(57)【要約】【課題】適切なノイズ低減処理によって高品質な画像が得られる固体撮像装置を提供すること。【解決手段】実施形態によれば、固体撮像装置は、出力レベル判定部３１、乱数データ生成部３４及び出力選択部を有する。出力レベル判定部３１は、デジタル出力信号２３のレベルと閾値との比較により、デジタル出力信号２３のレベル判定を実施する。乱数データ生成部３４は、デジタル出力信号２３のレベルについての乱数処理により、乱数データ３８を生成する。出力選択部であるセレクタ３６は、乱数データ生成部３４にて生成された乱数データ３８の加算を経たデジタル出力信号２３と、乱数データ３８の加算を経ていないデジタル出力信号２３とのいずれかを、レベル判定の結果に応じて選択する。【選択図】図３
2014143497.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光量に応じた信号電荷を生成する画素アレイと、
前記画素アレイによるアナログ出力信号を、デジタル出力信号へ変換するＡＤ変換部と、
前記デジタル出力信号のレベルと閾値との比較により、前記デジタル出力信号のレベル判定を実施する出力レベル判定部と、
前記デジタル出力信号のレベルに応じた調整を前記デジタル出力信号に施すデータ調整部と、
前記データ調整部での調整を経た前記デジタル出力信号に対し非線形変換を実施する非線形変換部と、
前記非線形変換部での前記非線形変換を経た前記デジタル出力信号に対する前記乱数処理により、乱数データを生成する乱数データ生成部と、
前記乱数データ生成部にて生成された前記乱数データの加算を経た前記デジタル出力信号と、前記乱数データの加算を経ていない前記デジタル出力信号とのいずれかを、前記レベル判定の結果に応じて選択する出力選択部と、を有することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
入射光量に応じた信号電荷を生成する画素アレイと、
前記画素アレイによるアナログ出力信号を、デジタル出力信号へ変換するＡＤ変換部と、
前記デジタル出力信号のレベルと閾値との比較により、前記デジタル出力信号のレベル判定を実施する出力レベル判定部と、
前記デジタル出力信号のレベルについての乱数処理により、乱数データを生成する乱数データ生成部と、
前記乱数データ生成部にて生成された前記乱数データの加算を経た前記デジタル出力信号と、前記乱数データの加算を経ていない前記デジタル出力信号とのいずれかを、前記レベル判定の結果に応じて選択する出力選択部と、を有することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項３】
前記デジタル出力信号に対し非線形変換を実施する非線形変換部をさらに有し、
前記乱数データ生成部は、前記非線形変換部での前記非線形変換を経た前記デジタル出力信号に対する前記乱数処理を実施することを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
コントラストの検出結果に応じて、前記撮像光学系のフォーカス調整のための測距データを演算する測距演算回路をさらに有し、
前記出力選択部は、前記乱数データの加算を経た前記デジタル出力信号と、前記乱数データの加算を経ていない前記デジタル出力信号とのいずれかを、前記レベル判定の結果と、前記コントラストに対するコントラスト判定の結果と、に応じて選択することを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
測光結果に応じて、前記固体撮像装置の露光調整のための露光データを演算する露光演算回路をさらに有し、
前記出力選択部は、前記乱数データの加算を経た前記デジタル出力信号と、前記乱数データの加算を経ていない前記デジタル出力信号とのいずれかを、前記レベル判定の結果と、前記測光結果に基づくコントラスト判定の結果と、に応じて選択することを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、固体撮像装置は、高品質な画像を得る上で、ノイズ低減機能が重要視されている。固体撮像装置による撮像へ影響を及ぼす主なノイズとしては、画素に起因する画素系ノイズと、回路に由来する回路系ノイズとが知られている。画素系ノイズは、ランダムノイズが支配的となっている。回路系ノイズは、横筋や縦筋などの固定パターンとして現れることがある。これらのノイズは、回路構成を工夫することやプロセスチューニングにより、低減が図られている。
【０００３】
近年、ノイズ低減処理の技術が進んだことで、画素系ノイズのチューニングと回路系ノイズのチューニングとのバランスを調整することが難しくなっている。固定パターンノイズに対してランダムノイズが顕著であって、ランダムノイズに固定パターンノイズが埋もれているときは、固体撮像装置のノイズとしては、画素系ノイズが支配的となる。この場合に、画素系ノイズのチューニングによりランダムノイズを低減させていくと、固定パターンノイズが支配的となる。回路系ノイズのチューニングにより固定パターンノイズを低減させていくと、ランダムノイズが支配的となる。画素系ノイズと回路系ノイズとは、バランスを調整しながらチューニングする必要があるため、プロセスチューニングに手間と時間を費やすこととなる。
【０００４】
低照度のシーンでは、画素で生じる電子数が少ないことから、ランダムノイズの変化幅が小さくなる。さらに、低コントラストであるときは、固定パターンノイズが目立ち易くなる。このような場合は、固定パターンノイズが顕著となる。また、画素のＳＮ比が向上するほど、画素系ノイズに対し回路系ノイズが目立つようになる。画素系ノイズと回路系ノイズとのバランスを調整する場合に、画素あるいは回路が、実際得られる特性よりも低い特性として使用されることもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２８９２４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の一つの実施形態は、適切なノイズ低減処理によって高品質な画像が得られ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】
【０００７】
本発明の一つの実施形態によれば、固体撮像装置は、画素アレイ、ＡＤ変換部、出力レベル判定部、乱数データ生成部及び出力選択部を有する。画素アレイは、入射光量に応じた信号電荷を生成する。ＡＤ変換部は、画素アレイによるアナログ出力信号を、アナログ方式からデジタル方式への変換により、デジタル出力信号とする。出力レベル判定部は、デジタル出力信号のレベルと閾値との比較により、デジタル出力信号のレベル判定を実施する。乱数データ生成部は、デジタル出力信号のレベルについての乱数処理により、乱数データを生成する。出力選択部は、乱数データ生成部にて生成された乱数データの加算を経たデジタル出力信号と、乱数データの加算を経ていないデジタル出力信号とのいずれかを、レベル判定の結果に応じて選択する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態にかかる固体撮像装置の概略構成を示すブロック図。
【図２】図１に示す固体撮像装置を備えるデジタルカメラの概略構成を示すブロック図。
【図３】信号処理回路のうち、ノイズ低減処理のための構成を示すブロック図。
【図４】データ調整部の構成例を示すブロック図。
【図５】非線形変換部における非線形変換について説明する図。
【図６】乱数データ生成部が生成する乱数データの分布例を示す図。
【図７】ランダムノイズのレベルと固定パターンノイズのレベルとのバランスについて説明する図。
【図８】ランダムノイズのレベルと固定パターンノイズのレベルとのバランスについて説明する図。
【図９】ランダムノイズのレベルと固定パターンノイズのレベルとのバランスについて説明する図。
【図１０】第２の実施形態にかかる固体撮像装置の一部概略構成を示すブロック図。
【図１１】第３の実施形態にかかる固体撮像装置の一部概略構成を示すブロック図。
【図１２】第４の実施形態にかかる固体撮像装置の一部概略構成を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に添付図面を参照して、実施形態にかかる固体撮像装置を詳細に説明する。なお、これらの実施形態により本発明が限定されるものではない。
【００１０】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態にかかる固体撮像装置の概略構成を示すブロック図である。図２は、図１に示す固体撮像装置を備えるデジタルカメラの概略構成を示すブロック図である。
【００１１】
デジタルカメラ１は、カメラモジュール２及び後段処理部３を有する。カメラモジュール２は、撮像光学系４及び固体撮像装置５を有する。後段処理部３は、イメージシグナルプロセッサ（ＩＳＰ）６、記憶部７及び表示部８を有する。カメラモジュール２は、デジタルカメラ１以外に、例えばカメラ付き携帯端末等の電子機器に適用される。
【００１２】
撮像光学系４は、被写体からの光を取り込み、被写体像を結像させる。固体撮像装置５は、被写体像を撮像する。ＩＳＰ６は、固体撮像装置５での撮像により得られた画像信号の信号処理を実施する。記憶部７は、ＩＳＰ６での信号処理を経た画像を格納する。記憶部７は、ユーザの操作等に応じて、表示部８へ画像信号を出力する。表示部８は、ＩＳＰ６あるいは記憶部７から入力される画像信号に応じて、画像を表示する。表示部８は、例えば、液晶ディスプレイである。
【００１３】
固体撮像装置５は、イメージセンサ１０及び信号処理回路１１を備える。イメージセンサ１０は、例えば、ＣＭＯＳ（Complementary  Metal  Oxide  Semiconductor）イメージセンサである。イメージセンサ１０は、垂直シフトレジスタ１３、水平シフトレジスタ１４、タイミング制御部１５、相関二重サンプリング部（ＣＤＳ）１６、自動利得制御部（ＡＧＣ）１７、アナログデジタル変換部（ＡＤＣ）１８及び画素アレイ２１を有する。
【００１４】
画素アレイ２１は、イメージセンサ１０の撮像領域１２に設けられている。画素アレイ２１は、水平方向（行方向）及び垂直方向（列方向）へアレイ状に配置された複数の画素２０からなる。各画素２０は、光電変換素子であるフォトダイオードを備える。
【００１５】
タイミング制御部１５は、画素アレイ２１の各画素２０からの信号を読み出すタイミングを指示するタイミング信号を、垂直シフトレジスタ１３及び水平シフトレジスタ１４へ供給する。垂直シフトレジスタ１３は、タイミング制御部１５からのタイミング信号に応じて、画素アレイ２１内の画素２０を行ごとに選択する。垂直シフトレジスタ１３は、選択した行の各画素２０へ読み出し信号を出力する。
【００１６】
垂直シフトレジスタ１３から読み出し信号が入力された画素２０は、入射光量に応じて蓄積した信号電荷を出力する。画素アレイ２１は、入射光量に応じた信号電荷を生成する。画素アレイ２１は、画素２０からの信号を、垂直信号線２２を介してＣＤＳ１６へ出力する。垂直シフトレジスタ１３は、画素アレイ２１のうち、信号電荷を読み出す画素２０の行を選択する行選択回路として機能する。
【００１７】
ＣＤＳ１６は、画素アレイ２１からのアナログ出力信号に対し、固定パターンノイズの低減のための相関二重サンプリング処理を行う。ＡＧＣ１７は、ＣＤＳ１６における相関二重サンプリング処理を経たアナログ出力信号を増幅する。ＡＤＣ１８は、ＡＧＣ１７における増幅を経たアナログ出力信号を、デジタル出力信号２３へ変換する。
【００１８】
水平シフトレジスタ１４は、ＡＤＣ１８からのデジタル出力信号２３を、タイミング制御部１５からのタイミング信号に応じて、順次読み出す。信号処理回路１１は、水平シフトレジスタ１４によって読み出されたデジタル出力信号２３に対し、各種の信号処理を実施する。信号処理回路１１は、後述するノイズ低減処理のほか、例えば、キズ補正、シェーディング補正、ホワイトバランス調整等の信号処理を実施する。
【００１９】
図３は、信号処理回路のうち、ノイズ低減処理のための構成を示すブロック図である。信号処理回路１１は、ノイズ低減処理のための構成として、出力レベル判定部３１、データ調整部３２、非線形変換部３３、乱数データ生成部３４、加算器３５及びセレクタ３６を有する。
【００２０】
出力レベル判定部３１は、ＡＤＣ１８からのデジタル出力信号２３のレベル判定を実施する。かかるレベル判定は、デジタル出力信号２３のレベルと、所定の閾値との比較によるものとする。この閾値は、デジタルカメラ１による撮影時の環境が、低照度と高照度とのいずれであるかを判断する基準とする。データ調整部３２は、ＡＤＣ１８からのデジタル出力信号２３に対し、パラメータ３７を使用する調整を施す。信号処理回路１１は、パラメータ３７を予め保持している。
【００２１】
図４は、データ調整部の構成例を示すブロック図である。データ調整部３２は、データ選択部４１、セレクタ４２及び乗算器４３を有する。データ調整部３２は、例えば、パラメータ３７である係数Ｃ１，Ｃ２及びＣ３を使用して、デジタル出力信号２３を調整する。
【００２２】
データ選択部４１は、データ調整部３２へ入力されたデジタル出力信号２３のレベルに応じて、係数Ｃ１，Ｃ２及びＣ３のいずれかの選択をセレクタ４２へ指示する。セレクタ４２は、データ選択部４１の指示に応じて、係数Ｃ１，Ｃ２及びＣ３のいずれかを選択する。係数Ｃ１，Ｃ２及びＣ３は、加算器３５においてデジタル出力信号２３へ加算される成分のレベルを調整するための係数とする。なお、パラメータ３７とする係数は３つである場合に限られない。
【００２３】
乗算器４３は、データ調整部３２へ入力されたデジタル出力信号２３に対し、セレクタ４２で選択された係数Ｃ１，Ｃ２又はＣ３を乗算する。データ調整部３２は、乗算器４３での乗算を経たデジタル出力信号２３を出力する。なお、データ調整部３２は、予め設定された係数Ｃ１，Ｃ２又はＣ３のいずれかを選択するほか、デジタル出力信号２３のレベルを用いた演算によって係数を求めることとしても良い。データ調整部３２によるデータ調整の手法は、本実施形態の説明による場合に限られず、適宜変更しても良い。データ調整部３２は、デジタル出力信号２３のレベルに応じたデータ調整に、出力レベル判定部３１での判定結果を流用しても良い。
【００２４】
非線形変換部３３は、データ調整部３２でのデータ調整を経たデジタル出力信号２３に対し、非線形変換を実施する。非線形変換部３３は、デジタル出力信号２３の非線形変換により、デジタル出力信号２３におけるノイズレベルを推測する。
【００２５】
図５は、非線形変換部における非線形変換について説明する図である。図５の横軸は、非線形変換部３３へ入力されるデジタル出力信号２３のレベルを表す。図５の縦軸は、非線形変換部３３での非線形変換を経たデジタル出力信号２３のレベルを表す。ランダムノイズである光ショットノイズのレベルは、画素２０で生じる電子数の平方根に比例することが知られている。非線形変換部３３は、このような関係に基づく非線形変換によって、デジタル出力信号２３におけるノイズレベルを求める。
【００２６】
乱数データ生成部３４は、データ調整部３２におけるデータ調整、非線形変換部３３での非線形変換を経たデジタル出力信号２３のレベルについて、乱数処理を実施する。乱数データ生成部３４は、乱数処理によって、乱数データ３８を生成する。
【００２７】
図６は、乱数データ生成部が生成する乱数データの分布例を示す図である。乱数データ生成部３４は、非線形変換部３３からのデジタル出力信号２３のレベルに対し、正規分布における分散を例えば３σとする乱数データ３８を生成する。乱数の範囲は、データ調整部３２におけるパラメータ３７によって調整される。
【００２８】
加算器３５は、信号処理回路１１へ入力されたデジタル出力信号２３へ、乱数データ生成部３４で生成された乱数データ３８を加算する。セレクタ３６は、出力選択部である。セレクタ３６は、出力レベル判定部３１からの信号を選択制御入力信号として、加算器３５からの信号と、信号処理回路１１へ入力されたデジタル出力信号２３とのいずれかを選択する。セレクタ３６は、乱数データ３８の加算を経たデジタル出力信号２３と、乱数データ３８の加算を経ていないデジタル出力信号２３とのいずれかを、出力レベル判定部３１での判定結果に応じて選択する。
【００２９】
デジタル出力信号２３のレベルが所定の閾値未満であるとするレベル判定が出力レベル判定部３１においてなされた場合、セレクタ３６は、乱数データ３８の加算を経たデジタル出力信号２３を選択する。デジタル出力信号２３のレベルが所定の閾値以上であるとするレベル判定が出力レベル判定部３１においてなされた場合、セレクタ３６は、乱数データ３８の加算を経ていないデジタル出力信号２３を選択する。
【００３０】
図７、図８及び図９は、ランダムノイズのレベルと固定パターンノイズのレベルとのバランスについて説明する図である。図８に示すランダムノイズＮ１及び固定パターンノイズＮ２のバランス状態は、図７に示す場合に比べて、ランダムノイズＮ１の相対的なレベルが低い。図８は、画素アレイ２１のＳＮ比が比較的高く、ランダムノイズＮ１に対して固定パターンノイズＮ２が顕著である状態を表している。
【００３１】
図９に示すランダムノイズＮ１及び固定パターンノイズＮ２のバランス状態は、図７に示す場合に比べて、ランダムノイズＮ１の相対的なレベルが高い。図９は、画素アレイ２１のＳＮ比が比較的低く、固定パターンノイズＮ２に対してランダムノイズＮ１が顕著である状態を表している。
【００３２】
デジタル出力信号２３のレベルが所定の閾値未満であるとき、すなわち低照度のシーンでは、画素で生じる電子数が少ないことから、ランダムノイズＮ１の変化幅が比較的小さくなる。例えば、ある照度におけるランダムノイズＮ１と固定パターンノイズＮ２とが、図７に示すバランス状態であるとして、さらに照度が低くなったとする。ランダムノイズの変化幅が小さくなることで、ランダムノイズＮ１及び固定パターンノイズＮ２のバランスは、図７に示す状態から、例えば図８に示す状態へ変化する。ランダムノイズＮ１の変化幅が小さくなるのに対し、固定パターンノイズＮ２のレベルが変わらないことで、固定パターンノイズＮ２が目立ち易くなる。
【００３３】
この場合に、信号処理回路１１は、乱数データ３８の加算を経たデジタル出力信号２３を適用することで、固定パターンノイズＮ２を分散させる。これにより、固体撮像装置５は、固定パターンノイズＮ２が目立ち易い低照度なシーンでは、固定パターンノイズＮ２を抑制させる。
【００３４】
一方、デジタル出力信号２３のレベルが所定の閾値以上であるとき、すなわち高照度のシーンでは、低照度のシーンと比べてランダムノイズの変化幅は大きくなる。この場合、固定パターンノイズＮ２に対するランダムノイズＮ１の相対的なレベルが高くなることで、低照度であるときに比べて固定パターンノイズＮ２が目立ちにくくなる。
【００３５】
この場合に、信号処理回路１１は、乱数データ３８の加算を経ていないデジタル出力信号２３を適用することで、固定パターンノイズＮ２を分散させないままとする。これにより、固体撮像装置５は、固定パターンノイズＮ２が目立ちにくい高照度なシーンでは、ランダムノイズＮ１と固定パターンノイズＮ２とのバランスを維持し、ＳＮ比の低下を抑制させる。
【００３６】
本実施形態によると、固体撮像装置５は、撮影時の照度環境に応じた効果的なノイズ低減処理によって、高品質な画像が得られるという効果を奏する。
【００３７】
（第２の実施形態）
図１０は、第２の実施形態にかかる固体撮像装置の一部概略構成を示すブロック図である。固体撮像装置は、信号処理回路５０、オートフォーカス（ＡＦ）センサ５１及び測距演算回路５２を含む。第１の実施形態と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。
【００３８】
イメージセンサ１０（図１参照）は、被写体像を撮像する第１撮像装置とする。ＡＦセンサ５１は、撮像光学系４（図２参照）のＡＦ調整のための光検出を行う。ＡＦセンサ５１は、第２撮像装置として機能する。ＡＦセンサ５１及び測距演算回路５２は、例えば、多点測距方式によるＡＦ調整のための処理を実施する。
【００３９】
ＡＦセンサ５１は、例えば、ＡＦ専用のセンサとして、被写体像を得るためのイメージセンサ１０とは別に設けられたものとする。ＡＦセンサ５１は、例えば、イメージセンサ１０と同じチップ上に設けられたものであっても良い。また、被写体像を得るためのイメージセンサ１０が、ＡＦセンサ５１としての機能を兼ねることとしても良い。
【００４０】
ＡＦセンサ５１は、複数のラインセンサ５４及びセレクタ５５を有する。複数のラインセンサ５４は、撮像領域１２に映された画像におけるエリアごとの輝度を検出する。セレクタ５５は、各ラインセンサ５４からの出力のいずれかを選択する。
【００４１】
測距演算回路５２は、ＡＦ制御に使用される測距データの算出及び処理を行う。測距演算回路５２は、アナログデジタル変換部（ＡＤＣ）５６及び測距データ処理部５７を有する。ＡＤＣ５６は、ＡＦセンサ５１からの出力を、アナログ方式からデジタル方式へ変換する。
【００４２】
測距データ処理部５７は、ＡＤＣ５６からの信号が、ＡＦセンサ５１においていずれのエリアの輝度を検出したものであるかを判定する（エリア判定）。測距データ処理部５７は、エリアごとの輝度の検出結果から、画像のコントラストを判定する（コントラスト判定）。また、測距データ処理部５７は、撮像光学系４を駆動するごとのコントラストの変化から、コントラストが最大となる合焦状態を検出する。
【００４３】
測距データ処理部５７は、合焦のときの被写体物までの距離を、測距データとして算出する。測距データ処理部５７は、測距データを基に、レンズ駆動信号５８を生成する。撮像光学系４を駆動するレンズ駆動手段（図示省略）は、レンズ駆動信号５８に応じて、撮像光学系４のレンズを駆動する。
【００４４】
例えば、出力レベル判定部３１は、デジタル出力信号２３のレベルが所定の閾値以上であったとき、「０」を出力する。出力レベル判定部３１は、デジタル出力信号２３のレベルが所定の閾値未満であったとき、「１」を出力する。
【００４５】
測距データ処理部５７は、画像のコントラスト判定を実施する。かかるコントラスト判定は、合焦時におけるコントラスト値と、所定の閾値との比較によるものとする。測距データ処理部５７は、コントラスト判定の結果を、信号処理回路５０へ出力する。例えば、測距データ処理部５７は、コントラスト値が所定の閾値以上であったとき、「０」を出力する。測距データ処理部５７は、コントラスト値が所定の閾値未満であったとき、「１」を出力する。この閾値は、デジタルカメラ１により撮影された画像が低コントラストと高コントラストとのいずれであるかを判断する基準とする。測距データ処理部５７は、デジタルカメラ１により撮影された画像のエリアごとに、コントラスト判定を行う。
【００４６】
信号処理回路５０は、第１実施形態の信号処理回路１１（図３参照）が備える要素に加えて、ＡＮＤ回路５３が設けられている。ＡＮＤ回路５３は、出力レベル判定部３１からのレベル判定の結果と、測距データ処理部５７からのコントラスト判定の結果との論理積を出力する。セレクタ３６は、ＡＮＤ回路５３からの信号を選択制御入力信号として、加算器３５からの信号と、信号処理回路１１へ入力されたデジタル出力信号２３とのいずれかを選択する。セレクタ３６は、乱数データ３８の加算を経たデジタル出力信号２３と、乱数データ３８の加算を経ていないデジタル出力信号２３とのいずれかを、出力レベル判定部３１によるレベル判定の結果と、測距データ処理部５７によるコントラスト判定の結果とに応じて選択する。
【００４７】
ＡＮＤ回路５３から「１」が入力された場合、セレクタ３６は、乱数データ３８の加算を経たデジタル出力信号２３を選択する。デジタル出力信号２３のレベルが所定の閾値未満であるとするレベル判定が出力レベル判定部３１においてなされ、かつコントラスト値が所定の閾値未満であるとするコントラスト判定が測距データ処理部５７においてなされた場合、セレクタ３６は、乱数データ３８の加算を経たデジタル出力信号２３を選択する。
【００４８】
ＡＮＤ回路５３から「０」が入力された場合、セレクタ３６は、乱数データ３８の加算を経ていないデジタル出力信号２３を選択する。デジタル出力信号２３のレベルが所定の閾値以上であるとするレベル判定と、コントラスト値が所定の閾値以上であるとするコントラスト判定との少なくとも一方がなされた場合、セレクタ３６は、乱数データ３８の加算を経ていないデジタル出力信号２３を選択する。
【００４９】
低照度のシーンであって、かつ低コントラストであるときは、固定パターンノイズが目立ち易くなる。この場合に、信号処理回路１１は、乱数データ３８の加算を経たデジタル出力信号２３を適用することで、固定パターンノイズを分散させる。これにより、固体撮像装置は、低照度なシーンのうち固定パターンノイズが目立ち易い低コントラストのエリアでは、固定パターンノイズを抑制させる。
【００５０】
一方、高照度及び高コントラストの少なくとも一方を満たすときは、低照度かつ低コントラストであるときに比べて固定パターンノイズが目立ちにくくなる。この場合に、信号処理回路１１は、乱数データ３８の加算を経ていないデジタル出力信号２３を適用することで、固定パターンノイズを分散させないままとする。これにより、固体撮像装置は、固定パターンノイズが目立ちにくいシーンでは、ランダムノイズと固定パターンノイズとのバランスを維持し、ＳＮ比の低下を抑制させる。
【００５１】
本実施形態によると、固体撮像装置は、撮影時の照度環境とコントラストに応じた効果的なノイズ低減処理によって、高品質な画像が得られるという効果を奏する。なお、測距データ処理部５７は、画像のエリアごとのコントラスト判定を実施する場合に限られず、画像全体のコントラスト判定を実施することとしても良い。乱数データ３８の加算を経たデジタル出力信号２３は、画像のエリアごとの適用とする他、低照度かつ低コントラストとの判定に対して画像全体に適用することとしても良い。
【００５２】
（第３の実施形態）
図１１は、第３の実施形態にかかる固体撮像装置の一部概略構成を示すブロック図である。固体撮像装置は、信号処理回路５０、自動露光（ＡＥ）センサ６１及びＡＥ演算回路６２を含む。第１及び第２の実施形態と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。
【００５３】
イメージセンサ１０（図１参照）は、被写体像を撮像する第１撮像装置とする。ＡＥセンサ６１は、カメラモジュール２（図２参照）のＡＥ調整のための光検出を行う。ＡＥセンサ６１は、第２撮像装置として機能する。ＡＥセンサ６１及びＡＥ演算回路６２は、例えば、多点ＡＥ方式によるＡＥ調整のための処理を実施する。
【００５４】
ＡＥセンサ６１は、例えば、ＡＥ専用のセンサとして、被写体像を得るためのイメージセンサ１０とは別に設けられたものとする。ＡＥセンサ６１は、例えば、イメージセンサ１０と同じチップ上に設けられたものであっても良い。また、被写体像を得るためのイメージセンサ１０が、ＡＥセンサ６１としての機能を兼ねることとしても良い。
【００５５】
ＡＥ演算回路６２は、ＡＥ調整に使用されるＡＥデータの算出及び処理を行う。ＡＥ演算回路６２は、アナログデジタル変換部（ＡＤＣ）６３、ＡＥデータ処理部６４、コントラスト判定部６５及び分割領域カウンタ６６を有する。ＡＤＣ６３は、ＡＥセンサ６１からの出力を、アナログ方式からデジタル方式へ変換する。
【００５６】
ＡＥデータ処理部６４は、ＡＤＣ５６からの信号から、ＡＥ調整のためのＡＥデータを算出する。ＡＥデータ処理部６４は、ＡＥデータを基に、例えば絞り駆動信号６７を生成する。撮像光学系４内の絞りを駆動する絞り駆動手段（図示省略）は、絞り駆動信号６７に応じて、絞りを駆動する。なお、ＡＥデータ処理部６４は、ＡＥデータを基に、シャッター速度の調整のための信号を生成することとしても良い。
【００５７】
分割領域カウンタ６６は、ＡＥセンサ６１による測光範囲を複数の領域に分割し、分割領域ごとの識別カウントを生成する。分割領域カウンタ６６は、例えば、ＡＥセンサ６１に適用される水平カウント及び垂直カウントを基に、分割領域ごとの識別カウントを生成する。コントラスト判定部６５は、ＡＤＣ５６からの信号と、分割領域カウンタ６６からの識別カウントとを基に、分割領域ごとのコントラスト値を求める。
【００５８】
例えば、出力レベル判定部３１は、デジタル出力信号２３のレベルが所定の閾値以上であったとき、「０」を出力する。出力レベル判定部３１は、デジタル出力信号２３のレベルが所定の閾値未満であったとき、「１」を出力する。
【００５９】
コントラスト判定部６５は、画像のコントラスト判定を実施する。かかるコントラスト判定は、測光結果から求めたコントラスト値と、所定の閾値との比較によるものとする。コントラスト判定部６５は、コントラスト判定の結果を、信号処理回路５０へ出力する。例えば、コントラスト判定部６５は、コントラスト値が所定の閾値以上であったとき、「０」を出力する。コントラスト判定部６５は、コントラスト値が所定の閾値未満であったとき、「１」を出力する。この閾値は、デジタルカメラ１により撮影された画像が低コントラストと高コントラストとのいずれであるかを判断する基準とする。コントラスト判定部６５は、分割領域ごとのコントラスト判定を行う。
【００６０】
ＡＮＤ回路５３は、出力レベル判定部３１からのレベル判定の結果と、コントラスト判定部６５からのコントラスト判定の結果との論理積を出力する。セレクタ３６は、ＡＮＤ回路５３からの信号を選択制御入力信号として、加算器３５からの信号と、信号処理回路１１へ入力されたデジタル出力信号２３とのいずれかを選択する。セレクタ３６は、乱数データ３８の加算を経たデジタル出力信号２３と、乱数データ３８の加算を経ていないデジタル出力信号２３とのいずれかを、出力レベル判定部３１によるレベル判定の結果と、コントラスト判定部６５によるコントラスト判定の結果とに応じて選択する。
【００６１】
ＡＮＤ回路５３から「１」が入力された場合、セレクタ３６は、乱数データ３８の加算を経たデジタル出力信号２３を選択する。デジタル出力信号２３のレベルが所定の閾値未満であり、かつコントラスト値が所定の閾値未満であるとするコントラスト判定がコントラスト判定部６５においてなされた場合、セレクタ３６は、乱数データ３８の加算を経たデジタル出力信号２３を選択する。
【００６２】
ＡＮＤ回路５３から「０」が入力された場合、セレクタ３６は、乱数データ３８の加算を経ていないデジタル出力信号２３を選択する。デジタル出力信号２３のレベルが所定の閾値以上であるとするレベル判定と、コントラスト値が所定の閾値以上であるとするコントラスト判定との少なくとも一方がなされた場合、セレクタ３６は、乱数データ３８の加算を経ていないデジタル出力信号２３を選択する。
【００６３】
低照度のシーンであって、かつ低コントラストであるときは、固定パターンノイズが目立ち易くなる。この場合に、信号処理回路１１は、乱数データ３８の加算を経たデジタル出力信号２３を適用することで、固定パターンノイズを分散させる。これにより、固体撮像装置は、低照度なシーンのうち固定パターンノイズが目立ち易い低コントラストのエリアでは、固定パターンノイズを抑制させる。
【００６４】
一方、高照度及び高コントラストの少なくとも一方を満たすときは、低照度かつ低コントラストであるときに比べて固定パターンノイズが目立ちにくくなる。この場合に、信号処理回路１１は、乱数データ３８の加算を経ていないデジタル出力信号２３を適用することで、固定パターンノイズを分散させないままとする。これにより、固体撮像装置は、固定パターンノイズが目立ちにくいシーンでは、ランダムノイズと固定パターンノイズとのバランスを維持し、ＳＮ比の低下を抑制させる。
【００６５】
本実施形態によると、固体撮像装置は、撮影時の照度環境とコントラストに応じた効果的なノイズ低減処理によって、高品質な画像が得られるという効果を奏する。なお、測距データ処理部５７は、分割領域ごとのコントラスト判定を実施する場合に限られず、画像全体のコントラスト判定を実施することとしても良い。乱数データ３８の加算を経たデジタル出力信号２３は、分割領域ごとの適用とする他、低照度かつ低コントラストとの判定に対して画像全体に適用することとしても良い。
【００６６】
（第４の実施形態）
図１２は、第４の実施形態にかかる固体撮像装置の一部概略構成を示すブロック図である。固体撮像装置は、信号処理回路５０、オートフォーカス（ＡＦ）センサ５１、測距演算回路５２、自動露光（ＡＥ）センサ６１及びＡＥ演算回路６２を含む。第４の実施形態の構成は、第２の実施形態の構成と第３の実施形態の構成とを組み合わせたものである。第１から第３の実施形態と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。
【００６７】
イメージセンサ１０（図１参照）は、被写体像を撮像する第１撮像装置とする。ＡＦセンサ５１及びＡＥセンサ６１は、第２撮像装置として機能する。例えば、出力レベル判定部３１は、デジタル出力信号２３のレベルが所定の閾値以上であったとき、「０」を出力する。出力レベル判定部３１は、デジタル出力信号２３のレベルが所定の閾値未満であったとき、「１」を出力する。
【００６８】
例えば、測距データ処理部５７は、コントラスト値が所定の閾値以上であったとき、「０」を出力する。測距データ処理部５７は、コントラスト値が所定の閾値未満であったとき、「１」を出力する。例えば、コントラスト判定部６５は、コントラスト値が所定の閾値以上であったとき、「０」を出力する。コントラスト判定部６５は、コントラスト値が所定の閾値未満であったとき、「１」を出力する。
【００６９】
ＡＮＤ回路５３は、出力レベル判定部３１からのレベル判定の結果と、測距データ処理部５７からのコントラスト判定の結果と、コントラスト判定部６５からのコントラスト判定の結果との論理積を出力する。セレクタ３６は、ＡＮＤ回路５３からの信号を選択制御入力信号として、加算器３５からの信号と、信号処理回路１１へ入力されたデジタル出力信号２３とのいずれかを選択する。
【００７０】
セレクタ３６は、乱数データ３８の加算を経たデジタル出力信号２３と、乱数データ３８の加算を経ていないデジタル出力信号２３とのいずれかを、出力レベル判定部３１におけるレベル判定の結果と、測光データ処理部５７における第１のコントラスト判定の結果と、コントラスト判定部６５における第２のコントラスト判定の結果とに応じて選択する。第１のコントラスト判定の結果は、測距データの演算のために検出されたコントラストに対するコントラスト判定の結果である。第２のコントラスト判定の結果は、測光結果に基づくコントラスト判定の結果である。
【００７１】
ＡＮＤ回路５３から「１」が入力された場合、セレクタ３６は、乱数データ３８の加算を経たデジタル出力信号２３を選択する。デジタル出力信号２３のレベルが所定の閾値未満であるとするレベル判定が出力レベル判定部３１においてなされ、かつコントラスト値が所定の閾値未満であるとするコントラスト判定が測距データ処理部５７及びコントラスト判定部６５においてなされた場合、セレクタ３６は、乱数データ３８の加算を経たデジタル出力信号２３を選択する。
【００７２】
ＡＮＤ回路５３から「０」が入力された場合、セレクタ３６は、乱数データ３８の加算を経ていないデジタル出力信号２３を選択する。デジタル出力信号２３のレベルが所定の閾値以上であるとするレベル判定、コントラスト値が所定の閾値であるとする測距データ処理部５７及びコントラスト判定部６５によるコントラスト判定の少なくともいずれかがあった場合、セレクタ３６は、乱数データ３８の加算を経ていないデジタル出力信号２３を選択する。
【００７３】
本実施形態によると、固体撮像装置は、撮影時の照度環境とコントラストに応じた効果的なノイズ低減処理によって、高品質な画像が得られるという効果を奏する。なお、測距データ処理部５７は、画像のエリアごとのコントラスト判定を実施する場合に限られず、画像全体のコントラスト判定を実施することとしても良い。乱数データ３８の加算を経たデジタル出力信号２３は、画像のエリアごとの適用とする他、低照度かつ低コントラストとの判定に対して画像全体に適用することとしても良い。
【００７４】
測距データ処理部５７は、分割領域ごとのコントラスト判定を実施する場合に限られず、画像全体のコントラスト判定を実施することとしても良い。乱数データ３８の加算を経たデジタル出力信号２３は、分割領域ごとの適用とする他、低照度かつ低コントラストとの判定に対して画像全体に適用することとしても良い。
【００７５】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００７６】
４  撮像光学系、５  固体撮像装置、１１  信号処理回路、１８  ＡＤＣ、２１  画素アレイ、２３  デジタル出力信号、３１  出力レベル判定部、３２  データ調整部、３３  非線形変換部、３４  乱数データ生成部、３６  セレクタ、３８  乱数データ、４１  データ選択部、５２  測距演算回路、６２  ＡＥ演算回路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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