(57)【要約】【課題】撮像装置において、Ｓ／Ｎ劣化の問題が生じないようにしつつ、信号レベル増幅を伴う信号処理をする。【解決手段】ゲイン解析部２３０は、切替スイッチ３１２，３１４を出力端子３１２ｂ，３１４ｂにセットし、ＲＧＢ信号を固体撮像素子１０（センサ）から取得する。ゲイン解析部２３０は、総合的なゲイン値をセンサの画素単位で分析し、分析結果と同等のゲイン分を電子シャッタ制御を用いて電荷蓄積量を画素単位で制御できるように、電荷蓄積時間をＲＧＢ画素ごとに演算する。本工程では、上記で決定された露光時間で本撮影を実行する。センサで取得された信号に対しては信号レベルを大きくする処理を行なわなくても、露光時間を長くすることで、センサから出力される信号のレベルを予め大きくすることができ出力信号に対して増幅信号処理を行なうと生じ得るＳ／Ｎ劣化の問題を避けつつ、信号レベルを大きくする処理を伴う信号処理ができる。【選択図】図７
2006121151.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射された物理量の変化に応じた変化情報を検出する検出部と、前記検出部で検出した変化情報に基づいて単位信号を生成する単位信号生成部とを単位構成要素内に含み、当該単位構成要素が所定の順に配された物理量分布検知のための装置から出力される前記単位信号に基づいて所定の信号処理を行なう信号処理方法であって、
前記単位構成要素から出力された前記単位信号のレベルを大きくする増幅信号処理に代えて、前記増幅信号処理に伴うＳ／Ｎ劣化を抑制しつつ前記増幅信号処理における増幅率に応じたレベルの前記単位信号が前記単位構成要素から出力されるように、前記検出部における検出時間を個別に調整する工程を有する
ことを特徴とする信号処理方法。
【請求項２】
前記増幅信号処理は、前記物理量分布検知のための装置としてのカラー撮像デバイスで得られる被写体を表わす撮像信号の全体が白に近づくようにホワイトバランスをとる処理であって、
前記検出部における検出時間を個別に調整する工程は、前記ホワイトバランスが取れるように各色の前記検出部の検出時間を個別に調整するものである
ことを特徴とする請求項１に記載の信号処理方法。
【請求項３】
前記増幅信号処理は、個々の前記検出部の感度ばら付きを補正する処理であって、
前記検出部における検出時間を個別に調整する工程は、前記感度ばら付きが相殺されるように個々の前記検出部の検出時間を個別に調整するものである
ことを特徴とする請求項１に記載の信号処理方法。
【請求項４】
前記増幅信号処理は、前記物理量の変化の大きい部分よりも前記物理量の変化の小さい部分に対する増幅率が大きくなるように、前記物理量の変化に対する前記単位信号の変化特性を調整する処理であって、
前記検出部における検出時間を個別に調整する工程は、前記物理量の変化の大きい部分よりも前記物理量の変化の小さい部分の方が前記検出部の検出時間が長くなるように、個々の前記検出部の検出時間を個別に調整するものである
ことを特徴とする請求項１に記載の信号処理方法。
【請求項５】
前記検出部における検出時間を個別に調整する工程は、
所定の検出時間、前記検知部にて前記検出を行ない、前記検知部ごとの前記物理量の変化に対応する前記単位信号の大きさを検出する準備工程と、
前記準備工程で検出した前記検知部ごとの前記物理量の変化に対応する前記単位信号の大きさに応じて、前記増幅信号処理に伴うＳ／Ｎ劣化を抑制しつつ前記増幅信号処理における増幅率に応じたレベルの前記単位信号が前記単位構成要素から出力されるように、前記検出部における検出時間を個別に演算する演算工程と、
前記演算工程において演算した検出時間に基づき、各検出部の検出時間を個別に制御する本工程と
を有することを特徴とする請求項１に記載の信号処理方法。
【請求項６】
前記検出部における検出時間を個別に調整する工程は、前記検出部で検出された前記変化情報をクリアする電子シャッタ機能を用いて実行する
ことを特徴とする請求項１に記載の信号処理方法。
【請求項７】
前記検出部における検出時間を個別に調整する工程は、前記検出部への前記物理量の入射を開閉する機械式シャッタ機能を前記電子シャッタ機能と併用して実行する
ことを特徴とする請求項６に記載の信号処理方法。
【請求項８】
前記検出部における検出時間を個別に調整する工程は、前記検出部で検出された前記変化情報をそれぞれ異なる時間に読み出す電子シャッタ機能を用いて実行する
ことを特徴とする請求項１に記載の信号処理方法。
【請求項９】
前記検出部における検出時間を個別に調整する工程は、前記検出部への前記物理量の入射を開閉する機械式シャッタ機能を前記電子シャッタ機能と併用して実行する
ことを特徴とする請求項８に記載の信号処理方法。
【請求項１０】
入射された物理量の変化に応じた変化情報を検出する検出部と、前記検出部で検出した変化情報に基づいて単位信号を生成する単位信号生成部とを単位構成要素内に含み、当該単位構成要素が所定の順に配された物理量分布検知のための装置から出力される前記単位信号に基づいて所定の信号処理を行なう信号処理装置であって、
前記単位構成要素から出力された前記単位信号のレベルを大きくする増幅信号処理に代えて、前記増幅信号処理に伴うＳ／Ｎ劣化を抑制しつつ前記増幅信号処理における増幅率に応じたレベルの前記単位信号が前記単位構成要素から出力されるように、前記検出部における検出時間を個別に調整する制御部
を備えたことを特徴とする信号処理装置。
【請求項１１】
前記増幅信号処理は、前記物理量分布検知のための装置としてのカラー撮像デバイスで得られる被写体を表わす撮像信号の全体が白に近づくようにホワイトバランスをとる処理であって、
前記制御部は、前記検出部における検出時間を個別に調整する手法として、前記ホワイトバランスが取れるように各色の前記検出部の検出時間を個別に調整する
ことを特徴とする請求項１０に記載の信号処理装置。
【請求項１２】
前記増幅信号処理は、個々の前記検出部の感度ばら付きを補正する処理であって、
前記制御部は、前記検出部における検出時間を個別に調整する手法として、前記感度ばら付きが相殺されるように個々の前記検出部の検出時間を個別に調整する
ことを特徴とする請求項１０に記載の信号処理装置。
【請求項１３】
前記増幅信号処理は、前記物理量の変化の大きい部分よりも前記物理量の変化の小さい部分に対する増幅率が大きくなるように、前記物理量の変化に対する前記単位信号の変化特性を調整する処理であって、
前記制御部は、前記検出部における検出時間を個別に調整する手法として、前記物理量の変化の大きい部分よりも前記物理量の変化の小さい部分の方が前記検出部の検出時間が長くなるように、個々の前記検出部の検出時間を個別に調整する
ことを特徴とする請求項１０に記載の信号処理装置。
【請求項１４】
前記制御部は、
所定の検出時間、前記検知部にて前記検出を行ない、前記検知部ごとの前記物理量の変化に対応する前記単位信号の大きさを検出し、この検出した前記検知部ごとの前記物理量の変化に対応する前記単位信号の大きさに応じて、前記増幅信号処理に伴うＳ／Ｎ劣化を抑制しつつ前記増幅信号処理における増幅率に応じたレベルの前記単位信号が前記単位構成要素から出力されるように、前記検出部における検出時間を個別に演算する解析部と、
前記解析部において演算した検出時間に基づき、各検出部の検出時間を個別に制御するタイミング制御部と
を有することを特徴とする請求項１０に記載の信号処理装置。
【請求項１５】
前記制御部は、前記検出部で検出された前記変化情報をクリアする電子シャッタ機能を用いて前記検出部における検出時間を個別に調整する手法を実行する
ことを特徴とする請求項１０に記載の信号処理装置。
【請求項１６】
前記制御部は、前記検出部への前記物理量の入射を開閉する機械式シャッタ機能を前記電子シャッタ機能と併用して前記検出部における検出時間を個別に調整する手法を実行する
ことを特徴とする請求項１５に記載の信号処理装置。
【請求項１７】
前記制御部は、前記検出部で検出された前記変化情報をそれぞれ異なる時間に読み出す電子シャッタ機能を用いて前記検出部における検出時間を個別に調整する手法を実行する
ことを特徴とする請求項１０に記載の信号処理装置。
【請求項１８】
前記制御部は、前記検出部への前記物理量の入射を開閉する機械式シャッタ機能を前記電子シャッタ機能と併用して前記検出部における検出時間を個別に調整する手法を実行する
ことを特徴とする請求項１７に記載の信号処理装置。
【請求項１９】
入射された物理量の変化に応じた変化情報を検出する検出部と、前記検出部で検出した変化情報に基づいて単位信号を生成する単位信号生成部とを単位構成要素内に含み、当該単位構成要素が所定の順に配された物理量分布検知のための装置であって、
前記単位構成要素から出力された前記単位信号のレベルを大きくする増幅信号処理に代えて、前記増幅信号処理に伴うＳ／Ｎ劣化を抑制しつつ前記増幅信号処理における増幅率に応じたレベルの前記単位信号が前記単位構成要素から出力されるように、前記検出部における検出時間を個別に調整する制御部
を備えたことを特徴とする物理量分布検知のための装置。
【請求項２０】
前記増幅信号処理は、前記物理量分布検知のための装置としてのカラー撮像デバイスで得られる被写体を表わす撮像信号の全体が白に近づくようにホワイトバランスをとる処理であって、
前記制御部は、前記検出部における検出時間を個別に調整する手法として、前記ホワイトバランスが取れるように各色の前記検出部の検出時間を個別に調整する
ことを特徴とする請求項１９に記載の物理量分布検知のための装置。
【請求項２１】
前記増幅信号処理は、個々の前記検出部の感度ばら付きを補正する処理であって、
前記制御部は、前記検出部における検出時間を個別に調整する手法として、前記感度ばら付きが相殺されるように個々の前記検出部の検出時間を個別に調整する
ことを特徴とする請求項１９に記載の物理量分布検知のための装置。
【請求項２２】
前記増幅信号処理は、前記物理量の変化の大きい部分よりも前記物理量の変化の小さい部分に対する増幅率が大きくなるように、前記物理量の変化に対する前記単位信号の変化特性を調整する処理であって、
前記制御部は、前記検出部における検出時間を個別に調整する手法として、前記物理量の変化の大きい部分よりも前記物理量の変化の小さい部分の方が前記検出部の検出時間が長くなるように、個々の前記検出部の検出時間を個別に調整する
ことを特徴とする請求項１９に記載の物理量分布検知のための装置。
【請求項２３】
前記制御部は、
所定の検出時間、前記検知部にて前記検出を行ない、前記検知部ごとの前記物理量の変化に対応する前記単位信号の大きさを検出し、この検出した前記検知部ごとの前記物理量の変化に対応する前記単位信号の大きさに応じて、前記増幅信号処理に伴うＳ／Ｎ劣化を抑制しつつ前記増幅信号処理における増幅率に応じたレベルの前記単位信号が前記単位構成要素から出力されるように、前記検出部における検出時間を個別に演算する解析部と、
前記解析部において演算した検出時間に基づき、各検出部の検出時間を個別に制御するタイミング制御部と
を有することを特徴とする請求項１９に記載の物理量分布検知のための装置。
【請求項２４】
前記制御部は、前記検出部で検出された前記変化情報をクリアする電子シャッタ機能を用いて前記検出部における検出時間を個別に調整する手法を実行する
ことを特徴とする請求項１９に記載の物理量分布検知のための装置。
【請求項２５】
前記制御部は、前記検出部への前記物理量の入射を開閉する機械式シャッタ機能を前記電子シャッタ機能と併用して前記検出部における検出時間を個別に調整する手法を実行する
ことを特徴とする請求項２４に記載の物理量分布検知のための装置。
【請求項２６】
前記制御部は、通常の読出動作をするための駆動信号を前記単位構成要素に供給する通常読出制御部と、前記電子シャッタ機能を実現するための駆動信号を前記単位構成要素に個別に供給するシャッタ制御部と
を有することを特徴とする請求項２４に記載の物理量分布検知のための装置。
【請求項２７】
前記制御部は、前記検出部で検出された前記変化情報をそれぞれ異なる時間に読み出す電子シャッタ機能を用いて前記検出部における検出時間を個別に調整する手法を実行する
ことを特徴とする請求項１９に記載の物理量分布検知のための装置。
【請求項２８】
前記制御部は、前記検出部への前記物理量の入射を開閉する機械式シャッタ機能を前記電子シャッタ機能と併用して前記検出部における検出時間を個別に調整する手法を実行する
ことを特徴とする請求項２７に記載の物理量分布検知のための装置。
【請求項２９】
前記制御部は、通常の読出動作をするための駆動信号を前記単位構成要素に供給する通常読出制御部と、前記電子シャッタ機能を実現するための駆動信号を前記単位構成要素に個別に供給するシャッタ制御部と
を有することを特徴とする請求項２７に記載の物理量分布検知のための装置。
【請求項３０】
アドレス制御によって個々の前記単位構成要素からの前記単位信号の読出しが制御される
ことを特徴とする請求項１９に記載の物理量分布検知のための装置。
【請求項３１】
前記検出部で検出された前記変化情報を表わす信号電荷を前記単位信号生成部に転送するための電荷転送路をさらに備えている
ことを特徴とする請求項１９に記載の物理量分布検知のための装置。
【請求項３２】
２次元平面上で垂直方向と水平方向に前記検知部が配置されており、
前記垂直方向に前記検出部で検出された前記信号電荷を転送する垂直電荷転送路と、
前記検出部から前記垂直電荷転送路に前記信号電荷を読み出す読出ゲートと、
前記垂直電荷転送路により転送された前記信号電荷を前記水平方向に前記単位信号生成部まで転送する水平電荷転送路と
を有することを特徴とする請求項３１に記載の物理量分布検知のための装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号処理方法および信号処理装置並びに物理情報取得装置に関する。より詳細には、たとえば光や放射線などの外部から入力される電磁波に対して感応性をする複数の単位構成要素が配列されてなり、単位構成要素により電気信号に変換された物理量分布を、アドレス制御により任意選択して電気信号として読出可能な、たとえば固体撮像装置などの、物理量分布検知の装置に用いて好適な、信号を読み出して所定目的用の情報を取得する際の信号処理技術に関する。たとえば、ＡＧＣ、ＷＢ、γ補正の各信号処理技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
光や放射線などの外部から入力される電磁波あるいは圧力（接触など）などの物理量変化に対して感応性をする単位構成要素（たとえば画素）をライン状もしくはマトリクス状に複数個配列してなる物理量分布検知半導体装置が様々な分野で使われている。
【０００３】
たとえば、映像機器の分野では、物理量の一例である光（電磁波の一例）の変化を検出するＣＣＤ（Charge Coupled Device ）型あるいはＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor ）やＣＭＯＳ（Complementary Metal-oxide Semiconductor ）型の撮像素子（撮像デバイス）を用いた固体撮像装置が使われている。ここで“固体”とは半導体製であることを意味している。
【０００４】
たとえばＣＣＤやＣＭＯＳイメージセンサに代表される固体撮像素子の小型化、低価格化により、これらを利用した各種映像機器、たとえば静止画を撮影するデジタルスチルカメラやカメラ付き携帯電話あるいは動画を撮影するビデオカメラなどが急激に普及しつつある。なかでもＣＭＯＳイメージセンサは、ＣＣＤに比べて低消費電力、低コストで製造可能であることから、将来ＣＣＤを置き換えるものとして注目を集めている。
【０００５】
また、近年、半導体技術の進歩により、固体撮像素子の高画素化が急速に進んでおり、たとえば数１００万画素の固体撮像素子が開発され、高解像度が要求されるデジタルスチルカメラや映画用のビデオカメラなどに利用されている。その中でもＣＭＯＳセンサは各画素に光電変換素子と読出回路が設けられた固体撮像装置であり、各画素をランダムにアクセスすることや高速に読み出すことができることから、将来を有望視されているセンサである。
【０００６】
また、コンピュータ機器の分野では、指紋に関する情報を圧力に基づく電気的特性の変化や光学的特性の変化に基づき指紋の像を検出する指紋認証装置などが使われている。これらは、単位構成要素（固体撮像装置にあっては画素）によって電気信号に変換された物理量分布を電気信号として読み出す。
【０００７】
一方、固体撮像装置の中には、電荷生成部で生成された信号電荷に応じた画素信号を生成する画素信号生成部に静電誘導トランジスタやＭＯＳトランジスタなどの増幅用の駆動トランジスタを有する増幅型固体撮像素子（ＡＰＳ；Active Pixel Sensor ／ゲインセルともいわれる）構成の画素を備えた増幅型固体撮像装置がある。たとえば、ＣＭＯＳ型固体撮像装置の多くはそのような構成をなしている。
【０００８】
このような増幅型固体撮像装置において画素信号を外部に読み出すには、複数の単位画素が配列されている撮像部（画素部ともいう）に対してアドレス制御をし、個々の単位画素からの信号を任意に選択して読み出すようにしている。つまり、増幅型固体撮像装置は、アドレス制御型の固体撮像装置の一例である。
【０００９】
たとえば、単位画素がマトリクス状に配されたＸ−Ｙアドレス型固体撮像素子の一種である増幅型固体撮像素子は、画素そのものに増幅機能を持たせるために、ＭＯＳ構造などの能動素子（ＭＯＳトランジスタ）を用いて画素を構成している。すなわち、光電変換素子であるフォトダイオードに蓄積された信号電荷（光電子）を前記能動素子で増幅し、画像情報として読み出す。
【００１０】
この種のＸ−Ｙアドレス型固体撮像素子では、たとえば、画素トランジスタが２次元行列状に多数配列されて撮像部が構成され、ライン（行）ごとあるいは画素ごとに入射光に対応する信号電荷の蓄積が開始され、その蓄積された信号電荷に基づく電流または電圧の信号がアドレス指定によって各画素から所定順に読み出される。
【００１１】
ここで、ＭＯＳ（ＣＭＯＳを含む）型においては、アドレス制御の一例として、１行分を同時にアクセスして行単位で画素信号を撮像部から読み出し、必要に応じて所定の信号処理を施し、その後に、各行の１行分の画素信号を順次出力側に読み出す方式が多く用いられている。たとえばマトリクス状に配置された画素の信号出力が行ごとに順次垂直信号線に送られ、垂直信号線からさらに水平方向に順次水平読出線に接続されて出力される。
【００１２】
また、撮像部から読み出されたアナログの画素信号は、必要に応じて、アナログ−デジタル変換装置（ＡＤ変換装置；Analog Digital Converter）にてデジタルデータに変換する。
【００１３】
また、ＣＣＤ(Charge Coupled Device) 撮像素子やＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor ）撮像素子などの撮像素子（撮像デバイス）を用いて画像を撮像する撮像装置においては、デジタル画像信号処理ＬＳＩ（Large Scale Integrated Circuit；大規模集積回路）との組合せを利用して、画像データに対する電子的な処理によって、カメラの機能を電子部品を中心に構成することが可能である。
【００１４】
たとえば、補色の撮像データから、赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の原色信号を分離・同時化する原色分離処理、ホワイトバランス（ＷＢ；White Balance ）をとるホワイトバランス調整処理、周辺画素のデータを用いて画素を補う画素補間処理、階調度合いを調整するガンマ（γ）補正処理、あるいは色差マトリクス処理やエンコード処理を行なって輝度データ（Ｙ）や色データ（Ｃ）（纏めてデジタル映像データともいう）を生成するＹＣ信号生成処理などを行なう（たとえば非特許文献１参照）。
【００１５】
【非特許文献１】米本和也著、“ＣＣＤ／ＣＭＯＳイメージセンサの基礎と応用”、ＣＱ出版社、2003年8月10日、初版p166〜167
【００１６】
図１２は、ホワイトバランス調整処理、画素補間処理、およびガンマ補正処理などの機能を実現する仕組みを持つ従来の撮像装置の構成例を説明する図である。
【００１７】
図１２に示すように、固体撮像素子９１０は、タイミング制御部９９１からの駆動パルスにしたがって動作するようになっている。また、全体の信号号処理系は、固体撮像素子９１０からのアナログ撮像信号をサンプリングすることによってノイズを低減させるＣＤＳ（Correlated Double Sampling：相関２重サンプリング）回路９６２ａや、ＣＤＳ処理された画素信号を増幅するＡＧＣ（Automatic Gain Control；自動利得制御）機能を持った増幅アンプ９６２ｂなどを有するプリアンプ部９６２、プリアンプ部９６２が出力するアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ（Analog/Digital）変換部９６４を備えた前段の信号処理系統９６０ａを備えて構成されている。さらにＡＤ変換部９６４から入力されるデジタル信号に所定の画像処理を施す後段の信号処理系統９６０ｂを備えて構成されている。
【００１８】
前段の信号処理系統９６０ａでは、通常、カラー固体撮像素子を使った撮像装置では、全部の画素を同一の露光時間で撮像して得たＣＣＤ固体撮像素子９１０からの信号出力は、ＣＤＳ回路９６２ａ→ＡＧＣ処理機能付きの増幅アンプ９６２ｂ→ＡＤ変換部９６４の順に伝達され、後段の信号処理系統（画像信号処理部９６６）へ入力される。
【００１９】
後段の信号処理系統９６０ｂでは、ホワイトバランスアンプ部９８２→画素補間処理部９８４→ガンマ補正処理部９８６→ＹＣ信号生成処理部９８８を経てデジタル映像出力される。
【００２０】
＜ＷＢについて＞
ホワイトバランスアンプ部９８２におけるホワイトバランス調整処理においては、偏った色温度を持った外光の下で撮影を行なわれた画像に対して、撮影した映像のカラーバランスを調整する。すなわち、異なる色温度の光源下においても、人間は脳の中で無意識に補正をしているため、白い物は白として認識することができる。しかしながら、ＣＣＤ撮像素子やＣＭＯＳ撮像素子などの撮像素子（イメージセンサ）を用いて被写体画像を撮像すると、光源の色温度の影響を受け、白が白として出力されない。
【００２１】
たとえば、被写体に含まれる白色は、屋内などの色温度が低い環境で撮像した場合にはＲ(赤)画素の信号は十分得られるが、Ｇ（緑）およびＢ(青)画素の信号は小さくなるので、赤っぽい映像となる。一方、屋外などの色温度が高い環境で撮像した場合には、Ｂ(青)画素の信号は十分得られるが、Ｇ（緑）およびＲ(赤)画素の信号は小さくなるので、青っぽい映像となる。このことを、一般にホワイトバランスが崩れるといっている。なお、色温度とは、テスト光源と同じ色度を持った黒体の温度（Ｋ）をいう。
【００２２】
ホワイトバランスが崩れる現象を解消するためには、従来、撮像素子で取得された撮像信号に対して、人間の目と合わせるために、照明光の色温度に拘らず、白い被写体が白く撮影されるように、オートホワイトバランス調整機能を撮像装置に搭載している。たとえば、カメラ信号処理のオートホワイトバランス処理部にて、白が白と見えるように色分離された複数の色信号に所定のゲインをそれぞれ個別に掛け、補正を行なう。
【００２３】
＜画素補間処理について＞
また、画素補間処理部９８４における画素補間処理は、デジタルカメラ特有の機能とも言えるものであり、固体撮像素子９１０における画素数と同じ画素数のイメージファイルを生成するべく、ある画素位置において存在しない色成分を周辺画素から推測して画素信号を補うものである。
【００２４】
＜ガンマ補正処理について＞
またガンマ補正処理部９８６におけるガンマ補正処理においては、光量に対する画素信号レベルが、光量の対数に比例して明るさを識別するという人間の視覚特性（視感度）に適合するように、階調の変化特性を調整して、ニー特性を持たせる。一般的に、この階調の変化特性をガンマ（γ）カーブという。また、カラー画像処理に際しては、忠実な色再現がなされるように各色のガンマ（γ）カーブを調整する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
しかしながら、上記のＡＧＣ処理、ホワイトバランス調整処理、およびガンマ補正処理では、何れも画素信号をアナログまたはデジタル処理で増幅あるいは低減しており、特に処理対象の信号レベルを大きくする処理を伴う増幅時には、ノイズも増幅されてしまうので、Ｓ／Ｎ劣化という問題を避けることが難しい。
【００２６】
たとえば、増幅アンプ９６２ｂにおけるＡＧＣ処理では、信号出力レベルの最大値が次段のＡＤ変換部９６４の入力レンジに適合するように信号レベルを増幅するため、画像のＳ／Ｎを劣化させる要因になる。
【００２７】
また、ホワイトバランスアンプ部９８２におけるホワイトバランス調整処理では、撮影時の光源で白を撮影した場合に出力映像が白（Ｒ：Ｇ：Ｂ＝１：１：１）になるようＲＧＢ各画素のレベルを増幅する。偏った色温度の光で撮影した場合には、ホワイトバランスの取れたカラー画像を得ようとすると信号レベルの小さいカラー信号を増幅する必要が生じ、画像のＳ／Ｎを劣化させる要因になる。
【００２８】
たとえば、屋内などの色温度が低い環境で撮像した場合にはＲ（赤）画素の信号は充分得られるが、Ｇ（緑）画素とＢ（青）画素の信号は小さくなり、ホワイトバランスを得るためにＧ画素とＢ画素の信号レベルを増幅する必要がある。特にＢ画素の方が信号レベルが小さく、より大きな増幅率で増幅する必要がある。また、屋外などの色温度が高い環境で撮像した場合にはＢ（青）画素の信号は充分得られるが、Ｇ（緑）画素とＲ（赤）画素の信号は小さくなり、ホワイトバランスを得るためにＧ画素とＲ画素の信号レベルを増幅する必要がある。特にＲ画素の方が信号レベルが小さく、より大きな増幅率で増幅する必要がある。
【００２９】
また、ガンマ補正処理部９８６におけるガンマ補正処理では、光量の大きい部分よりも光量の小さい部分に対する増幅率の方が大きなるように画素信号の変化特性すなわち階調特性を調整する。よって、全体としては、撮像光量が不足する低輝度の被写体では信号レベルを増幅し、高輝度の被写体では信号レベルを抑える働きをする。特に低輝度の被写体では高輝度の被写体よりも大きな増幅率で信号レベルを増幅するために、画像のＳ／Ｎを劣化させる要因になっている。元々低輝度の被写体部分では信号レベルが小さくノイズに対して不利であり、これを大きな増幅率で増幅するので、Ｓ／Ｎ劣化の問題が高輝度の被写体部分よりも大きい。
【００３０】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、Ｓ／Ｎ劣化の問題を避けつつ、ＡＧＣ処理、ホワイトバランス制御処理、あるいはガンマ補正処理など、信号レベルを大きくする処理を伴う機能を実質的に実行可能な新たな仕組み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】
【００３１】
本発明に係る信号処理方法は、入射された物理量の変化に応じた変化情報を検出する検出部と、前記検出部で検出した変化情報に基づいて単位信号を生成する単位信号生成部とを単位構成要素内に含み、この単位構成要素が所定の順に配された物理量分布検知のための装置から出力される単位信号に基づいて所定の信号処理を行なう信号処理方法であって、単位構成要素から出力された単位信号のレベルを大きくする増幅信号処理に代えて、増幅信号処理に伴うＳ／Ｎ劣化を抑制しつつ増幅信号処理における増幅率に応じたレベルの単位信号が単位構成要素から出力されるように、検出部における検出時間を調整する工程を有するものとした。
【００３２】
ここで、“検出部における検出時間を個別に調整する”とは、全ての単位構成要素に対して独立に検出時間を調整することは必須ではなく、信号処理との関わりにおける単位構成要素の属性に応じて、その属性ごとに検出時間を調整するものであればよい。
【００３３】
要するに、増幅信号処理における増幅率に対応するレベルの単位信号が単位構成要素から出力されるように予め検出部における検出時間を調整しておくことで、単位構成要素から出力される単位信号のレベルを大きくし、これによって、単位構成要素から出力された単位信号に対して増幅信号処理を行なうと生じ得るＳ／Ｎ劣化を抑制するものである。
【００３４】
また本発明に係る信号処理装置は、上記本発明に係る信号処理方法を実施するのに好適な装置であって、単位構成要素から出力された単位信号のレベルを大きくする増幅信号処理に代えて、増幅信号処理に伴うＳ／Ｎ劣化を抑制しつつ増幅信号処理における増幅率に応じたレベルの単位信号が前記単位構成要素から出力されるように、検出部における検出時間を調整する制御部を備えるものとした。
【００３５】
また本発明に係る物理量分布検知のための装置は、上記本発明に係る信号処理装置を適用した装置である。
【００３６】
また従属項に記載された発明は、本発明に係る信号処理方法および信号処理装置並びに物理量分布検知のための装置のさらなる有利な具体例を規定する。
【００３７】
たとえば、単位構成要素から出力された単位信号のレベルを大きくする増幅信号処理としては、カラー撮像デバイスで得られる撮像信号の全体が白に近づくようにホワイトバランスをとる処理（ホワイトバランス調整制理）や、個々の検出部の感度ばら付きを補正するいわゆるＡＧＣ処理や、物理量変化の大きい部分よりも物理量変化の小さい部分に対する増幅率が大きくなるように物理量の変化に対する単位信号の変化特性を調整するいわゆるガンマ補正処理などがある。
【００３８】
ここで、“検出部における検出時間を個別に調整する”に当たっては、ＡＧＣ処理やガンマ補正処理の場合には全ての単位構成要素それぞれに応じて増幅率が異なる処理が要するので、全ての単位構成要素に対して独立に検出時間を調整するのがよい。一方、ホワイトバランス調整制理の場合には、全ての単位構成要素それぞれに応じて増幅率が異なるようにする必要はなく、色成分ごとに増幅率が異なるようにすればよく、単位構成要素に対して色ごとに独立した検出時間となるように調整するのがよい。
【００３９】
また、“検出部における検出時間を個別に調整する”に当たっては、予め準備工程において、所定の検出時間、検知部にて検出を行ない、検知部ごとの物理量の変化に対応する単位信号の大きさを検出し、ここで検出した検知部ごとの物理量の変化に対応する単位信号の大きさに応じて、増幅信号処理に伴うＳ／Ｎ劣化を抑制しつつ増幅信号処理における増幅率に応じたレベルの単位信号が単位構成要素から出力されるような、検出部における検出時間を個別に演算するのがよい。そして、この結果を受けて、本工程においては、演算した検出時間に基づき、各検出部の検出時間を個別に制御するのがよい。
【００４０】
つまり、信号の本取得に先立つ準備工程（先行取得モード）時に、ＡＧＣ処理、ホワイトバランス制御処理、あるいはガンマ補正処理など、信号レベルを大きくする処理を伴う画像信号処理を実行して、これらの処理機能を検出部における検出時間の制御により実行するべく、検出部ごとの検出時間を算出する。この後、信号の本取得を行なう本工程（本取得モード）時には、算出した個別の検出時間に基づいてそれぞれの検出部の検出時間を個別に制御する。
【００４１】
また、“検出部における検出時間を個別に調整する”に当たっては、電子シャッタ機能を用いて実行するのがよい。あるいは、この電子シャッタ機能に検出部への物理量の入射を開閉する機械式シャッタ機能を併用するようにしてもよい。
【００４２】
ここで、検出部で検出された変化情報を読み出してから次の検出が始まり、読み出す前に変化情報をクリアすると、クリア後から次に変化情報を読み出すまでが検出時間となる。よって、“電子シャッタ機能を用いて検出部における検出時間を個別に調整する”に際しては、検出部で検出された変化情報をクリアするタイミングを個別に調整する手法と、検出部で検出された変化情報を読み出すタイミングを個別に調整する手法の何れか、あるいはその両者の組合せを用いることができる。
【発明の効果】
【００４３】
本発明によれば、増幅信号処理における増幅率に対応するレベルの単位信号が単位構成要素から出力されるように予め検出部における検出時間を調整する。これにより、検出部で取得された信号に対しては信号レベルを大きくする処理を行なわなくても、検出時間を長くすることで、検出部から出力される信号のレベルを予め大きくすることができる。よって、単位構成要素から出力された単位信号に対して増幅信号処理を行なうと生じ得るＳ／Ｎ劣化の問題を避けつつ、信号レベルを大きくする処理を伴う信号処理を実行することができるようになる。
【００４４】
信号処理との関わりにおける単位構成要素の属性に応じて、その属性ごとに検出時間を調整可能な物理量分布検知のための装置を用いることで、単位構成要素から出力された単位信号に対して現実的に増幅信号処理を行なわなくても、ＡＧＣ処理や、ホワイトバランス調整、あるいはガンマ補正など、信号レベルを大きくする処理を伴う信号処理を、検出時間の調整によって実現でき、単位構成要素から出力された単位信号に対して現実的に増幅信号処理を行なわないので、現実的な増幅信号処理を行なった場合に生じ得るＳ/Ｎ劣化の問題を回避できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００４６】
＜デジタルスチルカメラの全体構成；ＣＭＯＳタイプ＞
図１は、本発明に係る撮像装置（カメラシステム）の第１実施形態を示す概略構成図である。第１実施形態の撮像装置は、固体撮像素子１０の一例であるたとえばＣＭＯＳ撮像素子１２、および被写体Ｚの光学像を取り込む撮像レンズ５０を有するカメラモジュール３と、カメラモジュール３により得られる撮像信号に基づいて映像信号を生成しモニタ出力したり所定の記憶メディアに画像を格納したりする本体ユニット４とを備えてなるデジタルスチルカメラ１として構成されている。なお、カメラモジュール３と本体ユニット４とを一体化した形態での撮像装置モジュール３ａとして構成するようにしてもよい。
【００４７】
ＣＭＯＳ撮像素子１２は、多数のセンサ部で構成される撮像部１２ａを有している。センサ部は、カラー画像撮像用途として、光が入射されるフォトダイオードなどの受光面には、複数色の色フィルタの組合せからなる色分解フィルタの何れかの色フィルタが設けられる。一例としては、いわゆるベイヤ（Ｂａｙｅｒ）配列の基本形のカラーフィルタを用いて、正方格子状に配されたセンサ部（単位画素）が赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の３色カラーフィルタ（原色フィルタ）に対応するように配される。あるいは、シアン（Ｃ），マゼンタ（Ｍ），イエロ（Ｙ），緑（Ｇ）の４色を組み合わせた補色フィルタ構成のものとしてもよい。
【００４８】
信号処理として、原色信号処理を行なう構成のものとする場合、原色フィルタとすれば、ＣＭＯＳ撮像素子１２にて得られる撮像信号（複数色の画素信号の組合せ）から、赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の原色信号を分離する原色分離部を割愛することができる。
【００４９】
また、ＣＭＯＳ撮像素子１２は、多数のセンサ部で構成される撮像部１２ａの周辺に、ＣＤＳ処理部やＡＧＣ処理部を有するプリアンプ部並びにＡＤ変換部を具備したアナログフロントエンド部１２ｂと、ＣＭＯＳ撮像素子１２を駆動・制御する駆動制御部１２ｃとをＣＭＯＳ撮像素子１２に取り込むようにしている。なお、アナログフロントエンド部１２ｂは、ＡＤ変換用の参照電圧を供給する参照信号生成部や出力回路なども備えている。
【００５０】
なお、以下においては、Ｘ−Ｙアドレス型の固体撮像装置の一例である、ＣＭＯＳ撮像素子をデバイスとして使用した場合を例に説明する。また、ＣＭＯＳ撮像素子は、全ての画素がＮＭＯＳよりなるものであるとして説明する。ただしこれは一例であって、対象となるデバイスはＭＯＳ型の撮像デバイスに限らない。光や放射線などの外部から入力される電磁波に対して感応性をする単位構成要素をライン状もしくはマトリクス状に複数個配列してなる物理量分布検知用の半導体装置の全てに、後述する実施形態が同様に適用できる。
【００５１】
このデジタルスチルカメラ１は、具体的には、静止画撮像モード時にカラー画像を撮像し得るカメラとして適用されるようになっている。また静止画撮像モードに限らず、間引き読みを利用して３０フレーム／秒に近いフレームレート（たとえば１０フレーム以上／秒）での動画撮影モードも用意されている。
【００５２】
カメラモジュール３内の固体撮像素子１０（本例ではＣＭＯＳ撮像素子１２）そのもので固体撮像装置２が構成される。固体撮像装置２は、撮像部１２ａとアナログフロントエンド部１２ｂと駆動制御部１２ｃとが、１つの半導体基板上に形成されたものとして提供されるものである。
【００５３】
駆動制御部１２ｃは、撮像部１２ａの信号を所定の順に読み出すための制御回路機能を備えている。たとえば、制御回路機能としては、列アドレスや列走査を制御する水平走査部（列走査回路）と、行アドレスや行走査を制御する垂直走査部（行走査回路）と、内部クロックを生成したり各走査部やその他の機能部を制御する駆動パルスを生成したりするなどの機能を持つ駆動信号操作部（通信・タイミング制御部あるいはタイミング信号生成部ともいう）とを備える。また、駆動制御部１２ｃは、本実施形態特有の機能部として、電子シャッタ用の制御パルスを生成したりメカシャッタを制御したりするシャッタ制御部も備えている。
【００５４】
これらの駆動制御部の各要素は、撮像部１２ａとともに、半導体集積回路製造技術と同様の技術を用いて単結晶シリコンなどの半導体領域に一体的に形成され、半導体システムの一例である固体撮像素子（撮像デバイス）として構成される。
【００５５】
使用するＣＭＯＳ撮像素子１２（撮像部１２ａ）との関わりの強い部分である走査部や駆動信号操作部を撮像部１２ａと共通の基板に搭載することで一体化させると、部材の取扱いや管理が簡易になる。また、これらが光学系５とともにモジュールとして一体となっているので、デジタルスチルカメラ１（の完成品）の製造も容易になる。
【００５６】
ＣＭＯＳセンサは、Ｘ−Ｙアドレス型固体撮像素子の一例であり、アドレス指定によって任意の位置の画素から信号を取り出すことができ、画素で得られた信号電荷をシフトレジスタで画素を選択して順番に読み出すＣＣＤ(Charge Coupled Device )型イメージセンサと異なり、画素の信号を読み出す順番を比較的自由に設定可能であるという特徴を有する。
【００５７】
このような構成のＣＭＯＳ撮像素子１２を備えたデジタルスチルカメラ１において、単位画素から出力された画素信号は、行単位で、垂直信号線を介して、アナログフロントエンド部１２ｂに供給される。アナログフロントエンド部１２ｂでは、ＣＤＳ処理やＡＧＣ処理がなされ、さらにＡＤ変換処理部でデジタルデータに変換される。このＡＤ変換処理部でデジタル化された画素データは、水平走査部からの水平選択信号により駆動される図示しない水平選択スイッチを介し水平信号線に伝達され、さらに出力回路に入力される。
【００５８】
このような構成によって、電荷生成部（検出部）としての受光素子（光電変換素子）が行列状に配された撮像部１２ａからは、行アドレスや行走査を制御する垂直走査部（行走査回路）からの駆動パルス（ＣＣＤの垂直転送クロックに相当）に基づいて、行ごとに各垂直列について画素信号が順次出力される。そして、受光素子（フォトダイオードなどの光電変換素子）が行列状に配された撮像部１２ａに対応する１枚分の画像すなわちフレーム画像が、撮像部１２ａ全体の画素信号の集合で示される。
【００５９】
また、このデジタルスチルカメラ１の処理系統は、大別して、光学系５、信号処理系６、記録系７、表示系８、および制御系９から構成されている。なお、カメラモジュール３および本体ユニット４が、図示しない外装ケースに収容されて、実際の製品（完成品）が仕上がるのはいうまでもない。
【００６０】
光学系５は、機械式のシャッタ５２、被写体の光画像を集光するレンズ５４、および光画像の光量を調整する絞り５６を有する撮像レンズ５０と、集光された光画像を光電変換して電気信号に変換するＣＭＯＳ撮像素子１２とから構成されている。被写体Ｚからの光Ｌ１は、シャッタ５２およびレンズ５４を透過し、絞り５６により調整されて、適度な明るさでＣＭＯＳ撮像素子１２に入射する。このとき、レンズ５４は、被写体Ｚからの光Ｌ１からなる映像が、ＣＭＯＳ撮像素子１２上で結像されるように焦点位置を調整する。
【００６１】
機械式のシャッタ５２が開くと、ＣＭＯＳ撮像素子１２の撮像部１２ａを構成する図示しない光電変換素子（たとえばフォトダイオード）に外光が照射され、閉じると光電変換素子へ照射される外光が遮られる。よって、機械式のシャッタ５２を開くことにより、光電変換素子の露光時間（電荷蓄積時間）を開始させ、シャッタ５２を閉じることにより、光電変換素子への露光時間を終了させることができる。
【００６２】
また、駆動制御部１２ｃからＣＭＯＳ撮像素子１２に電子シャッタ信号を印加することにより、光電変換素子内の電荷を基板に捨てることができる。すなわち、電子シャッタ信号によっても、光電変換素子の露光時間を制御することができる。機械式のシャッタ５２と電子シャッタとを併用すれば、露光時間の制御の自由度が大きくなる。
【００６３】
信号処理系６は、ＣＭＯＳ撮像素子１２からのアナログ撮像信号を増幅する増幅アンプや、増幅された撮像信号をサンプリングすることによってノイズを低減させるＣＤＳ処理部やＡＧＣアンプ部などを有するプリアンプ部、プリアンプ部が出力するアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換部、ＡＤ変換部から入力されるデジタル信号に所定の画像処理を施すＤＳＰ（Digital Signal Processor）で構成されたカメラ信号処理ＬＳＩ（Large Scale Integrated Circuit；大規模集積回路）としての画像信号処理部６６から構成される。
【００６４】
画像信号処理部６６は、たとえば、補色の撮像データから、赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の原色信号を分離・同時化する原色分離処理、周辺画素のデータを用いて画素を補う画素補間処理、スミア現象やブルーミング現象によって生じる縦縞のノイズ成分を補正する縦縞ノイズ補正処理、ホワイトバランス（ＷＢ；White Balance ）をとるホワイトバランス調整処理、階調度合いを調整するガンマ補正処理、光学的ズームレンズを使うのではなく、電子的にすなわち画像データ処理により画像を拡大もしくは縮小する解像度変換処理（すなわち電子ズーム処理）、あるいはマトリクス演算やエンコード処理を行なって輝度データ（Ｙ）や色データ（Ｃ）を生成するＹＣ信号生成処理などを行なう。
【００６５】
なお、ＡＧＣ処理、ホワイトバランス制御処理、あるいはガンマ補正処理など、信号レベルを大きくする処理を伴う画像信号処理に関わる本実施形態特有の構成部分については後で詳しく説明する。
【００６６】
このＤＳＰで構成される画像信号処理部６６は、各機能部分の全ての処理をそれぞれ専用のハードウェアによるデジタル処理回路で行なう構成とすることもできるし、これら機能部分の一部をソフトウェア処理で行なう構成とすることもできる。
【００６７】
ソフトウェアで所定の処理を行なう仕組みは、並列処理や連続処理に柔軟に対処し得るものの、処理が複雑になるに連れ、処理時間が長くなるため、処理速度の低下が問題となる。これに対して、ハードウェア処理回路で行なうことで、高速化を図ったアクセラレータシステムを構築することができるようになる。アクセラレータシステムは、処理が複雑であっても、処理速度の低下を防ぐことができ、高いスループットを得ることができる。
【００６８】
記録系７は、画像データを記憶するフラッシュメモリなどの装置に対して着脱可能なメモリ（記録媒体）７２と、画像信号処理部６６が処理した画像データを符号化（圧縮）してメモリ７２に記録し、また、読み出して復号（伸長）し画像信号処理部６６に供給するＣＯＤＥＣ（Compression/Decompression ）７４とから構成されている。
【００６９】
表示系８は、画像信号処理部６６が処理した画像信号をアナログ化するＤＡ（Digital/Analog）変換部８２、入力されるビデオ信号に対応する画像を表示することによりファインダとして機能する液晶（ＬＣＤ；Liquid Crystal Display）や有機ＥＬ（Electro Luminescence）などよりなるビデオモニタ８４、およびアナログ化された画像信号を後段のビデオモニタ８４に適合する形式のビデオ信号にエンコードするビデオエンコーダ８６から構成されている。なお、ＤＡ変換部８２とビデオエンコーダ８６との配置を逆にして、エンコード処理をデジタル処理で行なう構成とすることもできる。この場合、ビデオエンコーダ８６を画像信号処理部６６に取り込むこともできる。
【００７０】
制御系９は、先ず、固体撮像素子１０の一例であるＣＭＯＳ撮像素子１２を駆動する基準を定める水平同期信号ＳＨＤや垂直同期信号ＳＶＤなどの基準信号を生成する同期信号生成部４１と、デジタルスチルカメラ１の全体を制御するＣＰＵ（Central Processing Unit ）などよりなる中央制御部９２とを備えている。同期信号生成部４１は、中央制御部９２からの指示に基づき、所定周期の水平同期信号ＳＨＤや垂直同期信号ＳＶＤを生成して、固体撮像素子１０側の１２ｃに供給する。同期信号生成部４１と、中央制御部９２とにより、基準信号供給部やタイミング制御装置が構成される。
【００７１】
また制御系９は、読出専用の記憶部であるＲＯＭ（Read Only Memory）９３ａ、随時書込みおよび読出しが可能であるともに揮発性の記憶部の一例であるＲＡＭ（Random Access Memory）９３ｂ、不揮発性の記憶部の一例であるＲＡＭ（ＮＶＲＡＭと記述する）９３ｃ、白点位置情報や各種調整データなど装置個別のデータを格納する不揮発性の記憶部の一例であるＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable and Programmable ROM）９３ｄを有する記憶部（メモリ部）９３を備えている。なお、ＣＰＵなどからなる中央制御部９２やＥＥＰＲＯＭ９３ｄを除く記憶部９３の各種メモリはＤＳＰで構成された画像信号処理部６６に取り込むこともできる。
【００７２】
上記において“揮発性の記憶部”とは、デジタルスチルカメラ１の電源がオフされた場合には、記憶内容を消滅してしまう形態の記憶部を意味する。一方、“不揮発性の記憶部”とは、デジタルスチルカメラ１のメイン電源がオフされた場合でも、記憶内容を保持し続ける形態の記憶部を意味する。記憶内容を保持し続けることができるものであればよく、半導体製のメモリ素子自体が不揮発性を有するものに限らず、バックアップ電源を備えることで、揮発性のメモリ素子を“不揮発性”を呈するように構成するものであってもよい。なお、特殊用途として、半導体製のメモリ素子により構成することに限らず、外付けの駆動装置を利用することで、磁気ディスクや光ディスクなどの外部媒体を利用して構成してもよい。
【００７３】
このような電子計算機のように構成されるデジタルスチルカメラ１においては、一連の処理をソフトウェアにより実行させる場合には、そのソフトウェアを構成するプログラムが、記録媒体（本例ではＲＯＭ９３ａ）からインストールされる。このソフトウェアの中には、コンピュータ上で稼働するＯＳ（オペレーティングシステム；基本ソフト）も含まれる。
【００７４】
なお、所定の処理を中央制御部９２に実行させるプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭやフラッシュメモリなどの不揮発性の半導体メモリカードなど、任意の可搬型の記憶媒体を通じて配布（取得や更新）されてもよいし、あるいは、サーバなどからインターネットなどのネットワークを経由してプログラムをダウンロードして取得したり、あるいは更新したりしてもよい。
【００７５】
中央制御部９２は、半導体メモリなどで構成された記憶部９３のＲＯＭ９３ａに記憶されている制御用プログラムを読み出し、読み出した制御用プログラム、あるいはユーザからのコマンドなどに基づいてデジタルスチルカメラ１の全体の動作や信号処理を制御する。ＣＰＵやメモリを利用してソフトウェア的にデジタルスチルカメラ１を構成する、すなわちパーソナルコンピュータなどのコンピュータ（電子計算機）の機能を利用してデジタルスチルカメラ１をソフトウェア的に機能させる構成が実現される。
【００７６】
このような構成において、中央制御部９２は、システムバス９９を介してシステム全体の制御を行なう。ＲＯＭ９３ａは、中央制御部９２の制御プログラムなど装置共通のデータを格納する。ＲＡＭ９３ｂは、ＳＲＡＭ（Static Random Access Memory ）などで構成され、プログラム制御変数や各種処理のためのデータなどを格納する。また、ＲＡＭ９３ｂは、固体撮像素子１０で読み取った画像データや、所定のアプリケーションプログラムによって編集した画像データやメモリ７２から読み取った画像データなどを一時的に格納する領域を含んでいる。
【００７７】
また制御系９は、画像信号処理部６６に送られた画像の明るさが適度な明るさを保つようにシャッタ５２や絞り５６を制御する露出コントローラ９４、ＣＭＯＳ撮像素子１２から画像信号処理部６６までの各機能部の動作タイミングを制御する駆動信号操作部（タイミングジェネレータ；ＴＧ）を具備した駆動制御部１２ｃ、ユーザがシャッタタイミングやズーム操作あるいはその他のコマンドを入力するキーやスイッチなどからなる操作部９８を有して構成されている。
【００７８】
中央制御部９２は、デジタルスチルカメラ１のシステムバス９９に接続された画像信号処理部６６、ＣＯＤＥＣ７４、メモリ７２、露出コントローラ９４、および駆動信号操作部を制御している。
【００７９】
このデジタルスチルカメラ１では、オートフォーカス（ＡＦ）、自動ゲイン調整、オートホワイトバランス（ＡＷＢ）、自動露光（ＡＥ）、ガンマ調整などの自動制御機構を備えている。これらの制御は、ＣＭＯＳ撮像素子１２から得られる出力信号を使用して、処理する。たとえば、露出コントローラ９４は、画像信号処理部６６に送られた画像の明るさが適度な明るさを保つようにその制御値が中央制御部９２により設定され、その制御値に従って絞り５６を制御する。具体的には、中央制御部９２が画像信号処理部６６に保持されている画像から適当な個数の輝度値のサンプルを獲得し、その平均値が予め定められた適当とされる輝度の範囲に収まるように絞り５６の制御値を設定する。
【００８０】
また、本実施形態特有の機能として、ＡＧＣ処理、ホワイトバランス制御処理、あるいはガンマ補正処理など、信号レベルを大きくする処理を伴う画像信号処理を実行するに際しては、先ず信号の本取得に先立つ先行取得モード時に、これらの処理機能を検出時間（露光・蓄積時間）の制御により実行するべく、信号レベルを大きくするためのゲイン値に対応する検出時間を画素ごとに算出する。この後、信号の本取得を行なう本取得モード時には、算出した個別の検出時間に基づいてそれぞれの画素の検出時間を制御する。この点に関しては後で詳しく説明する。
【００８１】
駆動制御部１２ｃの駆動信号操作部は中央制御部９２により制御され、ＣＭＯＳ撮像素子１２の撮像部１２ａやアナログフロントエンド部１２ｂ（プリアンプ部やＡＤ変換部）、あるいは画像信号処理部６６の動作に必要とされるタイミングパルスを発生し、各部に供給する。操作部９８は、ユーザが、デジタルスチルカメラ１を動作させるとき操作される。
【００８２】
このようなＣＭＯＳ撮像素子１２を備えたデジタルスチルカメラ１の一連の動作を概説すれば以下の通りである。先ず、駆動制御部１２ｃの駆動信号操作部は、所定電圧レベルのドライブパルスを生成して、撮像部１２ａやアナログフロントエンド部１２ｂなどの所定端子に入力する。
【００８３】
被写体Ｚを撮像する際に、撮像レンズ５０（シャッタ５２およびレンズ５４）を介してＣＭＯＳ撮像素子１２の受光面に結像された被写体Ｚの光学像は、フォトダイオードなどからなる各センサ部で光の入射光量に応じた量の信号電荷に変換される。
【００８４】
撮像部１２ａは、センサ部の出力側にて、信号電荷を図示しないフローティングディフュージョンに蓄積し、この蓄積した信号電荷を信号電圧に変換し、たとえば図示しないソースフォロア構成の出力回路を介して、駆動信号操作部から発せられた駆動パルスの制御の元に撮像信号（ＣＣＤ出力信号）Ｖout として出力する。
【００８５】
ＣＭＯＳ撮像素子１２から順次読み出された電圧信号、すなわち画素に対応するＲ，Ｇ，Ｂの各画素信号は、駆動信号操作部からの各サンプルパルスなどに基づき、アナログフロントエンド部１２ｂにおいて、プリアンプ部にてＣＤＳ処理などが施され、ＡＤ変換部にてデジタルのＲ,Ｇ，Ｂの各画素データに変換された後、一旦、記憶部９３のＲＡＭ９３ｂに格納される。
【００８６】
ＲＡＭ９３ｂに格納されたＲ，Ｇ，Ｂの各画素データは、画像信号処理部６６にて、同時化処理やガンマ補正処理などが施された後、輝度データＹと色（クロマ）データＵ，Ｖ（あるいはＣｒ，Ｃｂ）（纏めてＹＣデータともいう）に変換され、記憶部９３のＲＡＭ９３ｂに一旦格納される。
【００８７】
表示系８では、ＲＡＭ９３ｂに格納したＹＣデータを読み出し、液晶などからなるビデオモニタ８４に出力することにより、スルー画像や撮影された静止画などを表示させることができる。
【００８８】
また、撮影後のＹＣデータは、圧縮／伸長機能を持つＣＯＤＥＣ７４によって、ＪＰＥＧ（Joint Photographic Experts Group）などの所定のフォーマットに圧縮されたのち、メモリ７２などの記録媒体に記録される。さらに、再生モード時にはメモリ７２などに記録されている画像データがＣＯＤＥＣ７４によって伸長処理された後、ビデオモニタ８４に出力され、再生画像が表示される。
【００８９】
＜ＣＭＯＳ撮像素子の構成例＞
図２は、固体撮像素子１０の一例であるＣＭＯＳ撮像素子１２の概略構成図である。なお、以下においては、ＣＭＯＳ撮像素子は、全ての画素がＮＭＯＳよりなるものであるとして説明する。ただしこれは一例であって、対象となるデバイスはＮＭＯＳ型の撮像デバイスに限らない。光や放射線などの外部から入力される電磁波に対して感応性をする単位構成要素をライン状もしくはマトリクス状に複数個配列してなる物理量分布検知用の半導体装置の全てに、後述する実施形態が同様に適用できる。
【００９０】
ＣＭＯＳ撮像素子１２は、入射光量に応じた信号を出力する図示しない検出部としての受光素子（フォトダイオードなどの光電変換素子）を含む単位画素が行および列の正方格子状に配列された（すなわち２次元マトリクス状の）撮像部を有し、各単位画素からの信号出力が電圧信号であって、ＣＤＳ(Correlated Double Sampling ；相関２重サンプリング）処理機能部やその他の機能部が垂直列ごとに設けられたカラム型のものである。
【００９１】
すなわち、図２に示すように、ＣＭＯＳ撮像素子１２は、複数の単位画素４０３（単位構成要素の一例）が行および列に（２次元行列状に）多数配列された撮像部（画素部）４１０（図１の撮像部１２ａに相当）、いわゆるエリアセンサと、撮像部４１０の外側に設けられた駆動制御部４０７（図１の駆動制御部１２ｃに相当）と、各垂直列に配されたカラム信号処理部（図ではカラムＡＤと記す）４２２を有するカラム処理部４２０（図１のアナログフロントエンド部１２ｂに相当）とを備えている。
【００９２】
駆動制御部４０７としては、たとえば水平走査部４１２と垂直走査部４１４とを備える。また、駆動制御部４０７の他の構成要素として、水平走査部４１２、垂直走査部４１４、あるいはカラム処理部４２０などのＣＭＯＳ撮像素子１２の各機能部に所定タイミングの制御パルスを供給する駆動信号操作部（読出アドレス制御装置の一例）４１６が設けられている。
【００９３】
これらの駆動制御部４０７の各要素は、撮像部４１０とともに、半導体集積回路製造技術と同様の技術を用いて単結晶シリコンなどの半導体領域に一体的に形成され、半導体システムの一例である固体撮像素子（撮像デバイス）として構成される。
【００９４】
図２では、簡単のため行および列の一部を省略して示しているが、現実には、撮像部４１０の各行や各列には、数十から数千の単位画素４０３が配置される。なお、図示を割愛するが、撮像部４１０には、各画素に所定のカラーコーディングを持つ色分離フィルタが形成される。また図示を割愛するが、撮像部４１０の各画素は、フォトダイオードなどの光電変換素子およびトランジスタ回路によって構成されている（後述する図４を参照）。
【００９５】
カラム処理部４２０と水平走査部４１２との間の信号経路上には、各垂直信号線４１８に対してドレイン端子が接続された図示しない負荷ＭＯＳトランジスタを含む負荷トランジスタ部が配され（後述する図４を参照）、各負荷ＭＯＳトランジスタを駆動制御する負荷制御部（負荷ＭＯＳコントローラ）が設けられている。
【００９６】
単位画素４０３は、垂直列選択のための垂直制御線４１５を介して垂直走査部４１４と、電子シャッタ制御のためのシャッタ制御線４１５ｓを介してシャッタ制御部４１４ａと、垂直信号線４１８を介してカラム処理部４２０と、それぞれ接続されている。水平走査部４１２や垂直走査部４１４は、たとえばシフトレジスタを有して構成され、駆動信号操作部４１６から与えられる駆動パルスに応答してシフト動作（走査）を開始するようになっている。垂直制御線４１５には、単位画素４０３を行単位で駆動するための種々のパルス信号が含まれる。
【００９７】
水平走査部４１２は、カラム信号処理部４２２から画素データを読み出す読出走査部の機能を持つ。たとえば、水平走査部４１２は、低速クロックに同期してカラム処理部４２０のカラム信号処理部４２２を順番に選択し、その信号を水平信号線（水平出力線）に導く。たとえば、水平方向の読出列（水平方向のアドレス）を規定する水平アドレス設定部４１２ａと、水平アドレス設定部４１２ａにて規定された読出アドレスに従って、カラム信号処理部４２２の各画素データを水平信号線４２８に導く水平駆動部４１２ｂとを有する。
【００９８】
水平アドレス設定部４１２ａは、図示を割愛するが、シフトレジスタあるいはデコーダを有して構成されており、カラム信号処理部４２２からの画素データを順に選択し、その選択した画素データを水平信号線４２８に出力する選択手段としての機能を持つ。なお、水平信号線４２８は、たとえばカラム信号処理部４２２のＡＤ変換機能が取り扱うビット数ｎ（ｎは正の整数）分、たとえば１０（＝ｎ）ビットならば、そのビット数分に対応して１０本配置される。
【００９９】
垂直走査部４１４は、撮像部４１０の行を選択し、その行に必要な制御パルス（ラインシフトパルス）を供給する。たとえば、通常の読出動作における垂直方向の読出行を規定する駆動パルスを生成する垂直アドレス設定部４１４ａと、垂直アドレス設定部４１４ａにて規定された読出アドレス上（行方向）の単位画素に対する行制御線に駆動パルスを供給して単位画素４０３を駆動する垂直駆動部４１４ｂとを有する。垂直アドレス設定部４１４ａと垂直駆動部４１４ｂとで、通常の読出動作をするための駆動信号を単位画素４０３に供給する通常読出制御部が構成される。
【０１００】
垂直アドレス設定部４１４ａは、図示を割愛するが、信号を読み出す行の基本的な制御を行なう垂直シフトレジスタあるいはデコーダを有する。垂直シフトレジスタあるいはデコーダは、撮像部４１０から画素情報を読み出すに当たって各画素を行単位で選択するためのものであり、各行の垂直駆動部４１４ｂとともに信号出力行選択手段を構成する。
【０１０１】
なお、一般的には、垂直アドレス設定部４１４ａは、信号を読み出す行の他に、電子シャッタ制御も行単位で行なうように構成することも可能であるが、本実施形態での電子シャッタ制御は、通常のＣＭＯＳセンサとは異なり、行単位ではなく画素単位で制御する。このため、本実施形態においては、垂直走査部４１４は、画素単位で電子シャッタ制御を行なうべく、垂直アドレス設定部４１４ａとは別に専用のシャッタタイミング制御部４１４ｃを備えている。シャッタタイミング制御部４１４ｃと垂直駆動部４１４ｂとで、電子シャッタ機能を実現するための駆動パルスを単位画素４０３に画素ごとに供給するシャッタ制御部が構成される。
【０１０２】
シャッタタイミング制御部４１４ｃは、電子シャッタ動作を行なうに当たって画素単位でシャッタ画素を選択するためのものであり、各行の垂直駆動部４１４ｂとともに電子シャッタ画素選択手段を構成する。シャッタタイミング制御部４１４ｃは、電子シャッタ用の駆動時には、垂直アドレス設定部４１４ａにおける通常動作時と同様に単位画素の行選択をするとともに列選択も行なうことでシャッタ画素位置を設定し、通常通りに垂直アドレス設定部４１４ａにて選択される読出行との間でシャッタ画素の時間間隔を調節することにより、撮像部４１０の光電変換素子（検出部）への露光時間（蓄積時間）を画素単位で調節する（詳細は後述する）。
【０１０３】
なお、垂直列や水平列ごとの駆動が可能である限り、垂直走査部４１４から撮像部４１０に供給される各パルス信号を単位画素４０３に対して水平行方向および垂直列方向の何れに配するか、すなわちパルス信号を印加するための駆動クロック線の物理的な配線方法は自由である。
【０１０４】
駆動信号操作部４１６は、図示しないが、各部の動作に必要なクロックや所定タイミングのパルス信号を供給するタイミングジェネレータＴＧ（読出アドレス制御装置の一例）の機能ブロックと、端子４０１ａを介して入力クロックCLK0や動作モードなどを指令するデータを受け取り、また端子４０１ｂを介してＣＭＯＳ撮像素子１２の情報を含むデータDATAを出力する通信インタフェースの機能ブロックとを備える。また、水平アドレス信号を水平アドレス設定部４１２ａへ、また垂直アドレス信号を垂直アドレス設定部４１４ａへ出力し、各アドレス設定部４１２ａ，４１４ａは、それを受けて対応する行もしくは列を選択する。
【０１０５】
なお、駆動信号操作部４１６は、撮像部４１０や水平走査部４１２など、他の機能要素とは独立して、別の半導体集積回路として提供されてもよい。この場合、撮像部４１０や水平走査部４１２などから成る撮像デバイスと駆動信号操作部４１６とにより、半導体システムの一例である撮像装置が構築される。この撮像装置は、周辺の信号処理回路や電源回路なども組み込まれた撮像モジュールとして提供されてもよい。
【０１０６】
アナログフロントエンド部１２ｂとしてのカラム処理部４２０は、垂直列ごとにカラム信号処理部４２２を有して構成されており、１行分の画素の信号を受けて、その信号を処理する。それぞれのカラム信号処理部４２２は、一例として、信号転送スイッチと蓄積容量とが設けられる。また、カラム処理部４２０は、ＣＤＳ(Correlated Double Sampling ；相関２重サンプリング）処理を利用したノイズ除去手段の機能を備え、駆動信号操作部４１６から与えられるサンプルパルスＳＨＰとサンプルパルスＳＨＤといった２つのサンプルパルスに基づいて、垂直信号線４１８を介して入力された電圧モードの画素情報に対して、画素リセット直後の信号レベル（ノイズレベル；０レベル）と真の信号レベルとの差分をとる処理を行なうことで、画素ごとの固定ばらつきによる固定パターンノイズ（ＦＰＮ；Fixed Pattern Noise ）やリセットノイズといわれるノイズ信号成分を取り除く。
【０１０７】
また、カラム処理部４２０は、ＣＤＳ処理機能部の後段に、信号増幅機能を持つＡＧＣ(Auto Gain Control) 処理部やＡＤＣ(Analog Digital Converter)処理部などをカラム（列）ごとすなわちカラム信号処理部４２２ごとに備えている。
【０１０８】
ＡＤ変換処理部の構成については、詳細は説明を割愛するが、一例としては、コンパレータ（電圧比較器）にランプ状の参照信号（参照電圧）を供給すると同時にクロック信号でのカウント（計数）を開始し、垂直信号線を介して入力されたアナログの画素信号を参照信号と比較することによってパルス信号が得られるまでカウントすることでＡＤ変換を行なう。
【０１０９】
また、この際、回路構成を工夫することで、ＡＤ変換とともにＣＤＳ処理を行なうこともでき、垂直信号線を介して入力された電圧モードの画素信号に対して、画素リセット直後の信号レベル（ノイズレベル）と真の（受光光量に応じた）信号レベルとの差分をとる処理を行なうことができる。これにより、固定パターンノイズ（ＦＰＮ）やリセットノイズといわれるノイズ信号成分を取り除くことができる。
【０１１０】
カラム処理部４２０により処理された画素情報を示す電圧信号は、水平走査部４１２からの水平選択信号により駆動される図示しない水平選択スイッチを介して所定のタイミングで読み出されて水平信号線４２８に伝達されて、水平信号線４２８の後端に接続された出力回路４２９に入力される。
【０１１１】
出力回路４２９は、撮像部４１０から水平信号線４２８を通して出力される各画素のデータを、図示しない外部回路（図１の画像信号処理部６６に相当）に出力端子４０１ｃを介して供給する。この出力回路４２９は、たとえば、バッファリングだけする場合もあるし、その前に黒レベル調整、列ばらつき補正、色関係処理などを行なうこともある。
【０１１２】
つまり、本実施形態のカラム型のＣＭＯＳ撮像素子１２においては、単位画素４０３からの出力信号（電圧信号）が、垂直信号線４１８→カラム処理部４２０→水平信号線４２８→出力回路４２９の順で出力される。その駆動は、１行分の画素出力信号は垂直信号線４１８を介してパラレルにカラム処理部４２０に送り、ＣＤＳ処理・ＡＧＣ処理・ＡＤ変換後の画素データ（撮像データＤ０）が水平信号線４２８を介してシリアルに出力されるようにする。
【０１１３】
なお、上記では、カラム信号処理部４２２にてＣＤＳ処理・ＡＧＣ処理・ＡＤ変換を行なう例を示したが、たとえばカラム信号処理部４２２にてはＣＤＳ処理のみを行ないアナログの画素信号として水平信号線４２８に送り、さらに図中点線で示すように、たとえばＡＧＣ部５０２やＡＤ変換部５０４や図示しないデジタルアンプ部などの機能要素を、出力回路４２９の後段かつチップ内に内蔵するように構成し、出力端子４０１ｄから撮像データＤ０を出力するように構成してもよい。
【０１１４】
＜電子シャッタ機能について＞
図３は、本実施形態で用いる電子シャッタ機能を説明する図である。先にも述べたように、本実施形態においては、撮像部４１０の光電変換素子（検出部）への露光時間（蓄積時間）を画素単位で調節する。
【０１１５】
垂直走査部４１４は、シャッタ画素位置を指定するアドレス情報（具体的には駆動パルスとしての転送ゲートパルスＴＧｖ，ＴＧｈ）を生成する機能要素として、垂直アドレス設定部４１４ａとは別に、シャッタ対象の単位画素（シャッタ画素）の行アドレスを指定する垂直シャッタタイミング制御部４１４ｃｖと、シャッタ対象の単位画素の列アドレスを指定する水平シャッタタイミング制御部４１４ｃｈとを有するシャッタタイミング制御部４１４ｃを備えている。
【０１１６】
垂直シャッタタイミング制御部４１４ｃｖからは、行アドレスを指定する駆動パルスφＴＧｖが同一行の全単位画素４０３に供給され、水平シャッタタイミング制御部４１４ｃｈからは、列アドレスを指定する駆動パルスφＴＧｈが同一列の全単位画素４０３に供給されるように２次元マトリクス配線構成を採用する。これにより、両駆動パルスφＴＧｖ，φＴＧｈで指定された行および列の単位画素４０３がシャッタ画素として指定される。
【０１１７】
固体撮像素子１０としてＣＭＯＳ撮像素子１２を用いた場合、一般的には、その基本的な動作方式から、信号を出力した画素はその時点から再び光電変換して得た信号電荷の蓄積を開始する。このため、撮像面の走査タイミングにしたがって蓄積の期間がずれ、つまり走査線ごとに走査する時間だけ蓄積期間がずれ、いわゆるライン露光（Line Exposure）となる。ＣＣＤ型とは異なり、同じ期間中に光電変換素子に入射した光を信号電荷として蓄積し、全画素から同時に垂直ＣＣＤに読み出すことで蓄積の同時性を満たすグローバル露光（Global Exposure）とはなっていない。
【０１１８】
ここで、たとえば、図３に示すように、撮像領域（撮像部１２ａ，４１０）において、読出行ｎとシャッタ行ｎｓ（ｎｓ１，ｎｓ２，…，ｎｓｖ）とをΔｓ（Δｓ１，Δｓ２，…，Δｓｖ）行だけ離す場合を考える。
【０１１９】
電子シャッタの指示を受けた複数行ｎｓ１，ｎｓ２，…，ｎｓｖの対象列の画素がリセットされてから再び信号電荷の蓄積を開始するので、たとえば撮像面の走査方向が上から下になっている場合、行ｎと行ｎ＋Δｓの時間差はフレームレートと走査線数との間で所定の関係を持ち、読出行ｎとシャッタ行ｎｓの間隔を調整することで、ＣＭＯＳ撮像素子１２から読み出される信号の蓄積時間を、ライン周期（１水平走査期間）を調整単位として変えることができる。
【０１２０】
ここで、従来のＣＭＯＳセンサでは、シャッタ行ｎｓを１つとすることで、電子シャッタ制御を行単位で行なうようにするが、本実施形態では、シャッタタイミング制御部４１４ｃにてシャッタ行ｎｓをｎｓ１，ｎｓ２，…，ｎｓｖというように必要な分だけ設定にする。このとき、各列において、１つの単位画素４０３がシャッタ画素となるが、蓄積時間を同じにする単位画素４０３は、シャッタ行の位置が同じになる。
【０１２１】
垂直アドレス設定部４１４ａで設定されたある時点の読出行ｎに対して、シャッタタイミング制御部４１４ｃにて、全列（Ｈ１，Ｈ２，…，Ｈｈ）の画素に関して、読出行ｎを除く何れかの行位置、すなわちΔｓ（Δｓ１，Δｓ２，…，Δｓｖ）行だけ離れた位置（時点）においてシャッタ行ｎｓを設定して画素をリセットする。このリセット動作は、シャッタタイミング以前に光電変換素子に蓄積された電荷を掃き捨てることで実現でき、ＣＭＯＳ撮像素子１２の場合、転送ゲートをオンさせることで実現できる（詳細は後述する）。
【０１２２】
シャッタ行ｎｓ１，ｎｓ２，…，ｎｓｖの画素が垂直アドレス設定部４１４ａによって次に読出行ｎに設定されるまでの時間が蓄積時間となる、すなわち読出行ｎとシャッタ行ｎｓ１，ｎｓ２，…，ｎｓｖとの時間間隔が蓄積時間となる。こうすることで、結果的には、画素ごとに蓄積時間を制御できるようになる。
【０１２３】
ＣＭＯＳ撮像素子１２が持つライン露光の特質を利用して、電子シャッタ用の駆動パルスφＴＧｖ，φＴＧｈを各単位画素４０３に個別に供給することで、読出行ｎとシャッタ行ｎ＋Δｓの時間差を、各列それぞれ１つの単位画素４０３に設定することができ、簡単に、画素ごとに蓄積時間を制御できる。同一行について共通に駆動パルスφＴＧｖを、また同一列について共通に駆動パルスφＴＧｈを供給することができ、各単位画素４０３に対する駆動パルスφＴＧｖ，φＴＧｈ用の配線数が少なくてもよく、この点は、グローバル露光となるＣＣＤ型とは大きく異なるところである。
【０１２４】
なお、図３では、１フィールド内で露光時間を調整する例を示したが、複数フィールドを利用して露光時間を調整するようにすることもできる。この場合、行それぞれ、通常は１フィールド（１／６０秒程度）で１回の読出しを行なうので、たとえば、Ｒ，Ｇ，Ｂのカラー画素の内でホワイトバランスゲインに見合った露光時間が最短となるカラー画素に関しては露光時間を無調整にし（ホワイトバランスゲインを１にすることと等価）、残りのカラー画素についてのみ、ホワイトバランスゲインに見合った露光時間となるように、より長い時間に調整（ホワイトバランスゲインを１よりも大きくすることと等価）すればよい。
【０１２５】
＜単位画素の回路構成例と駆動回路との関係＞
図４は、単位画素４０３の一構成例と、単位画素４０３を駆動する電子シャッタ機能に関わる駆動回路（図２の垂直走査部４１４、特にシャッタタイミング制御部４１４ｃ）との関係を説明する図である。単位画素４０３は、寄生容量を持った拡散層を主要部に持つフローティングディフュージョン（ＦＤＡ；Floating Diffusion）４３８を電荷蓄積部として利用する構成を採りつつ、単位画素に４つのトランジスタ（TRansistor）を有する４トランジスタ型画素構成（以下４ＴＲ構成という）のものとなっている。
【０１２６】
図示するように、単位画素４０３は、光を電荷に変換する光電変換機能とともに、その電荷を蓄積する電荷蓄積機能の各機能を兼ね備えた電荷生成部４３２と、電荷生成部４３２に対して、電荷転送部（電荷読出部／転送ゲート部／読出ゲート部）の一例である読出選択用トランジスタ４３４、リセットゲート部の一例であるリセットトランジスタ４３６、垂直選択用トランジスタ４４０、およびフローティングディフュージョン４３８の電位変化を検出する検知素子の一例であるソースフォロア構成の増幅用トランジスタ４４２を有する。
【０１２７】
単位画素４０３を構成する増幅用トランジスタ４４２は各垂直信号線４５３（図２の垂直信号線４１８に相当）に接続されており、また垂直信号線４５３は垂直列ごとに定電流源Ｉｎをなす負荷ＭＯＳトランジスタ４２７のドレインに接続され、また各負荷ＭＯＳトランジスタ４２７のゲート端子には、一定バイアスとして、図示しない負荷制御部からの負荷制御信号Loadが共通に入力されており、信号読出し時には、各増幅用トランジスタ４４２に接続された負荷ＭＯＳトランジスタ４２７によって、予め決められた定電流を流し続けるようになっている。つまり、負荷ＭＯＳトランジスタ４２７は、そのゲートが一定電位でバイアスされ、選択行の増幅用トランジスタ４４２とソースフォロアを組むことで、垂直信号線４５３への信号出力をさせる。
【０１２８】
横方向配線は概ね同一行の画素について共通となっており、電子シャッタ制御を伴わない通常駆動時には、垂直走査部４１４の垂直駆動部４１４ｂによって同一行の全単位画素４０３が同時に駆動制御される。たとえば、垂直駆動部４１４ｂ内には、転送駆動バッファ４５２、リセット駆動バッファ４５４、および選択駆動バッファ４５６が収容されている。
【０１２９】
読出選択用トランジスタ４３４は、転送配線（読出選択線）４５５を介して転送駆動バッファ４５２により駆動されるようになっている。リセットトランジスタ４３６は、リセット配線４５６を介してリセット駆動バッファ４５４により駆動されるようになっている。垂直選択用トランジスタ４４０は、垂直選択線４５２を介して選択駆動バッファ４５６により駆動される。
【０１３０】
また、本実施形態特有の構成要素として、垂直走査部４１４からは、少なくとも露光時間調整用の転送ゲートパルスが行ごとではなく画素ごとに転送駆動バッファ４５２に向けて供給されるようにする。必要に応じて、リセットトランジスタ４３６に向けて露光時間調整用のリセットゲートパルスＲＧが画素ごとに供給されるようにすることもできる。
【０１３１】
たとえば、垂直走査部４１４は、通常走査に関わる読出行を設定する垂直アドレス設定部（通常走査）４１４ａの他に、蓄積時間（露光時間）を画素ごとに制御する専用の機能部として、垂直アドレス設定部４１４ａにおける通常動作時と同様にシャッタ対象の単位画素（シャッタ画素）の行選択をするための転送ゲートパルスＴＧｖを出力する垂直シャッタタイミング制御部４１４ｃｖと、シャッタ対象の単位画素の水平方向（列）の位置の選択を行なうための転送ゲートパルスＴＧｈを出力する水平シャッタタイミング制御部４１４ｃｈとを有し、通常の読出行とシャッタ画素との行間隔（すなわちシャッタ画素の行位置）を指定しつつ、シャッタ画素のカラム位置を指定するシャッタタイミング制御部４１４ｃを備えている。
【０１３２】
水平シャッタタイミング制御部４１４ｃｈは、垂直アドレス設定部４１４ａが通常の読出行を指示する際には、１行分の全単位画素４０３が同時に動作するように、転送ゲートパルスＴＧｈをアクティブにする。
【０１３３】
また、このシャッタタイミング制御部４１４ｃの構成に応じて、垂直駆動部４１４ｂは、少なくとも転送駆動バッファ４５２に関しては、通常の読出行およびシャッタ画素の選択行に関して読出選択用トランジスタ４３４を駆動する転送駆動バッファ４５２ｖと、シャッタ画素のカラム位置に関して読出選択用トランジスタ４３４を駆動する転送駆動バッファ４５２ｈとを有している。
【０１３４】
転送駆動バッファ４５２ｖは、垂直アドレス設定部４１４ａからの通常の読出行を指定する読出パルス（転送ゲートパルス）ＴＧと、垂直シャッタタイミング制御部４１４ｃｖからのシャッタ画素の行を指定する転送ゲートパルスＴＧｖに対して論理和回路を構成して動作するようになっている。
【０１３５】
また、単位画素４０３は、各転送駆動バッファ４５２ｖ，４５２ｈからの駆動パルスＴＧｖ，ＴＧｈを受けて垂直および水平の各方向のシャッタ画素の読出選択用トランジスタ４３４のゲートに駆動パルスを供給するスイッチ部４３９を画素ごとに備えている。
【０１３６】
スイッチ部４３９は、垂直アドレス設定部４１４ａからの通常の読出行を指定する読出パルス（転送ゲートパルス）ＴＧや垂直シャッタタイミング制御部４１４ｃｖからのシャッタ画素の行を指定する転送ゲートパルスＴＧｖと、水平シャッタタイミング制御部４１４ｃｈからのカラム位置（特にシャッタ画素のもの）を指定する転送ゲートパルスＴＧｈに対して論理積回路を構成して動作するようになっている。ここで“特にシャッタ画素のもの”と言ったのは、実質的な論理積の効果は、シャッタ画素の行位置と列位置とを指定することにあるからである。
【０１３７】
また、単位画素４０３は、増幅用トランジスタ４４２や電荷蓄積部の機能を備えた電荷注入部の一例であるフローティングディフュージョン４３８からなるＦＤＡ（Floating Diffusion Amp）構成の画素信号生成部４０５を有するものとなっている。画素信号生成部４０５は、単位信号としての画素信号を生成する単位信号生成部の一例である。フローティングディフュージョン４３８は寄生容量を持った拡散層を主要部に持つ。
【０１３８】
画素信号生成部４０５におけるリセットトランジスタ４３６は、ソースがフローティングディフュージョン４３８に、ドレインが電源ＶＤＤにそれぞれ接続され、ゲート（リセットゲートＲＧ）にはリセットパルスＲＳＴがリセット駆動バッファ４５４から入力される。
【０１３９】
ここで、この単位画素４０３は、増幅用トランジスタ４４２と直列に挿入された選択用トランジスタを含んで画素を選択する４ＴＲ構成の画素であるが、増幅用トランジスタ４４２と垂直選択用トランジスタ４４０のうち、垂直選択用トランジスタ４４０の方が垂直信号線４５３側にあるタイプである。
【０１４０】
すなわち、増幅用トランジスタ４４２は、ドレインが電源ＶＤＤ（たとえば２．５Ｖ）に、ソースが垂直選択用トランジスタ４４０のドレインにそれぞれ接続され、ゲートがフローティングディフュージョン４３８に接続されている。垂直選択用トランジスタ４４０は、ゲート（特に垂直選択ゲートＳＥＬＶという）が垂直選択線４５２に接続され、ソースは画素線４５１を介して垂直信号線４５３に接続されている。垂直選択線４５２には、選択駆動バッファ４５６から垂直選択信号が印加される。
【０１４１】
このような構成では、フローティングディフュージョン４３８は増幅用トランジスタ４４２のゲートに接続されているので、増幅用トランジスタ４４２はフローティングディフュージョン４３８の電位（以下ＦＤ電位という）に対応した信号を、画素線４５１を介して垂直信号線４５３に出力する。
【０１４２】
リセットトランジスタ４３６は、フローティングディフュージョン４３８をリセットする。読出選択用トランジスタ（転送トランジスタ）ｓｖは、電荷生成部４３２にて生成された信号電荷をフローティングディフュージョン４３８に転送する。垂直信号線４５３には多数の画素が接続されているが、画素を選択するのには、選択画素のみ垂直選択用トランジスタ４４０をオンする。すると同一行の選択画素のみが垂直信号線４５３と接続され、垂直信号線４５３には、同一行の選択画素の信号が同時に出力される。
【０１４３】
なお、図示を割愛するが、増幅用トランジスタ４４２と垂直選択用トランジスタ４４０のうち、増幅用トランジスタ４４２の方が垂直信号線４５３側にあるタイプのものとすることもできる。
【０１４４】
ここで、本実施形態においては、電荷蓄積時間を画素ごとに制御するシャッタタイミング制御部４１４ｃは、転送駆動バッファ４５２および転送配線（読出選択線）４５５を介して、所定行上の所定カラム位置の単位画素４０３の読出選択用トランジスタ４３４を制御する。読出行の制御は行単位の制御となるが、シャッタ画素は、行位置だけでなく水平（列；カラム）位置の制御も実行可能であるので、露光時間が画素ごとに制御できる。
【０１４５】
蓄積時間を制御するシャッタタイミング制御部４１４ｃと、通常読出しのアドレス位置（行）を制御する垂直アドレス設定部４１４ａとで、担当する行を分けて蓄積時間を制御するようにしている。垂直列方向を露光時間設定に使い、読出行上の複数の画素において、一方の画素は長時間蓄積に割り当て、他方の画素は短時間蓄積に割り当てるようにすることができる。
【０１４６】
こうすることで、画素ごとに蓄積時間を自由に設定できるようになるので、短時間蓄積側も蓄積時間に自由度が生まれる。これにより、電荷蓄積時間の設定の自由度が大幅に広がるので、使い勝手がよくなる。ただし、図３にて説明したように、露光・蓄積期間（シャッタ期間）の制御はライン周期を１調整単位として行なうことになる。
【０１４７】
また、このような蓄積時間設定を、垂直アドレス設定部４１４ａだけで行なうのではなく、電子シャッタ専用のシャッタタイミング制御部４１４ｃを設けて蓄積時間を制御するようにしているので、その制御が容易になる。
【０１４８】
なお、行単位での露光時間制御を行なうのではなく、たとえば同一水平期間内で、長時間蓄積側の画素信号の読み出しを行なった後に、短時間蓄積を行ない、直ぐにその短時間蓄積側の画素信号の読み出しを行なうようにすることもできる。ただしこの場合、短時間蓄積側は、１水平期間（たとえば６４マイクロ秒）以下の蓄積時間となるので、短時間側の蓄積時間の設定に自由度がない。
【０１４９】
＜単位画素の駆動方法＞
図５および図６は、図４に示した単位画素４０３を駆動して画素信号（単位画素４０３から出力される単位信号）を取得する手法を説明するタイミングチャートである。特に、電子シャッタに関して、ライン周期を１調整単位として電子シャッタによる露光時間制御を行なう場合について説明するものである。なお、図５は、蓄積時間の制御に際して機械式のシャッタ５２を併用しない場合であり、図６は、機械式のシャッタ５２を併用する場合を示している。
【０１５０】
図４に示した４ＴＲ構成では、リセットトランジスタ４３６は、フローティングディフュージョン４３８をリセットする。具体的には、フローティングディフュージョンの信号電荷（ここでは電子）を電源配線に捨てることによって、フローティングディフュージョン４３８をリセットする。
【０１５１】
読出選択用トランジスタ（転送トランジスタ）ｓｖは、電荷生成部４３２にて生成された信号電荷を、電荷蓄積部の一例であるフローティングディフュージョン４３８に転送する。
【０１５２】
フローティングディフュージョン４３８は単位信号生成部の一例である増幅用トランジスタ４４２のゲートに接続されているので、増幅用トランジスタ４４２はフローティングディフュージョン４３８の電位（以下ＦＤ電位ともいう）に対応した信号（この例では電圧信号）を、垂直選択用トランジスタ４４０がオンしているときに、画素線４５１を介して出力信号線の一例である垂直信号線４５３に出力する。すなわち、垂直信号線４５３には多数の画素が接続されているが、画素を選択するのには、選択画素のみ垂直選択用トランジスタ４４０をオンする。すると選択画素のみが垂直信号線４５３と接続され、垂直信号線４５３には選択画素の信号が出力される。
【０１５３】
具体的には、図５のタイミングチャートに示すように、読出パルス（転送ゲートパルス）ＴＧがアクティブ（本例ではハイレベル）となり、読出選択用トランジスタ４３４を駆動し、電荷生成部４３２に入射した光が光電変換されて生成された信号電荷を、蓄積ノードとして機能するフローティングディフュージョン４３８に移送して読み出す。
【０１５４】
ここで、電荷生成部４３２に入射した光が光電変換されて生成された信号電荷は、読出選択用トランジスタ４３４がオンするまで電荷生成部４３２に蓄積される。したがって、画素信号を読み出す前の読出選択用トランジスタ４３４をオンするタイミング（ｔｓ）を調整することで、露光時間を電子シャッタ動作で制御することができるようになる。シャッタタイミング（たとえばｔｓ１，ｔｓ２）とその後の通常通りに選択する読出行（ｔ１０〜ｔ２０に対応）とで、シャッタ画素の時間間隔を調節することにより、撮像部１２ａの単位画素４０３への露光時間（蓄積時間）を調節することができるようになる。
【０１５５】
なお、シャッタタイミング（たとえばｔｓ１，ｔｓ２）時には、シャッタタイミング制御部４１４ｃから、転送駆動バッファ４５２に向けて露光時間調整用の転送ゲートパルスＴＧを供給して、それ以前に電荷生成部４３２にて生成された信号電荷をフローティングディフュージョン４３８に転送しておく。必要に応じて、リセットトランジスタ４３６に向けて露光時間調整用のリセットゲートパルスＲＧを供給することで、画素信号の読出処理（ｔ１０〜ｔ２０に対応）に先立って、シャッタタイミング（たとえばｔｓ１，ｔｓ２）時にフローティングディフュージョン４３８に転送された信号電荷を掃き捨てておく。
【０１５６】
読出行（ｔ１０〜ｔ２０に対応）における画素信号の読出し時に水平走査線帰線期間にまず行なわれるのは、垂直選択パルスＳＥＬをアクティブ（本例ではハイレベル）にして垂直選択用トランジスタ４４０をオンさせ（ｔ１０）、増幅用トランジスタ４４２でフローティングディフュージョン４３８の電荷を検出できるように、読出し行の増幅用トランジスタ４４２の出力と垂直信号線４５３とを接続して、垂直信号線４５３、電流源Ｉｎ（負荷ＭＯＳトランジスタ４２７）、および増幅用トランジスタ４４２でソースフォロワ回路を構成する。垂直信号線４５３の電位は、フローティングディフュージョン４３８の電位変動に追従する。これにより、フローティングディフュージョン４３８の電荷量に対応する、増幅用トランジスタ４４２のゲート電位で決まる電位のみが垂直信号線４５３に伝達される。
【０１５７】
また、水平走査線帰線期間の開始とともに、シャッタタイミング（たとえばｔｓ１，ｔｓ２）後に電荷生成部４３２に信号電荷Ｑsig が蓄積された状態で、最初に画素信号生成部５を基準電圧にリセットする、つまりリセットゲートパルスＲＧをアクティブ（本例ではハイレベル）にして（ｔ１１）、リセットトランジスタ４３６をオンさせることで、フローティングディフュージョン４３８に蓄積された暗電流積分値を排出させる。これによって、フローティングディフュージョン４３８は、電源電圧値（Ｖｄｄ）に設定される。
【０１５８】
電子シャッタ動作時には、シャッタタイミング（たとえばｔｓ１，ｔｓ２）時に掃き出された信号電荷がフローティングディフュージョン４３８に存在するが、その分も掃き出される。したがって、シャッタタイミング（たとえばｔｓ１，ｔｓ２）時にフローティングディフュージョン４３８に転送された信号電荷を、シャッタタイミング（たとえばｔｓ１，ｔｓ２）の直後に掃き捨てておくことは必須ではない。なお、リセットゲートパルスＲＧをインアクティブ（本例ではローレベル）にすると（ｔ１２）、カップリングにより、フローティングディフュージョン４３８の電位が若干落ちる。
【０１５９】
このとき、駆動制御部１２ｃからサンプルパルスＳＨＰが出力されて、アナログフロントエンド部１２ｂ内のＣＤＳ機能部をなすシフトトランジスタのゲートに供給され、各シフトトランジスタがオンする。すなわち、駆動制御部１２ｃからクランプパルスＳＨＤが供給され、ＣＤＳ機能部をなすクランプトランジスタのゲートに供給されて、各クランプトランジスタがオンし、リセットレベルＳrst が検出される（ｔ１４）。
【０１６０】
次に、電荷生成部４３２についての読出選択用トランジスタ４３４を駆動して、電荷生成部４３２から信号電荷Ｑsig に応じた信号成分Ｓｏを読み出す。すなわち、転送ゲートパルスＴＧをハイレベルにして（ｔ１６）、読出選択用トランジスタ４３４をオンさせ、電荷生成部４３２に蓄積されていた信号電荷Ｑsig をフローティングディフュージョン４３８に移送する。このフローティングディフュージョン４３８に移送された信号電荷Ｑsig の電荷量は、増幅用トランジスタ４４２によって検出され、その電荷量に応じた電位が発生されて垂直信号線４５３に伝達される。
【０１６１】
この後、駆動制御部１２ｃからクランプパルスＳＨＤを供給して（ｔ１８）、クランプトランジスタをオンさせて、電荷生成部４３２が検出した信号電荷Ｑsig に応じた画素信号レベルＳsig を検出する。
【０１６２】
ここで、アナログフロントエンド部１２ｂのカラム処理部では、リセットレベルＳrst と画素信号レベルＳsig との差分をとることで、オフセット成分が取り除かれ、真の信号成分Ｓｏを検知できる。画素ごとの固定パターンノイズの除去を行なうことができる。
【０１６３】
信号電荷の転送が終わり、十分時間が経った後には、垂直選択パルスＳＥＬをインアクティブ（本例ではローレベル）にする（ｔ２０）。
【０１６４】
なお、図６に示すように、機械式のシャッタ５２を併用すると１水平期間（ＨＳ；ライン周期）内でシャッタ５２を開くことができる。よって、電子シャッタのみで露光時間制御を行なうとライン周期を１調整単位としなければならないのに対して、機械式のシャッタ５２を併用すれば、露光時間の制御の自由度が大きくなり、ライン周期内で露光時間の微調整ができるようになる。
【０１６５】
ただし、機械式のシャッタ５２の効果は全画素に寄与する点に考慮する必要がある。たとえば、ＡＧＣ調整や、ガンマ補正に関しては、従来通り、固体撮像素子１０から出力された画素信号に対して信号レベルを大きくする増幅処理を伴う信号処理を用いつつ、ホワイトバランス調整に関してのみ、理対象の信号レベルを大きくする処理を伴う増幅によってノイズも増幅されることに起因してＳ／Ｎ劣化を招く問題を避けつつ（抑制しつつ）ホワイトバランスが取れるようにするべく露光時間を制御する手法を採用する場合を考える。この場合、Ｒ，Ｇ，Ｂのカラー画素の内、露光時間を同じにしたときに最も信号レベルの小さいカラー画素に関して機械式のシャッタ５２を併用して、ライン周期内で露光時間の微調整をすればよい。
【０１６６】
＜＜信号処理機能＞＞
図７は、上記デジタルスチルカメラ１における、信号レベルを大きくする処理を伴う画像信号処理機能に着目したブロック図である。
【０１６７】
図示するように、信号処理系６は、ＣＤＳ処理部６２ａおよびＡＧＣ処理部６２ｂを有するプリアンプ部６２とＡＤ変換部６４とを具備した前段の信号処理系６ａと、画像処理部（ＤＳＰ）６６で構成された後段の信号処理系６ｂとを備える。
【０１６８】
ＡＧＣ処理部６２ｂでは、ＣＭＯＳ撮像素子１２の個々の光電変換素子（電荷検出部）の感度ばら付き（感度バラツキ）を補正し、かつＡＤ変換部６４に対して適正入力レベルになるようゲインを調整する。
【０１６９】
後段の信号処理系６ｂすなわち画像処理部（ＤＳＰ）６６における信号処理機能としては、固体撮像素子１０で取得されＡＤ変換部６４にてデジタル化された撮像データの黒基準をクランプするデジタルクランプ部２００、デジタルクランプ部２００にてクランプされた撮像データからＲ，Ｇ，Ｂの原色データを抽出するとともに同時化する原色分離・同時化処理部２０２、および周辺画素のデータを用いて画素を補う画素補間処理部２０４、画素データのゲインを調整可能な色信号増幅部の一例であるホワイトバランスアンプ部２１０を備えている。なお、画素補間処理部２０４とホワイトバランスアンプ部２１０とは、配置順を逆にしてもよい。
【０１７０】
原色分離・同時化処理部２０２は、固体撮像素子１０が補色フィルタを使用するものである場合にデジタルクランプ部２００から供給されるデジタル画像信号をＲ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の原色信号であるＲ信号Ｓｒ１，Ｇ信号Ｓｇ１，Ｂ信号Ｓｂ１に分離し、これらを画素補間処理部２０４に供給する。
【０１７１】
画素補間処理部２０４は、固体撮像素子１０（ＣＭＯＳ撮像素子１２）における画素数と同じ画素数のイメージファイルを生成するべく、ある画素位置において存在しない色成分を周辺画素から推測して画素信号を補う。たとえば、Ｒ（赤）画素からはＲの信号成分を取得できるがＧ（緑），Ｂ（青）の信号成分を取得できないので、その周りにある画素から補間画素Ｇ，Ｂの各画素信号を推測して取得する。この際には、たとえば周辺画素の信号の単純平均で補間画素の信号成分を求めることもできるが、解像度や偽信号を考慮した適応処理にするとなおよい。
【０１７２】
ホワイトバランスアンプ２１０としては、各色用に個別にホワイトバランスアンプ２１０Ｒ，２１０Ｇ，２１０Ｂが設けられており、一般的な被写体を撮像した場合、画面全体にさまざまな色成分が無作為に存在するため、画面全体の色成分を全て積分すると、色信号（たとえばＲ，Ｇ，Ｂ）の各要素がほぼ等しく抽出される、あるいは色差成分の積分値がゼロになるであろうことを考慮し、これを制御の目標、すなわち無彩色に近づけるべくアンプゲインを調整する。すなわち、撮影時の光源で白を撮影した場合に出力映像が白（Ｒ：Ｇ：Ｂ＝１：１：１）になるようＲＧＢ各画素のレベルを調整する。この際には、少なくとも１色については信号レベルを増幅する処理を伴う。
【０１７３】
また画像信号処理部６６は、ホワイトバランスアンプ部２１０で取得された原色データＲ，Ｇ，Ｂに対して、輝度信号処理や色信号処理を施して輝度データＹ（あるいは明度データＬ）や２つの色データＵ，Ｖに変換して出力する信号処理部２２０を備えている。信号処理部２２０にて生成された各データＹ，Ｕ，Ｖは、記録系７に送られて画像記録に供されたり、あるいは表示系８に送られて表示出力に供されたりする。
【０１７４】
信号処理部２２０は、一例として、ガンマ補正部２２２および色差マトリクス部２２４を備えている。もちろん、この構成例は一例であって、これらの処理機能以外の構成要素も備える。
【０１７５】
ガンマ補正部２２２は、Ｒ信号Ｓｒ３，Ｇ信号Ｓｇ３，Ｂ信号Ｓｂ３に基づいて、忠実な色再現のためのガンマ（γ）補正を行ない、ガンマ（γ）補正された各色用の出力信号Ｒ，Ｇ，Ｂを色差マトリクス部２２４に入力する。たとえば、ガンマ補正部２２２は、ガンマ補正値の初期値を図示しないメモリテーブルに持っており、外部からガンマ補正値を変更することもできる。
【０１７６】
色差マトリクス部２２４は、色差マトリクス処理を行なって得た色差信号Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙをビデオエンコーダ８６に入力する。
【０１７７】
ビデオエンコーダ８６は、色信号副搬送波に対応するデジタル信号で色差信号Ｒ−Ｙ，Ｂ−Ｙをデジタル変調した後、図示しない輝度信号生成部にて生成された輝度信号Ｙと合成して、デジタル映像信号ＶＤ（＝Ｙ＋Ｓ＋Ｃ；Ｓは同期信号、Ｃはクロマ信号）に変換した後、ＤＡ変換部８２に入力する。ＤＡ変換部８２は、デジタル映像信号ＶＤをアナログ映像信号Ｖに変換する。
【０１７８】
また画像信号処理部６６は、本実施形態の特徴部分として、本撮影に先立って行なわれる準備段階としての先行撮影（仮撮像）時に取得されるＡＧＣ処理部６２ｂ、ホワイトバランスアンプ部２１０、およびガンマ補正部２２２からのデータを参照して、信号処理部２２０を経て出力される映像信号の増幅量（ゲイン）を画素単位で解析するゲイン解析部２３０を備えている。
【０１７９】
ゲイン解析部２３０は、トータルゲインＧＡtotal を一括して求めてもよいが、たとえば、ＡＧＣ処理に関するＡＧＣゲインＧＡagc 、ホワイトバランス調整に関するホワイトバランスゲインＧＡwb、ガンマ補正に関するガンマゲインＧＡgamma を個別に求め、それらの積（ＧＡagc ＊ＧＡwb＊ＧＡgamma ）でトータルゲインＧＡtotal を求めてもよい。ゲイン解析部２３０は、この解析結果に基づいて、撮像部１２ａから出力される画素信号が、ＡＧＣ、ホワイトバランス調整、あるいはガンマ補正量に見合った出力信号レベルになるような露光時間を画素ごとに求め、この求めた露光時間情報を、所定の図示しない記憶部に保持する。
【０１８０】
また、カメラモジュール３側には、ゲイン解析部２３０の解析結果に基づいて、撮像部１２ａから出力される画素信号が、ＡＧＣ、ＷＢ、あるいはガンマ補正量に見合った出力信号レベルになるよう、カメラモジュール３側の駆動パルスのタイミングを制御するタイミング制御部９１（駆動制御部１２ｃ，４０７に相当）を備えている。
【０１８１】
ゲイン解析部２３０とタイミング制御部９１とで、単位構成要素としての単位画素４０３から出力された画素信号のレベルを大きくする増幅信号処理に代えて、増幅信号処理に伴うＳ／Ｎ劣化を抑制しつつ、この増幅信号処理における増幅率に応じたレベルの画素信号が各カラー（Ｒ，Ｇ，Ｂ）の単位画素４０３から出力されるように、光電変換素子（検出部）における検出時間（露光時間）を調整する制御部が構成される。
【０１８２】
また、このゲイン解析部２３０とタイミング制御部９１を備えた制御部を含み、かつカメラモジュール３における固体撮像素子１０や光学系５の部材（撮像レンズ５０やシャッタ５２）を除いて、本発明に係る信号処理装置が構成される。そして、ゲイン解析部２３０とタイミング制御部９１を備えた制御部を含み、さらにカメラモジュール３における固体撮像素子１０を含んで、本発明に係る物理量分布検知のための装置が構成される。
【０１８３】
ここで、ゲイン解析部２３０は、たとえば、ホワイトバランス制御機能に着目すれば、フィールドごとの色信号（原色信号や色差信号）の積分値を求めてホワイトバランスの制御情報を生成する。
【０１８４】
ゲイン解析部２３０は、解析結果に基づいて、撮像部１２ａから出力される画素信号が、ＡＧＣ、ＷＢ、あるいはガンマ補正量に見合った出力信号レベルになるよう、カメラモジュール３側のタイミング制御部９１（駆動制御部１２ｃ，４０７に相当）と協働して、画素ごとにリセットゲートパルスＲＧと転送ゲートパルスＴＧ（読出しパルス）の間隔を調整して露光時間を決める電子シャッタスピード制御を行なうことで、本撮影時の電荷蓄積量を制御する。
【０１８５】
たとえば、露光時間を長くすることで、撮像部１２ａの光電変換素子から出力される信号のレベルを大きくする処理を行なうことができるので、Ｓ／Ｎ劣化の問題を避けつつ、実質的には、信号レベルを大きくする処理を伴う画像信号処理を実行することができるようになる。Ｒ，Ｇ，Ｂ画素の露光時間を個別に制御することで、ＡＧＣ処理、ホワイトバランス調整、およびガンマ補正を画素ごとに行なうことができ、かつ、ＡＧＣ処理、ホワイトバランス調整、およびガンマ補正に当たっては、事実上、ＣＭＯＳ撮像素子１２から出力された画素信号に対して信号レベルを増大させる処理を行なわないので、ＡＧＣ処理やホワイトバランス調整あるいはガンマ補正による回路ゲインで発生するＳ／Ｎ劣化を抑制することができる。
【０１８６】
また信号処理系６は、先行撮影と本撮影との信号伝達ルートを切り替えるべく、ＣＤＳ処理部６２ａとＡＧＣ処理部６２ｂとの間に１入力（３１２ａ）−２出力（３１２ｂ，ｃ）型の切替スイッチ３１２を備える。切替スイッチ３１２の一方の出力端子３１２ｂはＡＧＣ処理部６２ｂに接続され、他方の出力端子３１２ｃはＡＤ変換部６４に接続されている。
【０１８７】
同様に、先行撮影と本撮影との信号伝達ルートを切り替えるべく、画素補間処理部２０４とホワイトバランスアンプ部２１０との間に、１入力（３１４ａ）−２出力（３１４ｂ，ｃ）型の切替スイッチ３１４をＲ，Ｇ，Ｂそれぞれの系統に備える。切替スイッチ３１４の一方の出力端子３１４ｂはホワイトバランスアンプ部２１０に接続され、他方の出力端子３１４ｃは色差マトリクス部２２４に接続されている。
【０１８８】
なお、図示を割愛するが、先行撮影と本撮影との信号伝達ルートを切り替えるべく、ホワイトバランスアンプ部２１０とガンマ補正部２２２との間に、１入力−２出力型の切替スイッチ３１６（図示せず）をＲ，Ｇ，Ｂそれぞれの系統に設けてもよい。この場合、切替スイッチ３１４の他方の出力端子３１４ｃはホワイトバランスアンプ部２１０の出力と同様に切替スイッチ３１６の入力端子３１６ａに接続されるようにする。また、切替スイッチ３１６の一方の出力端子３１６ｂはガンマ補正部２２２に接続され、他方の出力端子３１６ｃは色差マトリクス部２２４に接続されるようにする。
【０１８９】
各切替スイッチ３１２，３１４，３１６（図示せず）は、全てが連動して先行撮影と本撮影との信号伝達ルートを切り替えるように共通の制御信号で制御してもよいし、それぞれ個別に先行撮影と本撮影との信号伝達ルートを切り替えるように個別の制御信号で制御してもよい。
【０１９０】
個別の制御信号で各切替スイッチ３１２，３１４，３１６を制御すれば、ＡＧＣ、ホワイトバランス調整制御、ガンマ補正の何れか（複数でもよい）の処理に関しては従来通り固体撮像素子１０から出力された画素信号に対して信号レベルを大きくする処理を伴う処理を実行しつつ、残りの処理に関しては、調整ゲインに見合った露光時間となるように、画素ごとに、それぞれ独立に露光時間を制御することができる。
【０１９１】
＜動作説明＞
次に、準備工程（仮撮像）および本工程の詳細について説明する。先ず、準備工程（仮撮像）段階として、ゲイン解析部２３０は、ＣＤＳ処理部６２ａの出力信号がＡＧＣ処理部６２ｂを通るように、切替スイッチ３１２を出力端子３１２ｂ側にセットするとともに、画像信号処理部６６の信号がホワイトバランスアンプ部２１０およびガンマ補正部２２２を通るように、切替スイッチ３１４を出力端子３１４ｂ側にセットする。
【０１９２】
準備工程では、機械式のシャッタ５２を開き、ＲＧＢ信号を取得する。なお、この準備工程のタイミングは、たとえば、ユーザがシャッタボタンを半押ししたことをもって判断するとよい。
【０１９３】
このとき、ＣＭＯＳ撮像素子１２からの電気信号は、ＣＤＳ処理部６２ａおよびＡＧＣ処理部６２ｂを通り画素ごとのＡＧＣゲインＧＡagc で増幅された後、ＡＤ変換部６４から画像信号処理部６６に入る。画像信号処理部６６では、デジタルクランプ部２００、原色分離・同時化処理部２０２、画素補間処理部２０４、およびホワイトバランスアンプ部２１０を通り、ホワイトバランスが取れるようにＲＧＢ各色のホワイトバランスゲインＧＡwbがそれぞれ決められる。さらに、ガンマ補正部２２２にて信号レベル（被写体輝度）に応じた画素ごとのガンマゲインＧＡgamma でガンマ補正が加えられる。
【０１９４】
次に、演算工程段階として、ゲイン解析部２３０は、ＡＧＣ処理部６２ｂ、ホワイトバランスアンプ部２１０、並びにガンマ補正部２２２での総合的なゲイン値をＣＭＯＳ撮像素子１２の画素単位で分析する。また、その分析結果と同等のゲイン分を電子シャッタスピード制御を用いて固体撮像素子１０（ＣＭＯＳ撮像素子１２）の電荷蓄積量を画素単位で制御できるように、電荷蓄積時間をＲＧＢ画素ごとに演算する。そして、露光時間（電荷蓄積時間）を決めるリセットパルスと読出しパルスの制御タイミングを決定して記憶する。
【０１９５】
次にたとえばユーザがシャッタボタンを全押しすると、上記で決定された露光時間で、本工程（本撮影）を実行する。この本工程時には、ゲイン解析部２３０は先ず、ＣＤＳ処理部６２ａの出力信号がＡＧＣ処理部６２ｂをスキップしＡＤ変換部６４に入るように、切替スイッチ３１２を出力端子３１２ｃ側にセットするとともに、画像信号処理部６６の信号がホワイトバランスアンプ部２１０およびガンマ補正部２２２をスキップし色差マトリクス部２２４に入るように、切替スイッチ３１４を出力端子３１４ｃ側にセットする。
【０１９６】
次にゲイン解析部２３０とタイミング制御部９１は協働して、記憶しておいた準備工程時の分析結果と同等のゲイン分が加味されてＣＭＯＳ撮像素子１２から画素信号が出力されるように、画素単位で電荷蓄積時間を制御する。これによって、分析結果と同等のゲイン分を与える画素信号がＣＭＯＳ撮像素子１２から出力される。
【０１９７】
これら分析結果と同等のゲイン分が与えられた画素信号は、ＣＤＳ処理部６２ａを通り、切替スイッチ３１２を介してＡＧＣ処理部６２ｂをスキップしＡＤ変換部６４に入る。この後、画素補間処理部２０４を通り切替スイッチ３１４でホワイトバランスアンプ部２１０およびガンマ補正部２２２をスキップして色差マトリクス部２２４に入り、デジタル映像信号として出力される。
【０１９８】
つまり、通常はＣＭＯＳ撮像素子１２から出力された信号レベルを直接に操作してその信号レベルを大きくする処理を伴う（すなわち電気信号レベルで扱う）ＡＧＣ処理やホワイトバランス調整あるいはガンマ補正における信号レベル調整を、ＣＭＯＳ撮像素子１２から出力された信号そのものに対して操作するのではなく、露光時間制御による蓄積電荷量の増減で行なう。
【０１９９】
露光時間を長くすることで、撮像部１２ａの光電変換素子から出力される信号のレベルを大きくする処理を行なうことができるので、Ｓ／Ｎ劣化の問題を避けつつ、信号レベルを大きくする処理を伴う画像信号処理を実行することができるようになる。
【０２００】
ゲイン解析部２３０における解析で取得したゲインに見合った露光時間となるように、Ｒ，Ｇ，Ｂ画素の露光時間を個別に制御することで、ＡＧＣ処理、ホワイトバランス調整、およびガンマ補正を行なうことができ、かつ、ＡＧＣ処理、ホワイトバランス調整、およびガンマ補正に当たっては、事実上、ＣＭＯＳ撮像素子１２から出力された画素信号に対して信号レベルを増大させる処理を行なわないので、従来のＡＧＣ処理やホワイトバランス調整あるいはガンマ補正による回路ゲインで発生するＳ／Ｎ劣化を抑制することができる。ＡＧＣ処理やホワイトバランス調整あるいはガンマ補正による回路ゲインで発生するＳ/Ｎ劣化を抑制し再現性の良い映像の取得を実現することができる。
【０２０１】
たとえば、ホワイトバランス調整制御に着目した場合、従来のホワイトバランス調整や準備工程時における通常の信号パスルートでは、撮像デバイス（固体撮像素子１０）で得られる被写体を表わす撮像信号の全体が白に近づくように、ホワイトバランスアンプ部２１０の各ホワイトバランスアンプ２１０Ｒ，２１０Ｇ，２１０Ｂにて、原色のＲ信号Ｓｒ１，Ｇ信号Ｓｇ１，Ｂ信号Ｓｂ１に対してゲイン調整（ホワイトバランス用のゲイン調整という）を行なってホワイトバランスを取る。
【０２０２】
これに対して、本実施形態の本撮像時には、ホワイトバランスアンプ部２１０におけるホワイトバランス用のゲイン調整に代えて、準備工程時において解析したホワイトバランス用の各色のゲイン調整値に対応するように、各カラー画素に応じた単位画素４０３の検出時間（露光時間）を個別（ここでは“色画素ごとに”を意味する）に調整する。露光時間調整によって撮像部１２ａの光電変換素子から出力される画素信号レベルをＲ，Ｇ，Ｂのカラー画素ごとに調整するので、単位画素４０３から出力された画素信号に対して増幅処理を伴うホワイトバランス用のゲイン調整を行なわなくとも、実質的にホワイトバランス用のゲイン調整を行なうことができるので、Ｓ／Ｎ劣化の問題を避けつつ、ホワイトバランス調整ができる。
【０２０３】
また、ＡＧＣ処理に関しても同様であり、従来のＡＧＣ処理や準備工程時における通常の信号パスルートでは、画素ごとにゲインを調整することで、撮像デバイス（固体撮像素子１０）の個々の光電変換素子（電荷検出部）の感度ばら付きを補正する。また、ＡＤ変換部６４に対して適正入力レベルになるようゲインを調整する。たとえば、露光時間不足で画素からの出力電圧が小さい場合に、適切なゲインを設定し、増幅した信号をＡＤ変換部６４に入力する。
【０２０４】
これに対して、本実施形態の本撮像時には、ＡＧＣ処理部６２ｂにおけるＡＧＣ処理に代えて、準備工程時において解析したＡＧＣ処理用のゲイン調整値に対応するように、各カラー画素に応じた単位画素４０３の検出時間（露光時間）を個別に調整する。画素ごとに露光時間を調整することで読出時のゲインを画素ごとに可変にする。
【０２０５】
露光時間調整によって撮像部１２ａの光電変換素子から出力される画素信号レベルをＲ，Ｇ，Ｂのカラー画素ごとに調整するので、単位画素４０３から出力された画素信号に対して増幅処理を伴うＡＧＣ処理のゲイン調整を行なわなくとも、実質的にＡＧＣ処理用のゲイン調整を行なうことができるので、Ｓ／Ｎ劣化の問題を避けつつ、ＡＧＣ処理ができる。
【０２０６】
また、ガンマ補正処理に関しても同様であり、従来のガンマ補正処理や準備工程時における通常の信号パスルートでは、光量に対する階調の変化特性を調整し、また、カラー画像処理時には忠実な色再現がなされるように各色のガンマカーブを調整する。
【０２０７】
これに対して、本実施形態の本撮像時には、ガンマ補正部２２２におけるガンマ補正処理に代えて、準備工程時において解析したガンマ補正処理用のゲイン調整値に対応するように、各カラー画素に応じた単位画素４０３の検出時間（露光時間）を個別に調整する。露光時間調整によって撮像部１２ａの光電変換素子から出力される画素信号レベルをＲ，Ｇ，Ｂのカラー画素ごとに調整するので、単位画素４０３から出力された画素信号に対して増幅処理を伴うガンマ補正処理のゲイン調整を行なわなくとも、実質的にガンマ補正処理用のゲイン調整を行なうことができるので、Ｓ／Ｎ劣化の問題を避けつつ、ガンマ補正処理ができる。
【０２０８】
従来のガンマ補正処理では、低輝度の被写体では高輝度の被写体よりも大きな増幅率で信号レベルを増幅するために、Ｓ／Ｎ劣化の問題が高輝度の被写体よりも大きいのに対して、本実施形態の手法では、処理対象の画素信号レベルを大きくする増幅処理を行なうことなく、露光量の調整によって実質的にガンマ補正処理用のゲイン調整を行なうので、被写体輝度に関わらず（低輝度の被写体においても）、Ｓ／Ｎ劣化の問題が生じない。Ｓ／Ｎ劣化の改善効果は、低輝度の被写体ほど高いと言える。
【０２０９】
ガンマ補正処理は、ＡＧＣ処理やホワイトバランス調整よりもゲイン調整幅が大きく、しかも、低輝度の被写体ほどゲイン調整幅が大きくなる。この点では、露光量の調整を行なう本実施形態の手法は、ホワイトバランス調整制御やＡＧＣ処理よりもガンマ補正処理の方が効果が高いと考えられる。
【０２１０】
＜デジタルスチルカメラの全体構成；ＣＣＤタイプ＞
図８は、本発明に係る撮像装置の第２実施形態を示す概略構成図である。第２実施形態の撮像装置は、第１実施形態におけるＣＭＯＳ撮像素子１２をたとえばインターライン転送（ＩＴ）方式で全画素読出しが可能なＣＣＤ撮像素子１１に変更しており、この変更に応じて、プリアンプ部やＡＤ変換部を有するアナログフロントエンド部１２ｂおよび駆動制御部１２ｃと同等の機能を持つ回路部を、ＣＣＤ撮像素子１１とは別に設けるように変更している。その他の点は、概ね第１実施形態と同じである。
【０２１１】
カメラモジュール３内の駆動制御部９６には、ＣＣＤ撮像素子１１を駆動するための各種のパルス信号を生成するタイミング信号生成部４０と、このタイミング信号生成部４０からのパルス信号を受けて、ＣＣＤ撮像素子１１を駆動するためのドライブパルスに変換するドライバ（駆動部）４２と、ＣＣＤ撮像素子１１やドライバ４２などに電源供給する駆動電源４６が設けられている。
【０２１２】
また、ＤＳＰで構成された画像信号処理部６６には、ＣＰＵなどからなる中央制御部９２やＥＥＰＲＯＭ９３ｄを除く記憶部９３の各種メモリ、さらにはＣＣＤ撮像素子１１の動作タイミングを規定する同期信号を生成する同期信号生成部４１を取り込み、ＣＣＤ撮像素子１１を主要部とするカメラモジュール３と、画像信号処理部６６やＥＥＰＲＯＭ９３ｄとを含んで撮像装置モジュール３ａを構成するようにしている。
【０２１３】
図示した例は、信号処理系６のプリアンプ部６２およびＡＤ変換部６４をカメラモジュール３に内蔵しているが、このような構成に限らず、プリアンプ部６２やＡＤ変換部６４を本体ユニット４内に設ける構成を採ることもできる。またＤＡ変換部を画像信号処理部６６内に設ける構成を採ることもできる。
【０２１４】
また、タイミング信号生成部４０をカメラモジュール３に内蔵しているが、このような構成に限らず、タイミング信号生成部４０を本体ユニット４内に設ける構成を採ることもできる。またタイミング信号生成部４０とドライバ４２とが別体のものとしているが、このような構成に限らず、両者を一体化させたもの（ドライバ内蔵のタイミングジェネレータ）としてもよい。こうすることで、よりコンパクトな（小型の）デジタルスチルカメラ１を構成できる。
【０２１５】
また、タイミング信号生成部４０やドライバ４２は、それぞれ個別のディスクリート部材で回路構成されたものでもよいが、１つの半導体基板上に回路形成されたＩＣ（Integrated Circuit）として提供されるものであるのがよい。こうすることで、コンパクトにできるだけなく、部材の取扱いが容易になるし、両者を低コストで実現できる。また、デジタルスチルカメラ１の製造が容易になる。また、使用するＣＣＤ撮像素子１１との関わりの強い部分であるタイミング信号生成部４０やドライバ４２をＣＣＤ撮像素子１１と共通の基板に搭載することで一体化させる、あるいはカメラモジュール３内に搭載することで一体化させると、部材の取扱いや管理が簡易になる。また、これらがモジュールとして一体となっているので、デジタルスチルカメラ１（の完成品）の製造も容易になる。なお、カメラモジュール３は、ＣＣＤ撮像素子１１および光学系５からのみ構成されていても構わない。
【０２１６】
＜ＣＣＤ撮像素子の構成例＞
図９は、固体撮像素子１０の一例であるＣＣＤ撮像素子１１の概略構成図である。たとえば、図９に示すように、半導体基板５２１上に、画素（ユニットセル）に対応して受光素子の一例であるフォトダイオードなどからなるセンサ部（感光部；フォトセル）５１１が多数、水平（行）方向および垂直（列）方向において２次元マトリクス状に配列されている。これらセンサ部５１１は、受光面から入射した入射光をその光量に応じた電荷量の信号電荷に変換して蓄積する。なお、センサ部５１１には、カラー画像撮像用の色分離フィルタを設ける点は、ＣＭＯＳ撮像素子１２の場合と同様である。
【０２１７】
またＣＣＤ撮像素子１１は、センサ部５１１の垂直列ごとに駆動相に対応する複数本の垂直転送電極が設けられる垂直ＣＣＤ（Ｖレジスタ部、垂直転送部）５１３が配列される。垂直ＣＣＤ５１３の転送方向は図中縦方向であり、この方向に垂直ＣＣＤ５１３が複数本並べられて設けられる。さらに、これら垂直ＣＣＤ５１３と各センサ部５１１との間には読出ゲート（ＲＯＧ）部５１２が介在し、また各ユニットセルの境界部分にはチャネルストップＣＳが設けられる。これらセンサ部５１１の垂直列ごとに設けられ、各センサ部５１１から読出ゲート部５１２によって読み出された信号電荷を垂直転送する複数本の垂直ＣＣＤ５１３によって撮像エリア５１４が構成される。
【０２１８】
センサ部５１１に蓄積された信号電荷は、垂直ブランキング期間内において読出ゲート部５１２に読出パルス（フィールドシフトパルス）ＸＳＧに対応するドライブパルスが印加されることにより垂直ＣＣＤ５１３に読み出される。垂直ＣＣＤ５１３は、垂直転送クロックＶｖに基づくドライブパルスφＶｖよって転送駆動され、読み出された信号電荷を水平ブランキング期間の一部にて１走査線（１ライン）に相当する部分ずつ順に垂直方向に転送する。この１ラインずつの垂直転送を、特にラインシフトという。
【０２１９】
また、ＣＣＤ撮像素子１１には、複数本の垂直ＣＣＤ５１３の各転送先側端部すなわち、最後の行の垂直ＣＣＤ５１３に隣接して、所定（たとえば左右）方向に延在する水平ＣＣＤ（Ｈレジスタ部、水平転送部）５１５が１ライン分設けられる。この水平ＣＣＤ５１５は、たとえば２相の水平転送クロックＨ１，Ｈ２に基づくドライブパルスφＨ１，φＨ２によって転送駆動され、複数本の垂直ＣＣＤ５１３から移された１ライン分の信号電荷を、水平ブランキング期間後の水平走査期間において順次水平方向に転送する。このため２相駆動に対応する複数本（２本）の水平転送電極５２９が設けられる。
【０２２０】
水平ＣＣＤ５１５の転送先の端部には、単位信号生成部の一例として、たとえばフローティング・ディフュージョン・アンプ（ＦＤＡ）構成の電荷電圧変換部５１６が設けられる。この電荷電圧変換部５１６は、水平ＣＣＤ５１５によって水平転送されてきた信号電荷を順次電圧信号に変換して出力する。この電圧信号は、被写体からの光の入射量に応じたＣＣＤ出力（Ｖout ）として導出される。以上により、インターライン転送方式のＣＣＤ撮像素子１１が構成される。
【０２２１】
図８および図９を参照して、ＣＣＤ撮像素子１１を備えたデジタルスチルカメラ１の一連の動作を概説すれば以下の通りである。先ず、タイミング信号生成部４０は、垂直転送用の転送クロックＶｖや読出パルスＸＳＧなどの種々のパルス信号を生成する。これらのパルス信号は、ドライバ４２により所定電圧レベルのドライブパルスに変換された後に、ＣＣＤ撮像素子１１の所定端子に入力される。
【０２２２】
被写体Ｚを撮像する際に、撮像レンズ５０（シャッタ５２およびレンズ５４）を介してＣＣＤ撮像素子１１の受光面に結像された被写体Ｚの光学像は、フォトダイオードなどからなる各センサ部５１１で光の入射光量に応じた量の信号電荷に変換される。
【０２２３】
センサ部５１１の各々に蓄積された信号電荷は、タイミング信号生成部４０から発せられた読出パルスＸＳＧが読出ゲート部５１２の転送チャネル端子電極に印加され、転送チャネル端子電極下のポテンシャルが深くなることにより、当該読出ゲート部５１２を通して垂直ＣＣＤ５１３に読み出される。そして、６相（８相）の垂直ドライブパルスφＶｖに基づいて垂直ＣＣＤ５１３が駆動されることで、順次水平ＣＣＤ５１５へ転送される。
【０２２４】
水平ＣＣＤ５１５は、タイミング信号生成部４０から発せられドライバ４２により所定電圧レベルの変換された２相の水平ドライブパルスφＨ１，φＨ２に基づいて、複数本の垂直ＣＣＤ５１３の各々から垂直転送された１ラインに相当する信号電荷を順次電荷電圧変換部５１６側に水平転送する。
【０２２５】
電荷電圧変換部５１６は、水平ＣＣＤ５１５から順に注入される信号電荷を図示しないフローティングディフュージョンに蓄積し、この蓄積した信号電荷を信号電圧に変換し、たとえば図示しないソースフォロア構成の出力回路を介して、タイミング信号生成部４０から発せられたリセットパルスＲＧの制御の元に撮像信号（ＣＣＤ出力信号）Ｖout として出力する。
【０２２６】
すなわち上記ＣＣＤ撮像素子１１においては、センサ部５１１を縦横に２次元状に配置してなる撮像エリアで検出した信号電荷を、各センサ部５１１の垂直列に対応して設けられた垂直ＣＣＤ５１３により水平ＣＣＤ５１５まで垂直転送し、この後、２相の水平転送パルスＨ１，Ｈ２に基づいて、信号電荷を水平ＣＣＤ５１５により水平方向に転送するようにしている。そして、電荷電圧変換部５１６にて水平ＣＣＤ５１５からの信号電荷に対応した電位に変換してから出力するという動作を繰り返す。
【０２２７】
ＣＣＤ撮像素子１１から順次読み出された電圧信号、すなわち画素に対応するＲ，Ｇ，Ｂの各画素信号は、タイミング信号生成部４０からの各サンプルパルスなどに基づき、プリアンプ部６２にてＣＤＳ処理やＡＧＣ処理などが施され、ＡＤ変換部６４にてデジタルのＲ,Ｇ，Ｂの各画素データに変換された後、一旦、記憶部９３のＲＡＭ９３ｂに格納される。以下、ＣＭＯＳ撮像素子１２を用いた第１実施形態と同様である。
【０２２８】
＜ＣＣＤ型における電子シャッタ機能について＞
ここで、ＣＣＤ撮像素子１１を、光電変換素子（センサ部５１１）に並列にオーバーフロードレインを設けるあるいは縦型オーバーフロードレイン構造として、シャッタゲートパルス（電子シャッタパルスＳＵＢ）によって、それ以前に光電変換素子（検出部）に蓄積した信号電荷を基板内部に掃出可能にすることで、電荷の蓄積時間（シャッタスピード）を任意に制御する、いわゆる電子シャッタ機能を実現できる。また、電荷の蓄積時間は、機械式・電子シャッタパルスを利用した電子式を問わず、シャッタを開いてから読出パルスＸＳＧを読出ゲート部５１２に印加するまでの期間で規定されるので、読出パルスＸＳＧを画素ごとに調整することでも、電子シャッタ機能を実現することができる。
【０２２９】
この際には、通常のＣＣＤ撮像素子１１における電子シャッタ用の仕組みでは、全画素に対して同一の時間露光する電子シャッタ動作にするのに対して、本実施形態では、画素ごとに露光時間を調整可能に構成する。露光時間は、電子シャッタパルスＳＵＢが供給されてから読出ゲート部５１２に読出パルスＸＳＧが供給され信号電荷の垂直ＣＣＤ５１３への読出指示があるまでの期間となるので、電子シャッタパルスＳＵＢおよび読出パルスＸＳＧの少なくとも一方、好ましくは何れか一方の出力タイミングを画素ごとに設定可能な構成にすればよい。なお、ホワイトバランス調整機能のみ、蓄積時間を制御する構成とする場合には、Ｒ，Ｇ，Ｂのカラー画素ごとに、電子シャッタパルスＳＵＢおよび読出パルスＸＳＧの少なくとも一方、好ましくは何れか一方の出力タイミングを調整可能な構成にすればよい。
【０２３０】
たとえば、全画素から同時に信号電荷を垂直ＣＣＤに読み出してグローバル露光とする一般的なＣＣＤ型の特質に鑑み、読出パルスＸＳＧは全画素に共通に供給するようにしつつ、電子シャッタパルスＳＵＢを画素ごとに供給可能な配線形態にすればよい。この場合、電子シャッタパルスＳＵＢを各ユニットセルに個別に供給するには、同一行の各画素から同時に信号電荷を読み出してから光電変換素子に入射した光を信号電荷として蓄積することでライン露光となるＭＯＳ型とは異なり、行に関しても個別に設定する仕組みが必要となるので配線数が多くなる。
【０２３１】
この点では、電子シャッタ用の制御パルス（たとえば電子シャッタパルスＳＵＢ）用の配線数を少なくするため、ＡＧＣ処理やガンマ補正に関しては従来通りＣＣＤ撮像素子１１から出力された画素信号に対して信号レベルを大きくする処理を伴う処理を実行しつつ、ホワイトバランスゲインに見合った露光時間となるように、Ｒ，Ｇ，Ｂのカラー画素ごとに、それぞれ独立に電子シャッタ用の制御パルスをユニットセルに供給する構成が現実的な態様となる。
【０２３２】
その具体的な構成としては、一例としては、図３に示したような２次元マトリクス配線構成を採用することができ、たとえば、垂直シャッタタイミング制御部５４４ｃｖおよび水平シャッタタイミング制御部５４４ｃｈを有するシャッタタイミング制御部５４４ｃをタイミング信号生成部４０内に設けることができる。なお、図９では、シャッタタイミング制御部５４４ｃをタイミング信号生成部４０から外して示す。
【０２３３】
この場合、垂直シャッタタイミング制御部５４４ｃｖは、シャッタ対象のユニットセル（シャッタ画素）の行アドレスを指定するＲ，Ｇ，Ｂのカラー画素ごとの垂直電子シャッタパルスＳＵＢｖ＿Ｒ，Ｇ，Ｂを生成し、水平シャッタタイミング制御部５４４ｃｈは、シャッタ対象の単位画素の列アドレスを指定するＲ，Ｇ，Ｂのカラー画素ごとの垂直電子シャッタパルスＳＵＢｖ＿Ｒ，Ｇ，Ｂを生成すればよい。なお、各電子シャッタパルスＳＵＢｖ＿Ｒ，Ｇ，Ｂ，ＳＵＢｈ＿Ｒ，Ｇ，Ｂはドライバ４２を介して同一行あるいは同一列の全ユニットセルに供給されるようにするが、図９では、この点を省力して示す。
【０２３４】
また、各電子シャッタパルスＳＵＢｖ＿Ｒ，Ｇ，Ｂ，ＳＵＢｈ＿Ｒ，Ｇ，Ｂを受けて垂直および水平の各方向のシャッタ画素（ユニットセル）に対して電子シャッタパルスが供給されるようにするスイッチ部５１９をセンサ部５１１の近傍に設けるとよい。このスイッチ部５１９は、垂直シャッタタイミング制御部５４４ｃｖからのシャッタ画素の行を指定する垂直電子シャッタパルスＳＵＢｖ＿Ｒ，Ｇ，Ｂのうちの自身の色用のものと、水平シャッタタイミング制御部５４４ｃｈからのシャッタ画素のカラム位置を指定する水平電子シャッタパルスＳＵＢｈ＿Ｒ，Ｇ，Ｂのうちの自身の色用のものに対して論理積回路を構成して動作するようにすればよい。
【０２３５】
なお、図９では、ゲイン解析部２３０の解析で取得したホワイトバランスゲインに見合った露光時間となるように、電子シャッタパルスＳＵＢの出力タイミングをＲ，Ｇ，Ｂのカラー画素ごとに調整する構成例を示したが、電子シャッタパルスＳＵＢを読出パルスＸＳＧに置き換えることもできる。この場合、図示を割愛するが、電子シャッタパルスＳＵＢは全画素に共通に供給するようにしつつ、読出パルスＸＳＧをカラー画素ごとに供給可能な配線形態にすればよい。
【０２３６】
また、ホワイトバランスゲインに見合った露光時間となるように、電子シャッタパルスＳＵＢと読出パルスＸＳＧの双方の出力タイミングをＲ，Ｇ，Ｂのカラー画素ごとに調整する構成を採用することもできる。
【０２３７】
＜ユニットセルの駆動方法＞
図１０および図１１は、図９に示したユニットセルを駆動して画素信号を取得する手法を説明するタイミングチャートである。ここで、図１０は、電子シャッタパルスＳＵＢの出力タイミングをＲ，Ｇ，Ｂのカラー画素ごとに調整する例である。この場合、電子シャッタパルスＳＵＢ＿Ｒ，Ｇ，Ｂの内、ホワイトバランスゲインに見合った露光時間が最長となるカラー画素（図の例ではＲ画素）に関して最初にアクティブ（本例ではＨレベル）にして、それ以前にセンサ部５１１に蓄積した信号電荷を基板内部に掃き出してから新たな信号電荷の蓄積を開始する（ｔ３１）。
【０２３８】
この後、電子シャッタパルスＳＵＢ＿Ｒ，Ｇ，Ｂの内、ホワイトバランスゲインに見合った露光時間が次に長くなるカラー画素（図の例ではＧ画素）に関してアクティブ（本例ではＨレベル）にして、それ以前にセンサ部５１１に蓄積した信号電荷を基板内部に掃き出してから新たな信号電荷の蓄積を開始する（ｔ３３）。
【０２３９】
この後、電子シャッタパルスＳＵＢ＿Ｒ，Ｇ，Ｂの内、ホワイトバランスゲインに見合った露光時間が最短となるカラー画素（図の例ではＢ画素）に関してアクティブ（本例ではＨレベル）にして、それ以前にセンサ部５１１に蓄積した信号電荷を基板内部に掃き出してから新たな信号電荷の蓄積を開始する（ｔ３５）。
【０２４０】
最後に、垂直ブランキング期間（アクティブＬ）内において、読出パルスＸＳＧをアクティブ（本例ではＨレベル）にすることで、Ｒ，Ｇ，Ｂの全カラー画素の信号電荷を垂直ＣＣＤ５１３に読み出す（ｔ３７）。こうすることで、ホワイトバランスゲインに見合った露光時間Ｔｒ，Ｔｇ，ＴｂがＲ，Ｇ，Ｂのカラー画素ごとに調整できるようになる。
【０２４１】
なお、図示するように、機械式のシャッタ５２を併用する場合には、電子シャッタパルスＳＵＢ＿Ｒ，Ｇ，Ｂの内、ホワイトバランスゲインに見合った露光時間が最長となるカラー画素（図の例ではＲ画素）に関して代用することができる。
【０２４２】
また、図１１は、読出パルスＸＳＧの出力タイミングをＲ，Ｇ，Ｂのカラー画素ごとに調整する例である。この場合、読出パルスＸＳＧ＿Ｒ，Ｇ，Ｂの内、Ｒ，Ｇ，Ｂのカラー画素の内でホワイトバランスゲインに見合った露光時間が最長となるカラー画素（図の例ではＲ画素）に関して、垂直ブランキング期間内においてアクティブ（本例ではＨレベル）にすることで、そのカラー画素の信号電荷を垂直ＣＣＤ５１３に読み出すようにする。そして、Ｒ，Ｇ，Ｂのカラー画素の内でホワイトバランスゲインに見合った露光時間が最長となるカラー画素の露光時間に合わせて電子シャッタパルスＳＵＢをアクティブ（本例ではＨレベル）にする（ｔ４１）。電子シャッタパルスＳＵＢは、Ｒ，Ｇ，Ｂの全カラー画素に共通に供給される。
【０２４３】
この後、読出パルスＸＳＧ＿Ｒ，Ｇ，Ｂの内、ホワイトバランスゲインに見合った露光時間が次に長くなるカラー画素（図の例ではＧ画素）に関してアクティブ（本例ではＨレベル）にして、そのカラー画素の信号電荷を垂直ＣＣＤ５１３に読み出す（ｔ４３）。この後、読出パルスＸＳＧ＿Ｒ，Ｇ，Ｂの内、ホワイトバランスゲインに見合った露光時間が最短となるカラー画素（図の例ではＢ画素）に関してアクティブ（本例ではＨレベル）にして、そのカラー画素の信号電荷を垂直ＣＣＤ５１３に読み出す（ｔ４５）。
【０２４４】
最後に、垂直ブランキング期間内において、ホワイトバランスゲインに見合った露光時間が最長となるカラー画素（図の例ではＲ画素）に関してアクティブ（本例ではＨレベル）にすることで、そのカラー画素の信号電荷を垂直ＣＣＤ５１３に読み出す（ｔ３７）。こうすることで、ホワイトバランスゲインに見合った露光時間Ｔｒ，Ｔｇ，ＴｂがＲ，Ｇ，Ｂのカラー画素ごとに調整できるようになる。
【０２４５】
図示するように、機械式のシャッタ５２を併用する場合には、電子シャッタパルスＳＵＢに関して代用することができる。
【０２４６】
なお、露光時間の調整に当たって電子シャッタパルスＳＵＢおよび読出パルスＸＳＧの何れを利用するかに拘らず、ホワイトバランスを取るという点では、Ｒ，Ｇ，Ｂのカラー画素の内の１色についての露光時間を無調整とすることができる。通常は１フィールド（１／６０秒程度）で読出パルスＸＳＧを出力するので、図１０および図１１に示した露光時間の調整方向に基づくと、Ｒ，Ｇ，Ｂのカラー画素の内でホワイトバランスゲインに見合った露光時間が最長となるカラー画素（図の例ではＲ画素）に関しては露光時間を無調整にし（ホワイトバランスゲインを１にすることと等価）、残りのカラー画素についてのみ、ホワイトバランスゲインに見合った露光時間となるように、より短い時間に調整（ホワイトバランスゲインを１未満にすることと等価）すればよい。
【０２４７】
なお、図１０および図１１では、１フィールド内でホワイトバランスゲインに見合った露光時間となるように調整する例を示したが、複数フィールド内でホワイトバランスゲインに見合った露光時間となるように調整するようにすることもできる。この場合、たとえば、通常は１フィールド（１／６０秒程度）で読出パルスＸＳＧを出力するので、Ｒ，Ｇ，Ｂのカラー画素の内でホワイトバランスゲインに見合った露光時間が最短となるカラー画素に関しては露光時間を無調整にし（ホワイトバランスゲインを１にすることと等価）、残りのカラー画素についてのみ、ホワイトバランスゲインに見合った露光時間となるように、より長い時間に調整（ホワイトバランスゲインを１よりも大きくすることと等価）すればよい。
【０２４８】
したがって、この第２実施形態の構成においても、露光時間の調整に当たって電子シャッタパルスＳＵＢおよび読出パルスＸＳＧの何れを利用するかに拘らず、固体撮像素子１０としてＣＭＯＳ撮像素子１２を用いた第１実施形態と同様にして、ＣＣＤ撮像素子１１の電子シャッタ機能を利用して、画素単位（図４の例ではＲ，Ｇ，Ｂのカラー画素ごと）で、それぞれの色のホワイトバランスゲインに見合った露光時間となるように、光電変換素子（センサ部５１１）への露光時間（蓄積時間）を個別（ここでは“色画素ごとに”を意味する）に制御することで、ホワイトバランス調整を行なうことができる。ホワイトバランス調整に当たっては、事実上、ＣＭＯＳ撮像素子１２から出力された画素信号に対して信号レベルを増大させる処理を行なわないので、従来のホワイトバランス調整による回路ゲインで発生するＳ／Ｎ劣化を抑制することができる。
【０２４９】
なお、図９では、配線数を少なくするべく、Ｒ，Ｇ，Ｂのカラー画素ごとに光電変換素子（センサ部５１１）への露光時間を調節する構成を示したが、配線数が多くなるものの、画素ごとに、それぞれ独立に電子シャッタパルスＳＵＢを供給する構成を採ることもできる。この場合、ホワイトバランス調整だけでなく、ＡＧＣ処理やガンマ補正に関しても、それぞれのゲインに見合った露光時間となるように、画素ごとに、それぞれ独立に電子シャッタパルスＳＵＢを供給することで、ＡＧＣ処理、ホワイトバランス調整、およびガンマ補正に当たっては、事実上、ＣＭＯＳ撮像素子１２から出力された画素信号に対して信号レベルを増大させる処理を行なわないので、ＡＧＣ処理やホワイトバランス調整あるいはガンマ補正による回路ゲインで発生するＳ／Ｎ劣化を抑制することができる。
【０２５０】
＜類似技術との関係＞
なお、上記第１および第２実施形態と似通った仕組みとして、本工程の前にホワイトバランスが取れるように各色の光電変換素子の電荷蓄積時間を個別に決定し、その個別の電荷蓄積時間に基づいて各色の光電変換素子の電荷蓄積時間を制御することで、色再現性のよいカラー画像信号を得る仕組みが、たとえば特開２０００−３５０４２２２号公報（以下参考文献１ともいう）に提案されている。
【０２５１】
しかしながら、この参考文献１に記載の仕組みは、ホワイトバランスが取れるように各色の光電変換素子の電荷蓄積時間（露光時間）を個別に制御して色再現性のよい画像を得るとは言っても、カラー画像のダイナミックレンジを大きくすることを目的としている。これに対して、本願発明では、上記実施形態のように、処理対象の信号レベルを大きくする処理を伴う増幅によってノイズも増幅されることに起因してＳ／Ｎ劣化を招く問題を避けつつ（抑制しつつ）ホワイトバランスが取れるようにするべく露光時間を制御するものであり、露光時間を制御する目的の考え方が全く異なる。
【０２５２】
よって、参考文献１の仕組みも、本実施形態のように、ホワイトバランス調整目的で露光時間を制御するというものの、露光時間の調整幅や得られる効果も全く異なり、その技術的思想が全く異なるのは明らかである。
【０２５３】
付言すれば、参考文献１に記載の仕組みは、機械式シャッタと電子シャッタとを併用することを必須の要件とし、“発明の効果”の記載においては、機械式シャッタと電子シャッタとを併用したことで、色再現性のよいカラー画像信号が得られ、かつ大きなダイナミックレンジの映像を得ることができると言っている。機械式シャッタを併用することが、大きなダイナミックレンジの映像を得るための必須の要件としているのである。さらに付言すれば、機械式シャッタと電子シャッタとを併用することで、何故に大きなダイナミックレンジの映像を得ることができるのかの説明がない。
【０２５４】
これに対して、本実施形態においても、機械式シャッタと電子シャッタとを併用することができるが、それは、電子シャッタのみで露光時間制御を行なう場合に比べて露光時間の制御の自由度を大きくするあるいは電子シャッタ用の制御パルスの数を少なくするために利用できるものであり、機械式シャッタの併用は必須ではなく、しかも、大きなダイナミックレンジの映像を得ることを目的として併用するものでもない。
【０２５５】
また、参考文献１に記載の仕組みは、ＣＣＤなどのように電荷転送型の撮像デバイスを用いることを前提としたものと考えられる。何故なら、参考文献１の実施形態では、垂直方向に電荷を転送する垂直電荷転送路を備えた固体撮像装置における事例のみを開示し、装置を記載した請求範囲においても、複数の光電変換素子と、垂直方向に電荷を転送する垂直電荷転送路と、光電変換素子から垂直電荷転送路に電荷を読み出す読出しゲートと、垂直電荷転送路により転送された電荷を水平方向に転送する水平電荷転送路とを備えた固体撮像装置を記載している。
【０２５６】
よって、ＣＭＯＳセンサなどのＸ−Ｙアドレス型の固体撮像素子において、処理対象の信号レベルを大きくする処理を伴う増幅によってノイズも増幅されることに起因してＳ／Ｎ劣化を招く問題を避けつつ（抑制しつつ）ホワイトバランスが取れるようにするべく露光時間を制御する仕組みは開示されていないし、「当業者であれば、本願明細書の開示に基づき、様々な変形や応用が可能」とは言っても、同記載に基づいて、ＣＭＯＳセンサなどのＸ−Ｙアドレス型の固体撮像素子において、処理対象の信号レベルを大きくする処理を伴う増幅によってノイズも増幅されることに起因してＳ／Ｎ劣化を招く問題を避けつつ（抑制しつつ）ホワイトバランスが取れるようにするべく露光時間を制御することを想到することもできない。
【０２５７】
また、参考文献１に記載の仕組みは、ＣＣＤなどのように電荷転送型の撮像デバイスを用いることを前提として、色画素ごとに露光時間を制御しホワイトバランスを行なうことのみを開示しており、処理対象の信号レベルを大きくする処理を伴うその他の処理、たとえばＡＧＣ処理やガンマ補正処理におけるＳ／Ｎ劣化の問題に関しては一切開示がない。
【０２５８】
よって、撮像デバイスが何であるかを問わず、参考文献１の記載に基づいて、処理対象の信号レベルを大きくする処理を伴う増幅によってノイズも増幅されることに起因してＳ／Ｎ劣化を招く問題を避けつつ（抑制しつつ）、ＡＧＣ処理やガンマ補正処理を行なうべく露光時間を制御することを想到することはできない。ＡＧＣや低輝度の被写体でのガンマ補正によるＳ／Ｎ劣化を改善することはできない。
【０２５９】
以上、本発明を実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記実施形態に多様な変更または改良を加えることができ、そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
【０２６０】
また、上記の実施形態は、クレーム（請求項）にかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組合せの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。前述した実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜の組合せにより種々の発明を抽出できる。実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、効果が得られる限りにおいて、この幾つかの構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【０２６１】
たとえば、上記実施形態では、個々の単位画素からの信号を読出可能な固体撮像装置の一例として、光を受光することで信号電荷を生成する画素部を備えたＣＭＯＳセンサやＣＣＤセンサを例に示したが、信号電荷の生成は、光に限らず、たとえば赤外線、紫外線、あるいはＸ線などの電磁波一般に適用可能であり、この電磁波を受けてその量に応じたアナログ信号を出力する素子が多数配列された単位構成要素を備えた半導体装置に、上記実施形態で示した事項を適用可能である。
【０２６２】
また、撮像部１０は、複数の単位信号生成部が２次元状に配置されているものに限らず、長尺状に配置されているものであってもよい。たとえば、撮像部１０をラインセンサに置き換えても、上記実施形態にて説明した技術を同様に適用でき、同様の効果を享受できる。
【０２６３】
なお、“長尺状に配置されている”とは、短辺と長辺とを十分に認識できるように配置されている形態を意味し、１列で長く配置した典型的なラインセンサに限らず、たとえば複数列で長く配置した形態や千鳥状に配置した形態なども含む意味である。
【０２６４】
また、上記実施形態では、ＡＧＣ処理、ホワイトバランス調整処理、あるいはガンマ補正処理など、処理対象の信号レベルを大きくする処理を伴う画像信号処理を、単位構成要素から出力された信号に対して行なうのではなく、露光時間の調整によって単位構成要素から出力される信号を大きくすることで実行する事例を説明したが、上記実施形態で説明した仕組みは、固体撮像装置に限らず、処理対象の信号レベルを大きくする処理を用いるあらゆる電子機器に適用することができる。
【０２６５】
たとえば、上記実施形態では、光や放射線などの外部から入力される電磁波に対して感応性をするＣＭＯＳ型やＣＣＤ型の固体撮像素子を使用した撮像装置についての適用事例を示したが、物理量の変化を検知するあらゆるものに、上記実施形態で説明した仕組みを適用でき、光などに限らず、たとえば、指紋に関する情報を圧力に基づく電気的特性の変化や光学的特性の変化に基づき指紋の像を検知する指紋認証装置（特開２００２−７９８４や特開２００１−１２５７３４などを参照）など、その他の物理的な変化を検知する仕組みにおける信号処理にも同様に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０２６６】
【図１】本発明に係る撮像装置（カメラシステム）の第１実施形態を示す概略構成図である。
【図２】ＣＭＯＳ撮像素子の概略構成図である。
【図３】本実施形態で用いる電子シャッタ機能を説明する図である。
【図４】単位画素の一構成例と、単位画素を駆動する電子シャッタ機能に関わる駆動回路との関係を説明する図である。
【図５】図４に示した単位画素を駆動して画素信号を取得する手法を説明するタイミングチャートである（その１）。
【図６】図４に示した単位画素を駆動して画素信号を取得する手法を説明するタイミングチャートである（その２）。
【図７】デジタルスチルカメラにおける、信号レベルを大きくする処理を伴う画像信号処理機能に着目したブロック図である。
【図８】本発明に係る撮像装置の第２実施形態を示す概略構成図である。
【図９】ＣＣＤ撮像素子の概略構成図である。
【図１０】図９に示したユニットセルを駆動して画素信号を取得する手法を説明するタイミングチャートである（その１）。
【図１１】図９に示したユニットセルを駆動して画素信号を取得する手法を説明するタイミングチャートである（その２）。
【図１２】ホワイトバランス調整処理、画素補間処理、およびガンマ補正処理などの機能を実現する仕組みを持つ従来の撮像装置の構成例を説明する図である。
【符号の説明】
【０２６７】
１…デジタルスチルカメラ、３…カメラモジュール、４…本体ユニット、５…光学系、６…信号処理系、７…記録系、８…表示系、９…制御系、１０…固体撮像素子、１１…ＣＣＤ撮像素子、１２…ＣＭＯＳ撮像素子、６２…プリアンプ部、６２ａ…ＣＤＳ処理部、６２ｂ…ＡＧＣ処理部、６４…ＡＤ変換部、６６…画像信号処理部、９１…タイミング制御部、９２…中央制御部、９６…駆動制御部、２００…デジタルクランプ部、２０２…原色分離・同時化処理部、２０４…画素補間処理部、２１０…ホワイトバランスアンプ部、２２０…信号処理部、２２２…ガンマ補正部、２２４…色差マトリクス部、２３０…ゲイン解析部、３１２，３１４，３１６…切替スイッチ
【図１】
2006121151.tif 000003
【図２】
2006121151.tif 000004
【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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