部を含み、
前記ＯＢ画素に対応する画素値は、前記ランプ波形信号の傾きが前記第１および第２の傾きのいずれであるのかを示す情報として出力される
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載の固体撮像装置と、
前記固体撮像装置によって得られたｎ個の画素値の中の特定の画素値に基づいて前記ランプ波形信号の傾きが前記第１および第２の傾きのいずれであるのかを検知し、前記ランプ波形信号の傾きに応じて当該ｎ個の画素値を補正する信号補正部とを備える
ことを特徴とする画像処理装置。
【請求項５】
請求項３に記載の固体撮像装置と、
前記固体撮像装置によって得られた前記ＯＢ画素に対応する画素値に基づいて前記ランプ波形信号の傾きが前記第１および第２の傾きのいずれであるのかを検知し、前記ランプ波形信号の傾きに応じて前記ｎ個の画素値を補正する信号補正部とを備える
ことを特徴とする画像処理装置。
【請求項６】
それぞれが入射光に応じた電荷を蓄積する行列状に配列されたｎ×ｍ個の画素部を有し、前記ｎ×ｍ個の画素部の画素行毎に、当該画素行に属するｎ個の画素部に蓄積された電荷に応じたｎ個の画素信号を出力する撮像部と、
ｎ個のランプ波形信号を供給するものであって前記ｎ個のランプ波形信号の各々の傾きを変更可能な参照信号供給部と、
前記ｎ×ｍ個の画素部のｎ個の画素列にそれぞれ対応し、それぞれが前記ｎ個のランプ波形信号のうち自己に対応するランプ波形信号の信号レベルが自己に対応する画素列からの画素信号の信号レベルに到達するまでの時間をカウントすることによって当該画素信号を画素値に変換するｎ個のＡＤ変換部と、
前記ｎ個のＡＤ変換部の各々について、当該ＡＤ変換部に対応するランプ波形信号の傾きが第１の傾きである場合に、当該ＡＤ変換部によって得られた画素値が第１の閾値よりも大きいことを検出すると、当該ＡＤ変換部に対応するランプ波形信号の傾きが前記第１の傾きよりも急峻な第２の傾きになるように前記参照信号供給部を制御し、当該ＡＤ変換部に対応するランプ波形信号の傾きが前記第２の傾きである場合に、当該ＡＤ変換部によって得られた画素値が前記第１の閾値よりも小さい第２の閾値よりも小さいことを検出すると、当該ＡＤ変換部に対応するランプ波形信号の傾きが前記第１の傾きになるように前記参照信号供給部を制御する分解能制御部とを備える
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項７】
請求項６に記載の固体撮像装置と、
前記固体撮像装置によって得られたｎ個の画素値に基づいて前記ｎ個のランプ波形信号の傾きが前記第１および第２の傾きのいずれであるのかをそれぞれ検知し、前記ｎ個のランプ波形信号の傾きに応じて当該ｎ個の画素値をそれぞれ補正する信号補正部とを備える
ことを特徴とする画像処理装置。
【請求項８】
請求項４，５，７のいずれか１項に記載の画像処理装置と、
被写体の光学像を前記撮像部上に結像させる光学部とを備える
ことを特徴とするカメラシステム。
【請求項９】
それぞれが入射光に応じた電荷を蓄積する行列状に配列されたｎ×ｍ個の画素部を有し、前記ｎ×ｍ個の画素部の画素行毎に、当該画素行に属するｎ個の画素部に蓄積された電荷に応じたｎ個の画素信号を出力する撮像部と、
前記ｎ×ｍ個の画素部のｎ個の画素列にそれぞれ対応し、それぞれが自己に対応する画素列からの画素信号を画素値に変換するものであって、ＡＤ変換分解能を変更可能なｎ個のＡＤ変換部と、
前記ｎ個のＡＤ変換部のＡＤ変換分解能が第１の分解能である場合に、前記ｎ個のＡＤ変換部によって得られたｎ個の画素値の中から第１の閾値よりも大きい画素値を検出すると、前記ｎ個のＡＤ変換部のＡＤ変換分解能を第１の分解能よりも粗い第２の分解能になるように前記ｎ個のＡＤ変換部を制御し、前記ｎ個のＡＤ変換部のＡＤ変換分解能が前記第２の分解能である場合に、前記ｎ個のＡＤ変換部によって得られたｎ個の画素値の中の最大画素値が前記第１の閾値よりも小さい第２の閾値よりも小さいことを検出すると、前記ｎ個のＡＤ変換部のＡＤ変換分解能が前記第１の分解能になるように前記ｎ個のＡＤ変換部を制御する分解能制御部とを備える
ことを特徴とする固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、行列状に配列された複数の画素部を有する撮像部が設けられた固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
外部から入力される光を検知し、電気信号を出力する固体撮像装置として、主に、ＣＣＤ型やＭＯＳ型のイメージセンサが利用されている。例えば、ＭＯＳイメージセンサのダイナミックレンジを拡大する方法は、特許文献１や特許文献２に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１７５５１７号公報
【特許文献２】特開２００８−１２４８４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の技術では、Ｍビットのダイナミックレンジ拡大のために、信号出力とは別に、ゲイン情報を表すＭビットの信号が必要となる。また、特許文献２の技術では、画素信号を分解能を異ならせて複数回ＡＤ変換し、複数のＡＤ変換後の信号を合成してダイナミックレンジを拡大するために、合成対象の信号を記憶するためのラインメモリや、合成処理を行う回路が必要となり、回路規模が大きくなる。
【０００５】
そこで、この発明は、簡易な構成で、Ｓ／Ｎを良好に保ちながらダイナミックレンジを拡大することができる固体撮像装置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】
【０００６】
この発明の１つの局面に従うと、固体撮像装置は、それぞれが入射光に応じた電荷を蓄積する行列状に配列されたｎ×ｍ個の画素部を有し、上記ｎ×ｍ個の画素部の画素行毎に、当該画素行に属するｎ個の画素部に蓄積された電荷に応じたｎ個の画素信号を出力する撮像部と、ランプ波形信号を供給するものであって上記ランプ波形信号の傾きを変更可能な参照信号供給部と、上記ｎ×ｍ個の画素部のｎ個の画素列にそれぞれ対応し、それぞれが上記参照信号供給部からのランプ波形信号の信号レベルが自己に対応する画素列からの画素信号の信号レベルに到達するまでの時間をカウントすることによって当該画素信号を画素値に変換するｎ個のＡＤ変換部と、上記ランプ波形信号の傾きが第１の傾きである場合に、上記ｎ個のＡＤ変換部によって得られたｎ個の画素値の中から第１の閾値よりも大きい画素値を検出すると、上記ランプ波形信号の傾きが上記第１の傾きよりも急峻な第２の傾きになるように上記参照信号供給部を制御し、上記ランプ波形信号の傾きが上記第２の傾きである場合に、上記ｎ個のＡＤ変換部によって得られたｎ個の画素値の中の最大画素値が上記第１の閾値よりも小さい第２の閾値よりも小さいことを検出すると、上記ランプ波形信号の傾きが上記第１の傾きになるように上記参照信号供給部を制御する分解能制御部とを備える。
【０００７】
上記固体撮像装置では、画素信号の信号レベルが第１の閾値に対応する閾値電圧よりも低い場合（例えば、画素信号の低照度部）においてＳ／Ｎを良好に保ちながら、画素信号の信号レベルが閾値電圧よりも高い場合（例えば、画素信号の高照度部）においてダイナミックレンジを拡大することができる。また、ｎ個の画素値の中の特定の画素値（例えば、ＯＢ画素部に対応する画素値）そのものに基づいてＡＤ変換部の分解能（ランプ波形信号の傾きが第１の傾きおよび第２の傾きのいずれであるのか）を検知することが可能であるので、分解能情報（ＡＤ変換部の分解能に関する情報）を出力するための信号線を設けなくても良い。そのため、固体撮像装置の構成を簡易化できる。
【０００８】
この発明のもう１つの局面に従うと、固体撮像装置は、それぞれが入射光に応じた電荷を蓄積する行列状に配列されたｎ×ｍ個の画素部を有し、上記ｎ×ｍ個の画素部の画素行毎に、当該画素行に属するｎ個の画素部に蓄積された電荷に応じたｎ個の画素信号を出力する撮像部と、ｎ個のランプ波形信号を供給するものであって上記ｎ個のランプ波形信号の各々の傾きを変更可能な参照信号供給部と、上記ｎ×ｍ個の画素部のｎ個の画素列にそれぞれ対応し、それぞれが上記ｎ個のランプ波形信号のうち自己に対応するランプ波形信号の信号レベルが自己に対応する画素列からの画素信号の信号レベルに到達するまでの時間をカウントすることによって当該画素信号を画素値に変換するｎ個のＡＤ変換部と、上記ｎ個のＡＤ変換部の各々について、当該ＡＤ変換部に対応するランプ波形信号の傾きが第１の傾きである場合に、当該ＡＤ変換部によって得られた画素値が第１の閾値よりも大きいことを検出すると、当該ＡＤ変換部に対応するランプ波形信号の傾きが上記第１の傾きよりも急峻な第２の傾きになるように上記参照信号供給部を制御し、当該ＡＤ変換部に対応するランプ波形信号の傾きが上記第２の傾きである場合に、当該ＡＤ変換部によって得られた画素値が上記第１の閾値よりも小さい第２の閾値よりも小さいことを検出すると、当該ＡＤ変換部に対応するランプ波形信号の傾きが上記第１の傾きになるように上記参照信号供給部を制御する分解能制御部とを備える。
【０００９】
上記固体撮像装置では、画素信号の信号レベルが第１の閾値に対応する閾値電圧よりも低い場合（例えば、画素信号の低照度部）においてＳ／Ｎを良好に保ちながら、画素信号の信号レベルが閾値電圧よりも高い場合（例えば、画素信号の高照度部）においてダイナミックレンジを拡大することができる。また、ｎ個の画素値の中の特定の画素値（例えば、ＯＢ画素部に対応する画素値）そのものに基づいてＡＤ変換部の分解能（ランプ波形信号の傾きが第１の傾きおよび第２の傾きのいずれであるのか）を検知することが可能であるので、分解能情報（ＡＤ変換部の分解能に関する情報）を出力するための信号線を設けなくても良い。そのため、固体撮像装置の構成を簡易化できる。
【００１０】
この発明のもう１つの局面に従うと、固体撮像装置は、それぞれが入射光に応じた電荷を蓄積する行列状に配列されたｎ×ｍ個の画素部を有し、上記ｎ×ｍ個の画素部の画素行毎に、当該画素行に属するｎ個の画素部に蓄積された電荷に応じたｎ個の画素信号を出力する撮像部と、上記ｎ×ｍ個の画素部のｎ個の画素列にそれぞれ対応し、それぞれが自己に対応する画素列からの画素信号を画素値に変換するものであって、ＡＤ変換分解能を変更可能なｎ個のＡＤ変換部と、上記ｎ個のＡＤ変換部のＡＤ変換分解能が第１の分解能である場合に、上記ｎ個のＡＤ変換部によって得られたｎ個の画素値の中から第１の閾値よりも大きい画素値を検出すると、上記ｎ個のＡＤ変換部のＡＤ変換分解能を第１の分解能よりも粗い第２の分解能になるように上記ｎ個のＡＤ変換部を制御し、上記ｎ個のＡＤ変換部のＡＤ変換分解能が上記第２の分解能である場合に、上記ｎ個のＡＤ変換部によって得られたｎ個の画素値の中の最大画素値が上記第１の閾値よりも小さい第２の閾値よりも小さいことを検出すると、上記ｎ個のＡＤ変換部のＡＤ変換分解能が上記第１の分解能になるように上記ｎ個のＡＤ変換部を制御する分解能制御部とを備える。
【００１１】
上記固体撮像装置では、画素信号の信号レベルが第１の閾値に対応する閾値電圧よりも低い場合においてＳ／Ｎを良好に保ちながら、画素信号の信号レベルが閾値電圧よりも高い場合においてダイナミックレンジを拡大することができる。また、ｎ個の画素値の中の特定の画素値そのものに基づいてＡＤ変換部の分解能を検知することが可能であるので、分解能情報（ＡＤ変換部の分解能に関する情報）を出力するための信号線を設けなくても良い。そのため、固体撮像装置の構成を簡易化できる。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように、画素信号の信号レベルが第１の閾値に対応する閾値電圧よりも低い場合においてＳ／Ｎを良好に保ちながら、画素信号の信号レベルが閾値電圧よりも高い場合においてダイナミックレンジを拡大することができる。また、分解能情報（ＡＤ変換部の分解能に関する情報）を出力するための信号線を設けなくても良いので、固体撮像装置の構成を簡易化できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態１による画像処理装置の構成例を示す図。
【図２】画素部の構成例を示す図。
【図３】固体撮像装置による読み出し動作について説明するための図。
【図４】ランプ波形信号の傾きについて説明するための図。
【図５】画素部の配置について説明するための図。
【図６】（ａ）撮像部の構成例を示す図。（ｂ）ベイヤー配列型のカラーフィルタについて説明するための図。
【図７】ランプ波形信号の傾きについて説明するための図。
【図８】実施形態２による画像処理装置の構成例を示す図。
【図９】画素値の補正について説明するための図。
【図１０】デジタルカメラの構成例について説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、以下で説明する実施の形態のそれぞれはあくまで一例であり、様々な改変を行うことが可能である。
【００１５】
（実施形態１）
図１は、実施形態１による画像処理装置の構成例を示す。この画像処理装置は、固体撮像装置１０と、信号補正部１１とを備える。固体撮像装置１０は、制御信号生成部１００と、撮像部１０１と、垂直走査部１０２と、カラムアンプ部１０３と、参照信号供給部１０４と、ｎ個（ここでは、ｎ＝３）のＡＤ変換部１０５１〜１０５３と、メモリ部１０６と、分解能制御部１０７と、デジタル信号処理部１０８とを備える。
【００１６】
〔制御信号生成部〕
制御信号生成部１００は、垂直走査部１０２，ＡＤ変換部１０５１〜１０５３，およびデジタル信号処理部１０８を制御する。また、制御信号生成部１００は、マスタクロックＭＣＫに基づいてクロックＣＫおよび転送クロックＤＣＫを生成し、クロックＣＫを参照信号供給部１０４およびＡＤ変換部１０５１〜１０５３に供給し、転送クロックＤＣＫをメモリ部１０６に供給する。
【００１７】
〔撮像部〕
撮像部１０１は、半導体基板上において行列状に配列されたｎ×ｍ個（ここでは、ｎ＝３，ｍ＝２）の画素部Ｐ１１〜Ｐ２３を有する。画素部Ｐ１１〜Ｐ２３の各々は、入射光に応じた電荷を蓄積する。例えば、画素部Ｐ１１〜Ｐ２３の各々は、入射光を電荷に光電変換する光電変換部や、光電変換部によって得られた電荷を蓄積する蓄積部などを含む。
【００１８】
図２のように、画素部Ｐ１１は、フォトダイオードＰＤと、フローティングディフュージョンＦＤと、読み出し選択トランジスタ１１１と、リセットトランジスタ１１２と、増幅トランジスタ１１３と、行選択トランジスタ１１４とを含んでいても良い。画素部Ｐ１１には、垂直走査部１０２から水平制御線ＨＬ１を介して、行選択信号ＬＤ，リセット信号ＲＥ，および読み出し信号ＲＤが供給される。また、垂直信号線ＶＬ１には、画素部Ｐ１１に蓄積された電荷に応じた画素信号ＡＯ１が出力される。なお、図２では、画素部Ｐ１１は、４個のトランジスタを有する４ＴＲ構成であるが、３個のトランジスタを有する３ＴＲ構成であっても良いし、その他の構成であっても良い。また、画素部Ｐ１２〜Ｐ２３の各々は、画素部Ｐ１１と同様の構成を有する。
【００１９】
〔垂直走査部〕
垂直走査部１０２は、制御信号生成部１００からの制御信号Ｓ１０２に応答して、水平制御線ＨＬ１，ＨＬ２を介して画素部Ｐ１１〜Ｐ２３に制御信号（行選択信号ＬＤ，リセット信号ＲＥ，および読み出し信号ＲＤ）を供給することによって画素部Ｐ１１〜Ｐ２３を制御する。例えば、垂直走査部１０２は、画素行の選択，蓄積時間の制御，読み出し動作の制御などを実行する。
【００２０】
〔カラムアンプ部〕
カラムアンプ部１０３は、ｎ本（ここでは、ｎ＝３）の垂直信号線ＶＬ１〜ＶＬ３を介して供給されたｎ個の画素信号ＡＯ１〜ＡＯ３（垂直走査部１０２によって選択された画素行に属するｎ個の画素部からのｎ個の画素信号）をＡＤ変換部１０５１〜１０５３にそれぞれ供給する。
【００２１】
〔参照信号供給部〕
参照信号供給部１０４は、制御信号生成部１００からのクロックＣＫに同期してランプ波形信号ＲＡＭＰを供給する。例えば、参照信号供給部１０４は、ＤＡ変換器によって構成される。また、参照信号供給部１０４は、分解能制御部１０７による制御（ここでは、オーバーフロー検出信号ＯＦ）に応答して、ランプ波形信号ＲＡＭＰの傾きを変更する。ランプ波形信号ＲＡＭＰの傾きを変更することにより、ＡＤ変換部１０５１〜１０５３の分解能（ビット数）が変化する。
【００２２】
〔ＡＤ変換部〕
ＡＤ変換部１０５１〜１０５３は、それぞれ、垂直信号線ＶＬ１〜ＶＬ３（画素部Ｐ１１〜Ｐ２３の３個の画素列）に対応する。また、ＡＤ変換部１０５１〜１０５３は、それぞれ、ランプ波形信号ＲＡＭＰの信号レベルが画素信号ＡＯ１〜ＡＯ３の信号レベルに到達するまでの時間をカウントする。これにより、画素信号ＡＯ１〜ＡＯ３は、画素値Ｄ１〜Ｄ３（デジタル値）に変換される。例えば、ＡＤ変換部１０５１〜１０５３の各々は、電圧比較部１５１と、カウント部１５２と、スイッチ１５３とを含んでいても良い。電圧比較部１５１は、画素信号（ＡＯ１〜ＡＯ３）の信号レベルとランプ波形信号ＲＡＭＰの信号レベルとを比較する。カウント部１５２は、電圧比較部１５１による比較処理と並行してカウント処理を実行し、電圧比較部１５１による比較結果（出力信号Ｃ１〜Ｃ３）が反転したときのカウント値を画素値（Ｄ１〜Ｄ３）として出力する。また、カウント部１５２は、制御信号生成部１００からのアップ／ダウン切り替え信号Ｓ１５２に応答して、ダウンカウントまたはアップカウントを実行する。スイッチ１５３は、制御信号生成部１００からのメモリ転送信号ＡＤＳＷに応答して、カウント部１５２のカウント値（画素値）をメモリ部１０６に転送する。
【００２３】
〔読み出し動作〕
次に、図３を参照して、図１に示した固体撮像装置１０の読み出し動作について説明する。ここでは、第１行目の画素行（画素部Ｐ１１〜Ｐ１３）を読み出し対象として説明する。また、画素部Ｐ１１〜Ｐ１３およびＡＤ変換部１０５１〜１０５３は、それぞれ、同様の処理を実行するので、説明の簡略化のために、画素部Ｐ１１およびＡＤ変換部１０５１を例に挙げて説明する。
【００２４】
まず、垂直走査部１０２は、水平制御線ＨＬ１を介して画素部Ｐ１１〜Ｐ１３に行選択信号ＬＤを供給する。これにより、画素部Ｐ１１では、行選択トランジスタ１１４がオン状態になる。次に、垂直走査部１０２は、水平制御線ＨＬ１を介して画素部Ｐ１１〜１３にリセット信号ＲＥを供給する。これにより、画素部Ｐ１１では、リセットトランジスタ１１２がオン状態になり、フローティングディフュージョンＦＤの電圧レベルがリセットレベルに設定される。また、フローティングディフュージョンＦＤのリセットレベルに応じた画素信号ＡＯ１が、垂直信号線ＶＬ１およびカラムアンプ部１０３を介して、ＡＤ変換部１０５１に供給される。
【００２５】
次に、参照信号供給部１０４は、ランプ波形信号ＲＡＭＰの信号レベルを徐々に減少させ、ＡＤ変換部１０５１の電圧比較部１５１は、ランプ波形信号ＲＡＭＰの信号レベルが画素信号ＡＯ１の信号レベルに到達すると、出力信号Ｃ１をローレベルからハイレベルへ切り替える。また、制御信号生成部１００は、アップ／ダウン切り替え信号Ｓ１５２をＡＤ変換部１０５１〜１０５３に供給して、ＡＤ変換部１０５１〜１０５３にダウンカウントを開始させる。ＡＤ変換部１０５１のカウント部１５２は、制御信号生成部１００からのクロックＣＫに同期してダウンカウントを実行し、出力信号Ｃ１がローレベルからハイレベルへ切り替わるとカウントを停止する。これにより、ＡＤ変換部１０５１のカウント部１５２は、画素部Ｐ１１のフローティングディフュージョンＦＤのリセットレベルに応じたカウント値を保持する。
【００２６】
次に、垂直走査部１０２は、画素部Ｐ１１〜Ｐ１３へのリセット信号ＲＥの供給を停止し、画素部Ｐ１１〜Ｐ１３に読み出し信号ＲＤを供給する。これにより、画素部Ｐ１１では、リセットトランジスタ１１２がオフ状態になり、読み出し選択トランジスタ１１１がオン状態になり、その結果、フォトダイオードＰＤに蓄積された電荷がフローティングディフュージョンＦＤに転送され、フローティングディフュージョンＦＤの電圧レベルに応じた画素信号ＡＯ１（画素レベルに応じた画素信号）が、垂直信号線ＶＬ１およびカラムアンプ部１０３を介して、ＡＤ変換部１０５１に供給される。
【００２７】
次に、参照信号供給部１０４は、ランプ波形信号ＲＡＭＰの信号レベルを徐々に減少させ、ＡＤ変換部１０５１の電圧比較部１５１は、ランプ波形信号ＲＡＭＰの信号レベルが画素信号ＡＯ１の信号レベルに到達すると、出力信号Ｃ１をローレベルからハイレベルへ切り替える。また、制御信号生成部１００は、アップ／ダウン切り替え信号Ｓ１５２をＡＤ変換部１０５１〜１０５３に供給して、ＡＤ変換部１０５１〜１０５３にアップカウントを開始させる。ＡＤ変換部１０５１のカウント部１５２は、制御信号生成部１００からのクロックＣＫに同期してアップカウントを実行し、出力信号Ｃ１がローレベルからハイレベルへ切り替わるとカウントを停止する。これにより、ＡＤ変換部１０５１のカウント部１５２は、画素部Ｐ１１の画素レベルからフローティングディフュージョンＦＤのリセットレベルを減算して得られる電圧レベルに相当するカウント値を画素値Ｄ１として保持する。このようにして、相関二重サンプリング処理が施される。
【００２８】
〔メモリ部〕
メモリ部１０６は、ＡＤ変換部１０５１〜１０５３によって得られた画素値Ｄ１〜Ｄ３（画素行１行分の画素値）を保持し、制御信号生成部１００からの転送クロックＤＣＫに同期して画素値Ｄ１〜Ｄ３を画像信号ＭＥＭＯとして順次出力する。
【００２９】
〔分解能制御部〕
分解能制御部１０７は、ランプ波形信号ＲＡＭＰの傾きが傾きＲ１である場合に、画像信号ＭＥＭＯとして供給された画素値Ｄ１〜Ｄ３（画素行１行分の画素値）の中から予め設定された閾値Ｄｔｈａよりも大きい画素値を検出すると、ランプ波形信号ＲＡＭＰの傾きが傾きＲ２（傾きＲ１よりも急峻な傾き）になるように参照信号供給部１０４を制御する。また、分解能制御部１０７は、ランプ波形信号ＲＡＭＰの傾きが傾きＲ２である場合に、画像信号ＭＥＭＯとして供給された画素値Ｄ１〜Ｄ３の中の最大画素値が予め設定された閾値Ｄｔｈｂ（閾値Ｄｔｈａよりも小さい閾値）よりも小さいことを検出すると、ランプ波形信号ＲＡＭＰの傾きが傾きＲ１になるように参照信号供給部１０４を制御する。
【００３０】
〔オーバーフロー判定処理〕
例えば、参照信号供給部１０４は、オーバーフロー検出信号ＯＦがローレベルである場合には、ランプ波形信号ＲＡＭＰの傾きを傾きＲ１に設定し、オーバーフロー検出信号ＯＦがハイレベルである場合には、ランプ波形信号ＲＡＭＰの傾きを傾きＲ２に設定しても良い。この場合、分解能制御部１０７は、次のようなオーバーフロー判定処理を実行しても良い。初めに、分解能制御部１０７は、オーバーフロー検出信号ＯＦをローレベルに設定する。これにより、参照信号供給部１０４は、ランプ波形信号ＲＡＭＰの傾きを傾きＲ１に設定する。次に、分解能制御部１０７は、画像信号ＭＥＭＯとして供給された画素値Ｄ１〜Ｄ３と閾値Ｄｔｈａとを順次比較し、閾値Ｄｔｈａよりも大きい画素値を検出すると、オーバーフロー検出信号ＯＦをローレベルからハイレベルに切り替える。これにより、参照信号供給部１０４は、ランプ波形信号ＲＡＭＰの傾きを傾きＲ１から傾きＲ２に切り替える。その後、分解能制御部１０７は、画像信号ＭＥＭＯとして供給された画素値Ｄ１〜Ｄ３の中の最大画素値が閾値Ｄｔｈｂよりも小さいことを検出すると、オーバーフロー検出信号ＯＦをハイレベルからローレベルに切り替える。これにより、参照信号供給部１０４は、ランプ波形信号ＲＡＭＰの傾きを傾きＲ２から傾きＲ１に切り替える。
【００３１】
〔ランプ波形信号の傾き〕
ＡＤ変換部１０５１〜１０５３の分解能が“Ｎビット”である場合、図４のように、傾きＲ１は、ＡＤ変換部１０５１〜１０５３の飽和電圧Ｖｍａｘが（Ｎ＋１）ビットで表現されるように設定され、傾きＲ２は、ＡＤ変換部１０５１〜１０５３の飽和電圧ＶｍａｘがＮビットで表現されるように設定されても良い。ランプ波形信号ＲＡＭＰの傾きが傾きＲ２である場合、ランプ波形信号ＲＡＭＰの傾きが傾きＲ１である場合に比べて、ＡＤ変換部１０５１〜１０５３の分解能（ビット数）は、１／２となる。すなわち、画素信号ＡＯ１〜ＡＯ３の信号レベルが一定値である場合、ランプ波形信号ＲＡＭＰの傾きが傾きＲ２である場合の画素値Ｄ１〜Ｄ３は、ランプ波形信号ＲＡＭＰの傾きが傾きＲ１である場合の画素値Ｄ１〜Ｄ３の１／２となる。また、図４では、閾値Ｄｔｈｂは、閾値Ｄｔｈａの１／２である。すなわち、画素信号ＡＯ１〜ＡＯ３の信号レベルが閾値Ｄｔｈａに対応する閾値電圧Ｖｔｈよりも低い場合には、ランプ波形信号ＲＡＭＰの傾きは傾きＲ１に設定され、画素信号ＡＯ１〜ＡＯ３の信号レベルが閾値電圧Ｖｔｈよりも高い場合には、ランプ波形信号ＲＡＭＰの傾きは傾きＲ２に設定される。
【００３２】
〔デジタル信号処理部〕
デジタル信号処理部１０８は、制御信号生成部１００からの制御信号Ｓ１０８に応答して、メモリ部１０６からの画像信号ＭＥＭＯにデジタルゲイン演算や各種補正処理を施して信号補正部１１に供給する。
【００３３】
〔信号補正部〕
信号補正部１１は、固体撮像装置１０（詳しくは、デジタル信号処理部１０８）から画像信号ＭＥＭＯとして供給された画素値Ｄ１〜Ｄ３（画素行１行分の画素値）のうち特定の画素値そのものに基づいて、ランプ波形信号ＲＡＭＰの傾き（画素値Ｄ１〜Ｄ３が得られたときのランプ波形信号ＲＡＭＰの傾き）が傾きＲ１，Ｒ２のいずれであるのかを検知する。また、信号補正部１１は、ランプ波形信号ＲＡＭＰの傾きに応じて、画素値Ｄ１〜Ｄ３を補正して画像信号ＤＡＴＡとして出力する。
【００３４】
例えば、図４の場合、ＡＤ変換部１０５１〜１０５３の分解能（ビット数）は、ランプ波形信号ＲＡＭＰの傾きが傾きＲ１である場合には（Ｎ＋１）ビットとなり、ランプ波形信号ＲＡＭＰの傾きが傾きＲ２である場合にはＮビットとなる。この場合、信号補正部１１は、ランプ波形信号ＲＡＭＰの傾きが傾きＲ１である場合には、固体撮像装置１０から画像信号ＭＥＭＯとして供給された画素値Ｄ１〜Ｄ３に“１”を乗算して画像信号ＤＡＴＡとして出力し（すなわち、画素値Ｄ１〜Ｄ３をそのまま画像信号ＤＡＴＡとして出力し）、ランプ波形信号ＲＡＭＰの傾きが傾きＲ２である場合には、固体撮像装置１０から画像信号ＭＥＭＯとして供給された画素値Ｄ１〜Ｄ３に“２”を乗算して画像信号ＤＡＴＡとして出力する。これにより、Ｎ＋１ビットの画像信号ＤＡＴＡを得ることができる。
【００３５】
〔ランプ波形信号の傾き検知〕
図５のように、撮像部１０１には、実効画素領域，トランジェント領域，無効領域，垂直ＯＢクランプ領域，および水平ＯＢクランプ領域が設けられていても良い。実効画素領域に配置された画素部に対応する画素値は、最終出力画像として利用される。無効領域に配置された画素部には、フォトダイオードが設けられていない。垂直ＯＢクランプ領域および水平ＯＢクランプ領域には、それぞれ、遮光された画素部（垂直ＯＢ画素部および水平ＯＢ画素部）が配置されている。垂直ＯＢ画素部および水平ＯＢ画素部に対応する画素値は、ＯＢクランプ処理や画像補正処理に利用される。一般的に、垂直ＯＢ画素部および水平ＯＢ画素部に対応する画素値は、回路設計によって定められるＤＣレベルにノイズ成分を加算（または、減算）して得られる信号レベルに相当するので、水平ＯＢ画素部に対応する画素値に基づいてランプ波形信号ＲＡＭＰの傾きが傾きＲ１，Ｒ２のいずれであるのかを検知できる。
【００３６】
ここで、ランプ波形信号ＲＡＭＰの傾きＲ１，Ｒ２が図４のような関係である場合、ランプ波形信号ＲＡＭＰの傾きが傾きＲ１である場合の水平ＯＢ画素部に対応する画素値を“Ｄ１”とすると、ランプ波形信号ＲＡＭＰの傾きが傾きＲ２である場合には、水平ＯＢ画素部に対応する画素値は“Ｄ１／２”となる。このことを利用して、信号補正部１１は、第ｘ行目の水平ＯＢ画素部に対応する画素値が“Ｄ１±α”である場合（αは、画素のばらつきやノイズなどによる傾き検知の誤差許容範囲）には、ランプ波形信号ＲＡＭＰの傾きが傾きＲ１であることを検知して、第ｘ行目の画素行に対応する画素値Ｄ１〜Ｄ３を補正せずにそのまま画像信号ＤＡＴＡとして出力しても良い。また、信号補正部１１は、第ｘ行目の水平ＯＢ画素部に対応する画素値が“Ｄ１／２±β”である場合（βは、画素のばらつきやノイズなどによる傾き検知の誤差許容範囲）には、ランプ波形信号ＲＡＭＰの傾きが傾きＲ２であることを検知して、第ｘ行目の画素行に対応する画素値Ｄ１〜Ｄ３に対して“２”を乗算して画像信号ＤＡＴＡとして出力しても良い。
【００３７】
このように、第ｘ行目の画素行に対応する画素値Ｄ１〜Ｄ３（画素行１行分の画素値）のうち特定の画素値そのものに基づいて、第ｘ行目の画素行に対応する画素値Ｄ１〜Ｄ３が得られたときのランプ波形信号ＲＡＭＰの傾きを検知できる。
【００３８】
以上のように、画素信号ＡＯ１〜ＡＯ３の信号レベルが閾値電圧Ｖｔｈよりも低い場合（例えば、画素信号ＡＯ１〜ＡＯ３の低照度部）においてＳ／Ｎを良好に保ちながら、画素信号ＡＯ１〜ＡＯ３の信号レベルが閾値電圧Ｖｔｈよりも高い場合（例えば、画素信号ＡＯ１〜ＡＯ３の高照度部）においてダイナミックレンジを拡大することができる。
【００３９】
また、画素値Ｄ１〜Ｄ３のうち特定の画素値そのものに基づいてＡＤ変換部１０５１〜１０５３の分解能（ランプ波形信号の傾きが傾きＲ１，Ｒ２のいずれであるのか）を検知できるので、分解能情報（ＡＤ変換部１０５１〜１０５３の分解能に関する情報）を出力するための信号線を設けなくても良い。そのため、固体撮像装置１０の構成を簡易化できる。
【００４０】
〔ヒステリシス特性〕
なお、連続する複数行の画素行の各々において画素値Ｄ１〜Ｄ３（画素行１行分の画素値）の中の最大画素値が閾値Ｄｔｈａの付近である場合、ランプ波形信号ＲＡＭＰの傾きが頻繁に切り替わってしまうおそれがある。そこで、分解能制御部１０７は、ランプ波形信号ＲＡＭＰの傾きが傾きＲ２である場合に、連続するＬ個の最大画素値（連続するＬ行の画素行にそれぞれ対応するＬ個の最大画素値）が閾値Ｄｔｈ２よりも小さいことを検出すると、オーバーフロー検出信号ＯＦをハイレベルからローレベルに切り替えても良い（すなわち、ランプ波形信号ＲＡＭＰの傾きが傾きＲ１から傾きＲ２に切り替わるように参照信号供給部１０４を制御しても良い）。このように、オーバーフロー判定処理にヒステリシス特性を持たせることにより、ランプ波形信号ＲＡＭＰの傾きが頻繁に切り替わることを抑制できる。
【００４１】
〔カラーフィルタ〕
また、図６Ａのように、撮像部１０１は、画素アレイ１２１（画素部Ｐ１１〜Ｐ２３）の上部に形成されたカラーフィルタ１２２と、カラーフィルタ１２２の上部に形成された光学ローパスフィルタ１２３とをさらに含んでいても良い。光学ローパスフィルタ１２３は、画素部Ｐ１１〜Ｐ２３が入射光をサンプリングした際に発生する折り返し歪み（モアレ）を低減するために設けられている。これにより、光学ローパスフィルタ１２３からカラーフィルタ１２２を介して画素アレイ１２１に入射される光は、ナイキスト周波数（１／（画素ピッチ×２））以下に制限される。カラーフィルタ１２２は、図６Ｂのようなベイヤー配列型のカラーフィルタであっても良い。ベイヤー配列型のカラーフィルタを設ける場合、Ｇ（緑）成分に対応する画素部（Ｇ画素）は、垂直方向において一定間隔で配列されており、Ｇ画素の間隔は、（画素ピッチ×√２）となる。光学ローパスフィルタ１２３を介して画素アレイ１２１に光を入射させる場合、画素アレイ１２１の垂直方向には、Ｇ画素の周期よりも高い空間周波数の光は入射されない。すなわち、画素行単位で見た場合、Ｒ成分およびＧ成分に対応する画素部よりも、Ｇ成分に対応する画素部のほうが、高い空間周波数の光を検出できる。そこで、分解能制御部１０７は、画素値Ｄ１〜Ｄ３（画素行１行分の画素値）のうちＧ成分に対応する画素値に基づいて、オーバーフロー判定処理（すなわち、参照信号供給部１０４の制御）を実行しても良い。
【００４２】
〔分解能制御部の変形例〕
また、分解能制御部１０７は、色成分（ＲＧＢ）毎にオーバーフロー判定処理を実行しても良いし、撮像部１０１の実効画素領域に配置された複数の画素列を複数のグループに分割してグループ毎にオーバーフロー判定処理を実行しても良い。また、水平ＯＢクランプ領域に配置された複数の水平ＯＢ画素部を複数のグループに分割してグループ毎に分解能情報を取得するように構成しても良い。なお、分解能制御部１０７は、メモリ部１０６の機能として実現されても良いし、デジタル信号処理部１０８の機能として実現されても良い。
【００４３】
〔ランプ波形信号の傾き その１〕
また、ランプ波形信号ＲＡＭＰの傾きＲ１，Ｒ２は、上記の組合せに限定されない。例えば、傾きＲ１は、ＡＤ変換部１０５１〜１０５３の飽和電圧Ｖｍａｘが（Ｎ＋Ｍ）ビットで表現されるように設定され、傾きＲ２は、ＡＤ変換部１０５１〜１０５３の飽和電圧ＶｍａｘがＮビットで表現されるように設定されても良い。この場合、閾値Ｄｔｈｂは、閾値Ｄｔｈａの（１／Ｍ）倍の値に設定される。ＡＤ変換部１０５１〜１０５３の分解能（ビット数）は、ランプ波形信号ＲＡＭＰの傾きが傾きＲ１である場合には、（Ｎ＋Ｍ）ビットとなり、ランプ波形信号ＲＡＭＰの傾きが傾きＲ２である場合には、Ｎビットとなる。信号補正部１１は、ランプ波形信号ＲＡＭＰの傾きが傾きＲ１である場合には、画素値Ｄ１〜Ｄ３（画素行１行分の画素値）を補正せずにそのまま画像信号ＤＡＴＡとして出力し、ランプ波形信号ＲＡＭＰの傾きが傾きＲ２である場合には、画素値Ｄ１〜Ｄ３に“Ｍ”を乗算して画像信号ＤＡＴＡとして出力しても良い。これにより、Ｎ＋Ｍビットの画像信号ＤＡＴＡを得ることができる。
【００４４】
〔ランプ波形信号の傾き その２〕
または、図７のように、傾きＲ１は、ＡＤ変換部１０５１〜１０５３の飽和電圧ＶｍａｘがＮビットで表現されるように設定され、傾きＲ２は、ＡＤ変換部１０５１〜１０５３の飽和電圧Ｖｍａｘが（Ｎ−１）ビットで表現されるように設定されても良い。この場合、閾値Ｄｔｈａは、ＡＤ変換部１０５１〜１０５３の最大分解能（ＭＳＢ）の１／２の値に設定され、閾値Ｄｔｈｂは、閾値Ｄｔｈａの１／２の値に設定される。ＡＤ変換部１０５１〜１０５３の分解能（ビット数）は、ランプ波形信号ＲＡＭＰの傾きが傾きＲ１である場合には、Ｎビットとなり、ランプ波形信号ＲＡＭＰの傾きが傾きＲ２である場合には、（Ｎ−１）ビットとなる。信号補正部１１は、ランプ波形信号ＲＡＭＰの傾きが傾きＲ１である場合には、画素値Ｄ１〜Ｄ３（画素行１行分の画素値）を補正せずにそのまま画像信号ＤＡＴＡとして出力し、ランプ波形信号ＲＡＭＰの傾きが傾きＲ２である場合には、画素値Ｄ１〜Ｄ３に“２”を乗算して画像信号ＤＡＴＡとして出力しても良い。これにより、Ｎビットの画像信号ＤＡＴＡを得ることができる。
【００４５】
以上のように設定することにより、画素信号ＡＯ１〜ＡＯ３の信号レベルが閾値電圧Ｖｔｈよりも低い場合（例えば、画素信号ＡＯ１〜ＡＯ３の低照度部）においてＳ／Ｎを良好に保ちながら、画素信号ＡＯ１〜ＡＯ３の信号レベルが閾値電圧Ｖｔｈよりも高い場合（例えば、画素信号ＡＯ１〜ＡＯ３の高照度部）においてＡＤ変換部１０５１〜１０５３によるＡＤ変換処理に要する時間を短縮できる。
【００４６】
（実施形態２）
図８は、実施形態２による画像処理装置の構成例を示す。この画像処理装置は、固体撮像装置２０と、信号補正部２１とを備える。固体撮像装置２０は、図１に示した参照信号供給部１０４および分解能制御部１０７に代えて、参照信号供給部２０４および分解能制御部２０７を備える。その他の構成は、図１に示した固体撮像装置１０と同様である。
【００４７】
〔参照信号供給部〕
参照信号供給部２０４は、ｎ個（ここでは、ｎ＝３）のランプ波形信号ＲＡＭＰ１〜ＲＡＭＰ３をｎ個のＡＤ変換部１０５１〜１０５３にそれぞれ供給する。また、参照信号供給部２０４は、分解能制御部２０７による制御（ここでは、オーバーフロー検出信号ＯＦ１〜ＯＦ３）に応答して、ランプ波形信号ＲＡＭＰ１〜ＲＡＭＰ３の各々の傾きを変更する。例えば、参照信号供給部２０４は、ランプ波形信号生成部２１１と、ＡＤ変換部１０５１〜１０５３にそれぞれ対応するセレクタ（ＳＥＬ）２２１〜２２３とを含む。ランプ波形信号生成部２１１は、制御信号生成部１００からのクロックＣＫに連動してランプ波形信号ＲＡＭＰａおよびランプ波形信号ＲＡＭＰｂ（ランプ波形信号ＲＡＭＰａの傾きよりも急峻な傾きを有するランプ波形信号）を生成する。例えば、ランプ波形信号ＲＡＭＰａの傾きは、傾きＲ１であり、ランプ波形信号ＲＡＭＰｂの傾きは、傾きＲ２（傾きＲ１よりも急峻な傾き）である。セレクタ２２１〜２２３は、それぞれ、分解能制御部２０７からのオーバーフロー検出信号ＯＦ１〜ＯＦ３に応答して、ランプ波形信号ＲＡＭＰａ，ＲＡＭＰｂのいずれか一方をランプ波形信号ＲＡＭＰ１〜ＲＡＭＰ３として出力する。
【００４８】
〔分解能制御部〕
分解能制御部２０７は、ＡＤ変換部１０５１〜１０５３によって得られた画素値Ｄ１〜Ｄ３（画素行１行分の画素値）の各々について、ランプ波形信号ＲＡＭＰ１〜ＲＡＭＰ３のうちその画素値に対応するランプ波形信号（例えば、画素値Ｄ１に対応するランプ波形信号ＲＡＭＰ１）の傾きが傾きＲ１である場合に、その画素値が予め設定された閾値Ｄｔｈａよりも大きいことを検出すると、その画素値に対応するランプ波形信号の傾きが傾きＲ２になるように参照信号供給部２０４を制御する。また、分解能制御部２０７は、画素値Ｄ１〜Ｄ３の各々について、ランプ波形信号ＲＡＭＰ１〜ＲＡＭＰ３のうちその画素値に対応するランプ波形信号の傾きが傾きＲ２である場合に、その画素値が閾値Ｄｔｈｂ（閾値Ｄｔｈａよりも小さい閾値）よりも小さいことを検出すると、その画素値に対応するランプ波形信号の傾きが傾きＲ１になるように参照信号供給部２０４を制御する。
【００４９】
〔オーバーフロー判定処理〕
例えば、参照信号供給部２０４において、セレクタ２２１〜２２３は、それぞれ、オーバーフロー検出信号ＯＦ１〜ＯＦ３がローレベルである場合には、ランプ波形信号ＲＡＭＰａ（傾きＲ１を有するランプ波形信号）をランプ波形信号ＲＡＭＰ１〜ＲＡＭＰ３として選択し、オーバーフロー検出信号ＯＦ１〜ＯＦ３がハイレベルである場合には、ランプ波形信号ＲＡＭＰｂ（傾きＲ２を有するランプ波形信号）をランプ波形信号ＲＡＭＰ１〜ＲＡＭＰ３として選択しても良い。この場合、分解能制御部２０７は、次のようなオーバーフロー判定処理を実行しても良い。最初に、分解能制御部２０７は、オーバーフロー検出信号ＯＦ１〜ＯＦ３をローレベルに設定する。これにより、ランプ波形信号ＲＡＭＰ１〜ＲＡＭＰ３の傾きは、傾きＲ１に設定される。次に、分解能制御部２０７は、画素値Ｄ１が閾値Ｄｔｈａよりも大きいことを検出すると、オーバーフロー検出信号ＯＦ１をローレベルからハイレベルに切り替える。これにより、ランプ波形信号ＲＡＭＰ１の傾きは、傾きＲ１から傾きＲ２に切り替えられる。その後、分解能制御部２０７は、画素値Ｄ１が閾値Ｄｔｈｂよりも小さいことを検出すると、オーバーフロー検出信号ＯＦ１をハイレベルからローレベルに切り替える。これにより、ランプ波形信号ＲＡＭＰ１の傾きは、傾きＲ２から傾きＲ１に切り替えられる。画素値Ｄ２，Ｄ３およびランプ波形信号ＲＡＭＰ２，ＲＡＭＰ３に関連する処理についても同様である。
【００５０】
なお、分解能制御部２０７は、ランプ波形信号ＲＡＭＰ１の傾きが傾きＲ２である場合に、連続するＬ個の画素値Ｄ１（連続するＬ行の画素行にそれぞれ対応するＬ個の画素値Ｄ１）が閾値Ｄｔｈ２よりも小さいことを検出すると、オーバーフロー検出信号ＯＦ１をハイレベルからローレベルに切り替えても良い（すなわち、ランプ波形信号ＲＡＭＰ１の傾きが傾きＲ２から傾きＲ１に切り替わるように参照信号供給部２０４を制御しても良い）。このように、オーバーフロー判定処理にヒステリシス特性を持たせることにより、ランプ波形信号ＲＡＭＰ１の傾きが頻繁に切り替わることを抑制できる。画素値Ｄ２，Ｄ３およびランプ波形信号ＲＡＭＰ２，ＲＡＭＰ３に関連する処理についても同様である。
【００５１】
〔信号補正部〕
信号補正部２１は、固体撮像装置２０（詳しくは、デジタル信号処理部１０８）から画像信号ＭＥＭＯとして供給された画素値Ｄ１〜Ｄ３（画素行１行分の画素値）そのものに基づいて、ランプ波形信号ＲＡＭＰ１〜ＲＡＭＰ３の傾き（画素値Ｄ１〜Ｄ３が得られたときのランプ波形信号の傾き）が傾きＲ１，Ｒ２のいずれであるのかをそれぞれ検知する。また、信号補正部２１は、ランプ波形信号ＲＡＭＰ１〜ＲＡＭＰ３の傾きに応じて画素値Ｄ１〜Ｄ３をそれぞれ補正して画像信号ＤＡＴＡとして出力する。
【００５２】
例えば、画素値Ｄ１を例に挙げて説明すると、図４の場合、ＡＤ変換部１０５１の分解能（ビット数）は、ランプ波形信号ＲＡＭＰ１の傾きが傾きＲ１である場合には（Ｎ＋１）ビットとなり、ランプ波形信号ＲＡＭＰ１の傾きが傾きＲ２である場合にはＮビットとなる。この場合、信号補正部２１は、ランプ波形信号ＲＡＭＰ１の傾きが傾きＲ１である場合には、固体撮像装置２０から画像信号ＭＥＭＯとして供給された画素値Ｄ１に“１”を乗算して画像信号ＤＡＴＡとして出力し（すなわち、画素値Ｄ１をそのまま画像信号ＤＡＴＡとして出力し）、ランプ波形信号ＲＡＭＰ１の傾きが傾きＲ２である場合には、固体撮像装置２０から画像信号ＭＥＭＯとして供給された画素値Ｄ１に“２”を乗算して画像信号ＤＡＴＡとして出力する。なお、画素値Ｄ２，Ｄ３に関連する処理についても同様である。これにより、Ｎ＋１ビットの画像信号ＤＡＴＡを得ることができる。
【００５３】
〔信号補正部による処理〕
図９を参照して、信号補正部２１による処理について説明する。ここでは、画素値Ｄ１に関連する処理を例に挙げて説明する。また、閾値Ｄｔｈａ，Ｄｔｈｂは、それぞれ、１０００，５００であるものとする。さらに、分解能制御部２０７は、ランプ波形信号ＲＡＭＰ１の傾きが傾きＲ２である場合に、画素値Ｄ１が閾値Ｄｔｈｂよりも小さいことを３回連続して検出すると（連続する３行の画素行の各々において画素値Ｄ１が閾値Ｄｔｈｂよりも小さいことを検出すると）、ランプ波形信号ＲＡＭＰ１の傾きが傾きＲ１になるように参照信号供給部２０４を制御するものとする。
【００５４】
まず、信号補正部２１は、第１行目の画素値Ｄ１（＝９８０）および第２行目の画素値Ｄ１（＝１０１０）に“１”を乗算して画像信号ＤＡＴＡとして出力する。また、信号補正部２１は、第２行目の画素値Ｄ１が閾値Ｄｔｈａ（＝１０００）よりも大きいので、次の画素行（第３行目）に対するＡＤ変換処理の際にランプ波形信号ＲＡＭＰ１の傾きが傾きＲ２になること（ＡＤ変換部１０５１の分解能が（Ｎ＋１）ビットからＮビットになること）を検知して、乗算係数を“１”から“２”に変更する。
【００５５】
次に、信号補正部２１は、第３行目の画素値Ｄ１（＝６９０）〜第９行目の画素値Ｄ１（＝４６０）に“２”を乗算して画像信号ＤＡＴＡとして出力する。また、信号補正部２１は、第７行目の画素値Ｄ１（＝４８０），第８行目の画素値Ｄ１（＝４９０），および第９行目の画素値Ｄ１（＝４６０）が閾値Ｄｔｈｂ（＝５００）よりも小さいので、次の画素行（第１０行目）に対するＡＤ変換処理の際にランプ波形信号ＲＡＭＰ１の傾きが傾きＲ１になること（ＡＤ変換部１０５１の分解能がＮビットから（Ｎ＋１）ビットになること）を検知し、乗算係数を“２”から“１”に変更する。
【００５６】
次に、信号補正部２１は、第１０行目の画素値Ｄ１（＝９２０）に“１”を乗算して画像信号ＤＡＴＡとして出力する。
【００５７】
このように、第ｘ行目の画素行に対応する画素値Ｄ１〜Ｄ３（画素行１行分の画素値）そのものに基づいて、第（ｘ＋１）行目の画素行に対応する画素値Ｄ１〜Ｄ３が得られるときのランプ波形信号ＲＡＭＰ１〜ＲＡＭＰ３の傾きをそれぞれ検知できる。
【００５８】
以上のように、画素信号ＡＯ１〜ＡＯ３の信号レベルが閾値電圧Ｖｔｈよりも低い場合（例えば、画素信号ＡＯ１〜ＡＯ３の低照度部）においてＳ／Ｎを良好に保ちながら、画素信号ＡＯ１〜ＡＯ３の信号レベルが閾値電圧Ｖｔｈよりも高い場合（例えば、画素信号ＡＯ１〜ＡＯ３の高照度部）においてダイナミックレンジを拡大することができる。
【００５９】
また、画素値Ｄ１〜Ｄ３そのものに基づいてＡＤ変換部１０５１〜１０５３の分解能（ランプ波形信号ＲＡＭＰ１〜ＲＡＭＰ３の傾きが傾きＲ１，Ｒ２のいずれであるのか）をそれぞれ検知できるので、分解能情報（ＡＤ変換部１０５１〜１０５３の分解能に関する情報）を出力するための信号線を設けなくても良い。そのため、固体撮像装置２０の構成を簡易化できる。
【００６０】
〔分解能制御部・信号補正部の変形例〕
なお、撮像部１０１に実効画素領域，トランジェント領域，無効領域，垂直ＯＢクランプ領域，および水平ＯＢクランプ領域が設けられている場合、分解能制御部２０７は、水平ＯＢ画素部に対応する画素値に基づいて参照信号供給部２０４を制御しても良い。この場合、信号補正部２１は、固体撮像装置２０（詳しくは、デジタル信号処理部１０８）から画像信号ＭＥＭＯとして供給された画素値Ｄ１〜Ｄ３（画素行１行分の画素値）のうち水平ＯＢ画素部に対応する画素値そのものに基づいて、ランプ波形信号ＲＡＭＰ１〜ＲＡＭＰ３の傾き（画素値Ｄ１〜Ｄ３が得られたときのランプ波形信号ＲＡＭＰ１〜ＲＡＭＰ３の傾き）が傾きＲ１，Ｒ２のいずれであるのかを検知し、ランプ波形信号ＲＡＭＰ１〜ＲＡＭＰ３の傾きに応じて、画素値Ｄ１〜Ｄ３を補正して画像信号ＤＡＴＡとして出力しても良い。
【００６１】
〔ランプ波形信号の傾き〕
なお、ランプ波形信号ＲＡＭＰａ，ＲＡＭＰｂの傾き（傾きＲ１，Ｒ２）は、上記の組合せに限定されない。例えば、傾きＲ１は、ＡＤ変換部１０５１〜１０５３の飽和電圧Ｖｍａｘが（Ｎ＋Ｍ）ビットで表現されるように設定され、傾きＲ２は、ＡＤ変換部１０５１〜１０５３の飽和電圧ＶｍａｘがＮビットで表現されるように設定されても良い。この場合、閾値Ｄｔｈｂは、閾値Ｄｔｈａの（１／Ｍ）倍の値に設定される。信号補正部２１は、ランプ波形信号ＲＡＭＰ１の傾きが傾きＲ１である場合には、画素値Ｄ１を補正せずにそのまま画像信号ＤＡＴＡとして出力し、ランプ波形信号ＲＡＭＰ１の傾きが傾きＲ２である場合には、画素値Ｄ１“Ｍ”を乗算して画像信号ＤＡＴＡとして出力しても良い。画素値Ｄ２，Ｄ３に関連する処理についても同様である。これにより、Ｎ＋Ｍビットの画像信号ＤＡＴＡを得ることができる。
【００６２】
または、ランプ波形信号ＲＡＭＰａの傾き（傾きＲ１）は、ＡＤ変換部１０５１〜１０５３の飽和電圧ＶｍａｘがＮビットで表現されるように設定され、ランプ波形信号ＲＡＭＰｂの傾き（傾きＲ２）は、ＡＤ変換部１０５１〜１０５３の飽和電圧Ｖｍａｘが（Ｎ−１）ビットで表現されるように設定されても良い（図７参照）。この場合、閾値Ｄｔｈａは、ＡＤ変換部１０５１〜１０５３の最大分解能（ＭＳＢ）の１／２の値に設定され、閾値Ｄｔｈｂは、閾値Ｄｔｈａの１／２の値に設定される。信号補正部２１は、ランプ波形信号ＲＡＭＰ１の傾きが傾きＲ１である場合には、画素値Ｄ１を補正せずにそのまま画像信号ＤＡＴＡとして出力し、ランプ波形信号ＲＡＭＰ１の傾きが傾きＲ２である場合には、画素値Ｄ１に“２”を乗算して画像信号ＤＡＴＡとして出力しても良い。画素値Ｄ２，Ｄ３に関連する処理についても同様である。これにより、Ｎビットの画像信号ＤＡＴＡを得ることができる。
【００６３】
（デジタルカメラ）
図１０のように、図１および図８に示した固体撮像装置１０，２０および信号補正部１１，２１は、デジタルカメラに適用可能である。
【００６４】
図１０に示したデジタルスチルカメラは、図１に示した固体撮像装置１０および信号補正部１１の他に、操作部３０，光学部３１，制御部３２，露出制御部３３，画像処理部３４，表示部３５，記録部３６などを備える。光学部３１は、被写体の光学像を撮像素子（固体撮像装置１０の撮像部１０１）上に結像させるレンズ３１１、撮像素子に光が取り込まれる時間を調整するシャッタ３１２、撮像素子に到達する光の量を調整する絞り部３１３などを含む。制御部３２は、操作部３０に与えられた操作に応答して、固体撮像装置１０，露出制御部３３，および画像処理部３４を制御する。なお、制御部３２は、シリアル１／Ｆなどの通信手段を介して固体撮像装置１０を制御しても良い。露出制御部３３は、画像処理部３４へ供給される画像の明るさが適度な明るさを保つように、光学部３１を制御する。例えば、露出制御部３３は、被写体の光学像が撮像素子上に結像されるように、レンズ３１１の焦点位置を調整する。画像処理部３４は、信号補正部１１からの画像信号に対して、補正処理（ＯＢ補正，ガンマ補正，ニー補正，ホワイトバランス，ノイズリダクションなど），ＹＣ処理，および画像圧縮処理などを施す。表示部３５は、画像処理部３４によって処理された画像信号に基づいて画像を表示する。記録部３６は、画像処理部３４によって処理された画像信号を記録する。
【００６５】
一般的に、画像処理部３４では、画素信号ＡＯ１〜ＡＯ３の低照度部が増幅され、画素信号ＡＯ１〜ＡＯ３の高照度部が圧縮される。そのため、固体撮像装置１０において画素信号ＡＯ１〜ＡＯ３の低照度部の分解能を高くすることにより、画像処理部３４において増幅される信号成分のＳ／Ｎを改善でき、画質を向上することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
以上説明したように、上述の固体撮像装置は、簡易な構成で、画像信号のＳ／Ｎを良好に保ちながらダイナミックレンジを拡大できるので、デジタルカメラ，カメラ付き携帯電話，監視カメラなどのカメラシステムに有用である。
【符号の説明】
【００６７】
１０    固体撮像装置
１１    信号補正部
１００    制御信号生成部
１０１    撮像部
１０２    垂直走査部
１０３    カラムアンプ部
１０４    参照信号供給部
１０５１〜１０５３    ＡＤ変換部
１０６    メモリ部
１０７    分解能制御部
１０８    デジタル信号処理部
Ｐ１１〜Ｐ２３    画素部
１５１    電圧比較部
１５２    カウンタ
１５３    スイッチ
２０    固体撮像装置
２１    信号補正部
２０４    参照信号供給部
２０７    分解能制御部
２１１    ランプ波形信号生成部
２２１〜２２３    セレクタ
【図１】
0005591586.tif 000002
【図２】
0005591586.tif 000003
【図３】
0005591586.tif 000004
【図４】
0005591586.tif 000005
【図５】
0005591586.tif 000006
【図６】
0005591586.tif 000007
【図７】
0005591586.tif 000008
【図８】
0005591586.tif 000009
【図９】
0005591586.tif 000010
【図１０】
0005591586.tif 000011