(57)【要約】【課題】一度の撮影で高品位なハイダイナミックレンジ画像を取得する。【解決手段】  ＣＭＯＳセンサからなるカラー撮像素子部１０２で、被写体に対する予備撮像を行って予備撮像データを得る。該予備撮像データに基づき、ピクセル明暗領域マップ生成部５０５でセンサの各画素を明暗いずれかの領域に設定した明暗領域マップを生成する。そして輪郭検出部５０６において、明暗領域マップにおける明領域と暗領域の境界部分を検出し、輪郭補正部５０７で該境界部分における暗領域画素が明領域画素となるように補正して、露光時間マップを生成する。そしてタイミングジェネレータ部５０７において該露光時間マップに応じて、センサの各画素に対する駆動パルスを生成することにより、被写体に対する本撮像を行う。【選択図】  図５
2011004089.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平方向および垂直方向に配置された、入射光を光電変換した電荷を蓄積する複数の画素からなる撮像素子を駆動することによって撮像を行う撮像手段と、
前記撮像手段で被写体に対する予備撮像を行うことによって得られた予備撮像データに基づき、前記撮像素子の各画素を、第１の領域と、該第１の領域よりも多い露光量を適用すべき第２の領域のいずれかの領域に設定する領域設定手段と、
前記撮像素子の各画素に設定された領域を、前記第１の領域が前記第２の領域の側に拡張されるように補正する領域補正手段と、
前記撮像素子の各画素に対し、前記領域補正手段で補正された領域に応じた露光量を設定する露光量設定手段と、を有し、
前記撮像手段は、前記露光量設定手段で設定された露光量に応じて前記撮像素子の各画素に対する駆動パルスを生成することによって、前記被写体に対する本撮像を行うことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記領域設定手段は、前記撮像素子の各画素に対応する前記第１および第２の領域を示す領域マップを生成し、
前記領域補正手段は、前記領域マップにおいて、前記第２の領域にある画素のうち、前記第１の領域との境界にある画素を前記第１の領域の画素に補正し、
前記露光量設定手段は、前記領域補正手段で補正された前記領域マップに基づいて、前記第１および第２の領域のそれぞれに応じた各画素の露光量を示す露光量マップを生成することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記撮像手段は前記予備撮像を行う際に、前記撮像素子の各画素に対し均一な駆動パルスを生成することを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
【請求項４】
さらに、前記第１および第２の領域の境界を示す境界輝度を設定する境界輝度設定手段を有し、
前記領域設定手段は、前記予備撮像データにおける各画素の輝度を前記境界輝度を閾値として２値化することによって、前記撮像素子の各画素を前記第１および第２の領域のいずれかに設定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記露光量設定手段は、前記露光量マップにおける前記第１および第２の領域のそれぞれに対応するシャッタースピードを設定し、
前記撮像手段は、該設定されたシャッタースピードに基づいて、前記撮像素子の各画素に対する駆動パルスを生成することを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項６】
さらに、前記撮像手段で前記本撮像によって得られた本撮像データに対し、前記シャッタースピードに基づいてゲイン補正を行うゲイン演算手段を有することを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記撮像手段は、前記予備撮像データにおいて予め定められた値よりも大きい画素が存在する場合に、前記予備撮像を撮像条件を変えて再度行うことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記撮像素子はＣＭＯＳセンサであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記撮像手段は前記本撮像を行う際に、前記撮像素子の各画素に対する駆動パルスとして、リセットパルスと行転送パルス、および列転送パルスを生成し、
前記撮像素子の１行内の各画素に対し、前記列転送パルスによって前記第１および第２の領域に応じた２種類の列転送タイミングのいずれかを与えることを特徴とする請求項８に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記撮像手段は前記本撮像を行う際に、前記撮像素子の各画素に対する駆動パルスとして、リセットパルスと行転送パルス、および列転送パルスを生成し、
前記撮像素子の１行内の各画素に対し、前記リセットパルスと前記行転送パルスによって前記第２の領域に応じたリセットタイミングを与え、前記リセットパルスと前記列転送パルスによって前記第１の領域に応じたリセットタイミングを与えることを特徴とする請求項８に記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記撮像手段は前記本撮像を行う際に、前記撮像素子の各画素に対する駆動パルスとして、行リセットパルスと列リセットパルス、および行転送パルスを生成し、
前記撮像素子の１行内の各画素に対し、前記行リセットパルスと前記行転送パルスによって前記第２の領域に応じたリセットタイミングを与え、前記列リセットパルスと前記行転送パルスによって前記第１の領域に応じたリセットタイミングを与えることを特徴とする請求項８に記載の撮像装置。
【請求項１２】
水平方向および垂直方向に配置された、入射光を光電変換した電荷を蓄積する複数の画素からなる撮像素子を駆動することによって撮像を行う撮像装置の制御方法であって、
被写体に対する予備撮像を行って予備撮像データを取得する予備撮像ステップと、
前記予備撮像データに基づき、前記撮像素子の各画素を、第１の領域と、該第１の領域よりも多い露光量を適用すべき第２の領域のいずれかの領域に設定する領域設定ステップと、
前記撮像素子の各画素に設定された領域を、前記第１の領域が前記第２の領域の側に拡張されるように補正する領域補正ステップと、
前記撮像素子の各画素に対し、前記領域補正ステップにおいて補正された領域に応じた露光量を設定する露光量設定ステップと、
前記露光量設定ステップにおいて設定された露光量に応じて前記撮像素子の各画素に対する駆動パルスを生成することによって、前記被写体に対する本撮像を行う本撮像ステップと、
を有することを特徴とする撮像装置の制御方法。
【請求項１３】
前記領域設定ステップにおいては、前記撮像素子の各画素に対応する前記第１および第２の領域を示す領域マップを生成し、
前記領域補正ステップにおいては、前記領域マップにおいて、前記第２の領域にある画素のうち、前記第１の領域との境界にある画素を前記第１の領域の画素に補正し、
前記露光量設定ステップにおいては、前記領域補正ステップにおいて補正された前記領域マップに基づいて、前記第１および第２の領域のそれぞれに応じた露光量を示す露光量マップを生成することを特徴とする請求項１２に記載の撮像装置の制御方法。
【請求項１４】
コンピュータ装置を制御して、請求項１乃至１１の何れか１項に記載された撮像装置の各手段として機能させることを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広ダイナミックレンジによる撮像を行う撮像装置およびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、デジタル一眼、コンパクトデジタルカメラ、デジタルビデオカメラなどの撮像装置において用いられる撮像素子のダイナミックレンジは、自然界のダイナミックレンジに対して小さいことが知られている。そのため、従来から撮像素子のダイナミックレンジを拡大する手法が検討されており、例えば以下の３つの方法がある。
【０００３】
・マルチショットによる多サンプリング
・固定パターンの感度配置によるワンショットサンプリング
・被写体輝度に応じた露光時間制御
以下、これら従来の、ダイナミックレンジ（以下、ＤＲ）を拡大する３つの方法について説明する。
【０００４】
まず第１に、マルチショットによる多サンプリング法では、同じ被写体に対して、露光時間を変更して複数の撮像を行うことによって、ＤＲの大きな情報（ハイダイナミックレンジ（ＨＤＲ）画像）を得る。そして撮影後に、露光時間の比に基づいて各画像の画素値にゲイン補正を行い、複数ショット画像の合成を行う。例えば特許文献１に記載された方法では、長時間露光後に、全画素について高速読み出しを行う。この際、読み出しの１フレーム周期の、半分の時間で高速読み出しを行い、残りの時間の半分で短秒露光を行う。さらに短秒露光の読み出しを行っている間に、1/4の短秒露光を行い、合計３つの異なる露光時間で露光を行い、合成している。また、特許文献２においても、イメージセンサの画素部から長時間の蓄積による低照度信号と、短時間の蓄積による高照度信号と、極短時間の光電荷蓄積による超高照度用の信号を取り出すことで、合計３つの異なる露光時間で露光を行い、合成している。
【０００５】
このように、マルチショットによる多サンプリングを行った場合、非常に広いダイナミックレンジを得ることができるが、結果として合成された画像はショット間に時間差で位置ズレが起こるため、合成後に輪郭ボケや擬似輪郭等の画像障害が発生してしまう。
【０００６】
そこで第２に、動体の位置ズレを回避するなど、異なる露光ショット間の時間差を無くすための方法として、固定パターンの感度配置によるワンショットサンプリング法が知られている。この方法では、センサ上に複数種の感度センサを設け、一度の撮影で複数の露光情報を取得する。具体的な感度の設定方法として、各画素の開口率の大小やフィルタの透過率によって感度を変えたピクセルを固定パターンで配置する方法がある。この方法によれば、高低感度の時間差による位置ズレは改善される。しかしながら、高低感度が固定であるため、シーンの輝度レンジが低感度で撮像できるダイナミックレンジより広い場合には白トビが発生する等、ダイナミックレンジの拡大効果が出ない場合がある。また別の方法として、特許文献３に記載されているように、露光時間の長短によって高感度、低感度の値を設定する方法がある。この場合、シーンに応じて感度設定が可能である。
【０００７】
しかしながら、このようなワンショットサンプリング法はセンサ上に固定パターンで感度差を設定する方法であるため、低感度、高感度ともにサンプリング点が従来のＲＧＢセンサに比べて少なくなり、解像度が低下してしまう。また、被写体輝度に関係なく固定パターンを用いているため、低感度に該当するピクセルではノイズが増加する。
【０００８】
そして第３に、被写体輝度に応じた露光時間制御を行う方法がある。例えば特許文献４に記載されているように、画素毎に、ＡＤコンバータと、変換後のデジタル値と外部からのデジタル値とを比較する比較器を有することによって、一度も電荷を読み出すことなく画素の適正露光量を検出する方法がある。
【０００９】
しかしながらこの方法では、毎回全画素に対して電荷量の比較を行わなくてはならないため、多画素化、多ビット化が困難であるという問題がある。さらには、フォトダイオードで発生する電荷は常にフローティングディフュージョンとして流されつづけるため、そこで発生するノイズを常に除外することができず、ノイズ耐性が非常に劣るという問題点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開2004-363666号公報
【特許文献２】特開2004-159274号公報
【特許文献３】特開2006-253876号公報
【特許文献４】特表2007-532025号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述したように、従来の第１〜第３の方法によっても、一度の撮影で高品位なＨＤＲ画像を得ることは困難であった。すなわち、高品位なＨＤＲ画像を撮像するためには、複数レベルの露光による撮像情報を一度に取得し、かつ、被写体輝度に応じて感度を変更し、解像度の低下やノイズを抑制することが課題となる。
【００１２】
したがって、露光量を画素ごとに制御することによって、一度の撮影で高品位画像を得ることが考えられるが、この場合には、露光量の変化する境界部分において画質劣化が発生するおそれがある。例えば、露光量の制御値が露光量を多くする方向に誤差を有した場合、その画素が飽和し、情報の喪失すなわち白とびや、擬似輪郭等の画質劣化が発生してしまう。
【００１３】
本発明は上述した課題を鑑みてなされたものであり、一度の撮影で高品位なハイダイナミックレンジ画像を取得する撮像装置およびその制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述した目的を達成するための一手段として、本発明の撮像装置は以下のような構成を備える。
【００１５】
すなわち、水平方向および垂直方向に配置された、入射光を光電変換した電荷を蓄積する複数の画素からなる撮像素子を駆動することによって撮像を行う撮像手段と、前記撮像手段で被写体に対する予備撮像を行うことによって得られた予備撮像データに基づき、前記撮像素子の各画素を、第１の領域と、該第１の領域よりも多い露光量を適用すべき第２の領域のいずれかの領域に設定する領域設定手段と、前記撮像素子の各画素に設定された領域を、前記第１の領域が前記第２の領域の側に拡張されるように補正する領域補正手段と、前記撮像素子の各画素に対し、前記領域補正手段で補正された領域に応じた露光量を設定する露光量設定手段と、を有し、前記撮像手段は、前記露光量設定手段で設定された露光量に応じて前記撮像素子の各画素に対する駆動パルスを生成することによって、前記被写体に対する本撮像を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
上記構成からなる本発明によれば、一度の撮影で高品位なハイダイナミックレンジ画像を取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１実施形態における撮像装置の構成例を示すブロック図、
【図２】第１実施形態における広ダイナミックレンジ画像の撮像処理を示すフローチャート、
【図３】第１実施形態における境界輝度パラメータ設定ＵＩ例を示す図、
【図４】第１実施形態における境界輝度パラメータ設定ＵＩの状態遷移を示す図、
【図５】第１実施形態におけるピクセル露光量設定部の詳細構成を示すブロック図、
【図６】第１実施形態における再予備撮像判定処理を示すフローチャート、
【図７】第１実施形態における撮像条件の記録例を示す図、
【図８】第１実施形態におけるピクセル露光量設定処理を示すフローチャート、
【図９】第１実施形態における露光時間マップの生成処理を示すフローチャート、
【図１０】第１実施形態における明暗領域マップを模式的に示す図、
【図１１】第１実施形態におけるＣＭＯＳセンサ駆動パルスの生成処理を示すフローチャート、
【図１２】第１実施形態におけるカラー撮像素子部の詳細構成を示すブロック図、
【図１３】第１実施形態における撮像素子の回路構成例を示す図、
【図１４】第１実施形態における画素駆動の例を示す図、
【図１５】第１実施形態におけるゲイン補正処理を示すフローチャート、
【図１６】第２実施形態における画素駆動クロックチャート、
【図１７】第３実施形態における撮像素子の回路構成例を示す図、
【図１８】第３実施形態における画素駆動クロックチャート、である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付の図面を参照して、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態において示す構成は一例に過ぎず、本発明は図示された構成に限定されるものではない。
【００１９】
＜第１実施形態＞
●撮像装置の構成
図１は、本実施形態における撮像装置の構成例を示すブロック図である。撮像装置１において、１０１はシャッタ、レンズ、絞りや光学ＬＰＦ等からなる光学部である。１０２は、水平方向および垂直方向にモザイク状に複数色配列されたカラーフィルタとＣＭＯＳセンサから構成され、被写体の予備撮像並びに本撮像を行うカラー撮像素子部である。１０３はカラー撮像素子部１０２による予備撮像結果から各ピクセルの露光量を設定するピクセル露光量設定部である。１０４は複数の露光量間の境界輝度に関するパラメータを記憶する境界輝度パラメータ保存部である。１０５はカラー撮像素子部１０２にて本撮像された画像とピクセル露光量設定部１０３にて設定された露光量から各画素にゲイン補正を行うゲイン演算部である。１０６はゲイン演算部１０５にてゲイン補正処理が施されたモザイク状の画像に対して補間を施し、複数枚の独立プレーン画像を得る画素補間部である。
【００２０】
１０７は色処理、ノイズ低減処理、鮮鋭性向上処理等の処理を施す画像処理部である。１０８は画像処理部１０７にて処理された画像を記録するメモリ部である。１０９は撮影中や撮影後、画像処理後の画像などを表示する液晶ディスプレイ等の表示部である。そして１１０は画像を出力する画像出力部であり、１１１はユーザが境界輝度パラメータを設定するための境界輝度パラメータ設定ＵＩである。なお、カラー撮像素子部１０２は、境界輝度パラメータ保存部１０４に格納された境界輝度パラメータを用いて予備撮像を行う。また画像出力部１１０には、ケーブル等を介してプリンタやディスプレイ、メモリカード等の記録媒体を接続することができる。
【００２１】
上記構成からなる撮像装置１においては、詳細は後述するが、被写体輝度に応じて画素ごとの露光量を制御することによって、高品位なＨＤＲ画像の撮影を行うことを特徴とする。このとき、露光量制御の境界部分においては、露光量の制御値が露光量を多くする方向に誤差を有すると、その画素が飽和し、情報の喪失すなわち白とびや、擬似輪郭等の画質劣化が発生してしまう。そこで本実施形態では、予備撮影画像に対する輪郭補正を行うことによって、露光量制御の境界部分における不適切な誤差を排除し、画質劣化を抑制する。
【００２２】
以下、本実施形態におけるＨＤＲ画像の撮像動作について、図２のフローチャートを用いて説明する。
【００２３】
本実施形態における広ダイナミックレンジ画像の撮像動作は、以下の８つの処理に大別される。まず、まず、ユーザの境界輝度パラメータ設定ＵＩ１１１からの入力による境界輝度パラメータ保存部１０４への境界輝度パラメータ設定処理（後述するステップＳ２０１に対応）。そして、カラー撮像素子部１０２における予備撮像処理（同Ｓ２０２）、並びに本撮像処理（同Ｓ２０６）。そして、ピクセル露光量設定部１０３における再予備撮像判定処理（同Ｓ２０３）と、予備撮像画像に対するピクセル露光量設定処理（同Ｓ２０５）、およびゲイン演算部１０５における本撮像画像に対するゲイン補正処理（同Ｓ２０７）。そして、画素補間部１０６におけるモザイク状の撮像画像に対する画素補間処理（同Ｓ２０８）、さらに画像処理部１０７における色、ノイズ低減、鮮鋭性向上等の画像処理（同Ｓ２０９）、である。
【００２４】
図２において、まずステップＳ２０１では、予備撮像の終了を示す変数ｉへのFALSEの設定や、メモリ確保等の初期化動作を行うと共に、後述する境界輝度パラメータ設定ＵＩ１１１を表示する。そして、該表示に対するユーザ入力に応じたパラメータを、境界輝度パラメータ保存部１０４に設定する。
【００２５】
次にステップＳ２０２で、カラー撮像素子部１０２においてＣＭＯＳセンサの全画素に対して均一な露光量を設定した予備撮像を行う。
【００２６】
そしてステップＳ２０３において、再予備撮像判定を行う。ステップＳ２０３ではすなわち、予備撮像データが後述する判定基準を満たしていれば、予備撮像の終了を示す変数ｉをTRUEに設定する。するとステップＳ２０４で変数ｉにTRUEが設定されているか否かを判定し、TRUEが設定されていれば予備撮像を終了したとしてステップＳ２０５へ進み、FALSEのままであればステップＳ２０２に戻って、予備撮像を再度行う。なお、ステップＳ２０３における再予備撮像判定処理の詳細については後述する。
【００２７】
ステップＳ２０５では、ステップＳ２０２で得られた予備撮像データに基づいて、本撮像における各画素の露光量を設定する。なお、このピクセル露光量設定処理の詳細については後述する。
【００２８】
次にステップＳ２０６で、ステップＳ２０５でのピクセル露光量設定結果に基づく本撮像処理を行う。そしてステップＳ２０７で、ステップＳ２０５でのピクセル露光量設定結果に基づき、ステップＳ２０６で取得した本撮像データに対してゲイン補正を施す。なお、このゲイン補正の詳細については後述する。
【００２９】
そしてステップＳ２０８で、ゲイン補正後のモザイク状の撮像画像に対する画素補間処理を行い、ステップＳ２０９で、色処理、ノイズ低減処理、鮮鋭性向上処理等の画像処理を行う。そしてステップＳ２１０において、ステップＳ２０９で処理した画像データを記録し、終了に関する動作を行う。
【００３０】
なお、本実施形態における予備撮像の初期撮像条件は、本撮像に比べて十分に短いシャッタースピードに設定されていることが望ましい。
【００３１】
●境界輝度パラメータ設定（Ｓ２０１）
以下、上記ステップＳ２０１にて表示される境界輝度パラメータ設定ＵＩ１１１について、図３を用いて説明する。なお、境界輝度パラメータ設定ＵＩ１１１は、選択されたボタンに応じて表示ウィンドウ等が図３(a)と図３(b)に示すように変化するため、図３(a)と図３(b)において共通するボタンには同一番号を付してある。
【００３２】
まず、図３(a)と図３(b)に共通するボタン等について説明する。３０２は境界輝度パラメータ設定ボタンであり、ユーザがこのボタンを押下すると、当該ＵＩにおいて設定された境界輝度パラメータを記録する。３０３は終了ボタンであり、ユーザがこのボタンを押下すると、当該ＵＩにおいて境界輝度パラメータが一度でも設定されている場合にはメモリの解放等を行い、境界輝度パラメータ設定ＵＩのダイアログウィンドウを終了する。一方、境界輝度パラメータが一度も設定されていない場合には、予め与えられている測光ウィンドウ内の平均輝度を境界輝度パラメータとして記録し、メモリの解放等を行って境界輝度パラメータ設定ＵＩのダイアログウィンドウを終了する。
【００３３】
３０４は主要被写体領域指定ラジオボタンであり、ユーザがこのボタンを選択すると、図３(a)のような領域指定表示がなされ、後述する表示画面３０６、スライドバー３０８，３０９、テキストボックス３１０，３１１が表示される。
【００３４】
３０５は相対輝度指定ラジオボタンであり、ユーザがこのボタンを選択すると、図３(b)のような相対輝度指定表示がなされ、後述するウィンドウ３１２、スライドバー３１３、テキストボックス３１４が表示される。
【００３５】
図３(a)の領域指定表示において、３０６はファインダー画像表示画面であり、ファインダー画像が表示される。３０７は主要被写体領域であり、ウィンドウ位置設定スライドバー３０８，３０９をユーザがスライドさせることにより、ファインダー画像表示画面３０６上での主要被写体領域３０７の表示位置が設定される。３１０、３１１は主要被写体領域３０７のサイズ指定テキストボックスであり、ユーザが数値を入力すると、主要被写体領域３０７のサイズが変更される。
【００３６】
図３(a)の領域指定表示では、境界輝度パラメータ設定ボタン３０２が押下されることにより、ファインダー画像表示画面３０６上における主要被写体領域３０７の位置とサイズが、境界輝度パラメータとして設定される。
【００３７】
図３(b)の相対輝度指定表示において、３１２はヒストグラム表示ウィンドウであり、ファインダー画像の輝度ヒストグラムが表示される。３１３は主要被写体輝度設定スライドバーであり、ユーザによってスライドされた相対輝度がテキストボックス３１４に反映される。また、テキストボックス３１４にユーザが数値を入力すると、その値がスライドバー３１３に反映される。
【００３８】
図３(b)の領域指定表示では、境界輝度パラメータ設定ボタン３０２が押下されることにより、ヒストグラム表示ウィンドウ３１２上において主要被写体輝度設定スライドバー３１３の示す相対輝度が、境界輝度パラメータとして設定される。
【００３９】
ここで、境界輝度パラメータ設定ＵＩ１１１における境界輝度パラメータ設定動作について、図４の状態遷移図を用いて説明する。
【００４０】
まずステート４０１では、初期設定値の読み込みや、図３(a)のＵＩを表示する等の初期化動作を行い、ステート４０２へ移行する。
【００４１】
次にステート４０２では、図３(a)に示すＵＩでのユーザ操作判断待ち状態となる。また、境界輝度パラメータの指定パターンを示す変数ｋがTRUEに設定される。ここで、スライドバー３０８，３０９がスライドされると、ステート４０３へ移行して主要被写体領域３０７の表示位置を変更して再描画した後、ステート４０２へ戻る。
【００４２】
ステート４０２において、テキストボックス３１０，３１１に数値が入力されるとステート４０４へ移行し、ステート４０４では入力されたウィンドウサイズを変更して主要被写体領域３０７を再描画した後、ステート４０２へ戻る。
【００４３】
ステート４０２において、境界輝度パラメータ設定ボタン３０２が押下されると、主要被写体領域３０７の位置とサイズ、並びに境界輝度パラメータの指定パターンを示す変数ｋを、境界輝度パラメータ保存部１０４に格納する。また、終了ボタン３０３が押下されると、ステート４０９へ移行し、終了に関する動作を行う。
【００４４】
ステート４０２において、相対輝度ラジオボタン３０５が選択されると、ステート４０６へ移行し、図３(b)に示すＵＩでのユーザ操作判断待ち状態となる。また、境界輝度パラメータの指定パターンを示す変数ｋがFALSEに設定される。
【００４５】
ステート４０６において、スライドバー３１３またはテキストボックス３１４が変更されるとステート４０７へ移行し、スライドバー３１３の位置あるいはテキストボックス３１４に入力された情報に基づいて主要被写体輝度を変更し、ステート４０６へ戻る。
【００４６】
ステート４０６において、境界輝度パラメータ設定ボタン３０２が押下されると、主要被写体輝度、並びに境界輝度パラメータの指定パターンを示す変数ｋを、境界輝度パラメータ保存部１０４に格納する。また、終了ボタン３０３が押下されると、ステート４０９へ移行し、終了に関する動作を行う。
【００４７】
●ピクセル露光量設定部１０３
本実施形態におけるピクセル露光量設定部１０３では、上記ステップＳ２０３における再予備撮像判定処理、およびステップＳ２０５におけるピクセル露光量設定処理が行われる。これらの処理を詳細に説明するに先立ち、ピクセル露光量設定部１０３の詳細構成について、図５のブロック図を用いて説明する。
【００４８】
ピクセル露光量設定部１０３において、５０１は予備撮像データに飽和画素が含まれているか否かを判定する飽和判定部、５０２は該飽和判定結果から予備撮像条件を変更する予備撮像条件変更部である。また、５０３は各画素について不飽和となる撮像条件を記録する撮像条件記録部、５０４は撮像条件記録部５０３に基づき、各画素の輝度を算出する輝度算出部である。５０５は、境界輝度パラメータ保存部１０４に保持された境界輝度パラメータと、輝度算出部５０４にて算出された輝度情報に基づいて、ピクセル明暗領域マップ（以下、明暗領域マップ）を生成する明暗領域マップ生成部である。
【００４９】
５０６は明暗領域マップに基づいて明暗領域境界を輪郭として検出する輪郭検出部、
５０７は明暗領域マップにおいて検出された輪郭を補正する輪郭補正部である。なお、この輪郭補正処理によって、明暗領域マップは本実施形態における露光時間マップとなる。
【００５０】
５０８は生成された露光時間マップを記録する露光時間マップ記録部であり、５０９は該露光時間マップに基づいて各画素のＣＭＯＳセンサのトランジスタ駆動パルスを生成するタイミングジェネレータ部である。なお、露光時間マップ記録部５０８に記録した情報は、後段のゲイン補正処理においても利用される。
【００５１】
●再予備撮像判定処理（Ｓ２０３）
以下、ピクセル露光量設定部１０３で行われる、上記ステップＳ２０３における再予備撮像判定処理について、図６のフローチャートを用いて説明する。なお、本実施形態における再予備撮像判定は、飽和画素検出処理（後述するステップＳ６０２に対応）、予備撮像条件変更判定処理（同Ｓ６０６）、撮像条件記録処理（同Ｓ６０４）、以上の３つの処理を経て行われる。
【００５２】
まずステップＳ６０１では、予備撮像データにおける画素番号ｊへの０設定やメモリ確保等の初期化動作を行う。
【００５３】
次にステップＳ６０２で画素ｊと所定の閾値を比較し、画素ｊの方が該閾値よりも小さければステップＳ６０３へ、そうでなければステップＳ６０６へ進む。ここで所定の閾値としては例えば、図２のステップＳ２０１で設定される境界輝度パラメータを用いる。この閾値としては、カラー撮像素子部１０２におけるＣＭＯＳセンサ値が輝度に対して線形性を保持できる最大値（飽和閾値）を用いることが望ましいが、該センサが取得し得る値であれば、閾値として適用可能である。
【００５４】
画素ｊが飽和していなければステップＳ６０３において、画素ｊに対する撮像条件が撮像条件記録部５０３に記録されているか否かを判定し、記録されていなければステップＳ６０４へ進んで該撮像条件を格納する。ここで撮像条件とは、絞り値、シャッタースピード、ＩＳＯ感度、並びに画素値、とする。なお、ここで記録される撮像条件は、図７の表に示すように、画素番号と関連させて撮像条件記録部５０３に格納する。一方、ステップＳ６０３において画素ｊに対する撮像条件が記録されていればステップＳ６０５へ進む。  次にステップＳ６０５では、全ての画素に対して撮像条件の記録処理が行われたか否かを判定し、行われていればステップＳ６０７へ、そうでなければ画素番号ｊに１を加えてステップＳ６０２へ進む。
【００５５】
次にステップＳ６０５では、全ての画素に対して撮像条件の記録処理が行われたか否かを判定し、行われていればステップＳ６０７へ、そうでなければ画素番号ｊに１を加えてステップＳ６０２へ進む。ステップＳ６０７では、予備撮像の終了を示す変数ｉにTRUEを設定し、終了に関する処理を行う。
【００５６】
一方、画素ｊが飽和していればステップＳ６０６において、予備撮像条件変更部５０２で撮像条件のシャッタースピードを短くなるように変更する。そして、タイミングジェネレータ部５０７で全ての画素について同じ条件、すなわち全画素について均一な露光量によるＣＭＯＳセンサ駆動パルスを生成した後、終了に関する処理を行う。
【００５７】
以上のように本実施形態の再予備撮像判定処理においては、予備撮像データにおいて所定の閾値よりも大きい画素が存在する場合、飽和が発生しているものとして、再度の予備撮像を行うべく撮影条件を変更する。このとき、変数ｉはFALSEのままである。一方、飽和画素がない場合には、変数ｉにTRUEを設定して予備撮像の終了を指示する。
【００５８】
●ピクセル露光量設定処理（Ｓ２０５）
以下、上記ステップＳ２０５におけるピクセル露光量設定処理について、図８のフローチャートを用いて説明する。なお、本実施形態における露光量設定動作は、以下の３つの処理を経て実行される。まず、各画素の輝度を算出する輝度算出処理（後述するステップＳ８０２に対応）、そして境界輝度と各画素の輝度値から露光時間マップを生成する露光時間マップ生成処理（同Ｓ８０３）、そしてトランジスタの駆動パルス生成処理（同Ｓ８０４）、である。
【００５９】
まずステップＳ８０１では、撮像条件記録部５０３に図７に示すように格納されている絞り値、シャッタースピード、ＩＳＯ感度、各画素の輝度値の読み込みや、メモリ確保等の初期化動作を行う。
【００６０】
次にステップＳ８０２では輝度算出部５０４において、ステップＳ８０１で取得した、図７に示す撮像条件の各情報に基づき、以下の式(1)〜(6)によって輝度を算出する。
【００６１】
ここで、画素番号をｊとして、画素値をＰj、画素の輝度値をＰＢj、絞り値をＦj、シャッタースピードをＴj、ＩＳＯ感度をＩＳＯj、被写体の適正輝度をＢj、とする。また、絞り値を表すＡＰＥＸ値をＡＶj、シャッタースピードを表すＡＰＥＸ値をＴＶj、ＩＳＯ感度を表すＡＰＥＸ値をＳＶj、被写体輝度を表すＡＰＥＸ値をＢＶjとする。
【００６２】
はじめに、撮像条件から画素番号ｊにおける各ＡＰＥＸ値が、以下の式(1)〜(3)で算出される。
【００６３】
ＡＶj＝２log2(Ｆj)      ・・・(1)
ＴＶj＝−log2(Ｔj)      ・・・(2)
ＳＶj＝log2(ＩＳＯj／3.125)      ・・・(3)
次に以下の式(4)を用いて、被写体輝度のＡＰＥＸ値を算出する。
【００６４】
ＢＶj＝ＡＶj＋ＴＶj−ＳＶj      ・・・(4)
次に以下の式(5)を用いて、被写体輝度を算出する。但し、式(5)においてＮ，Ｋは定数である。
【００６５】
Ｂj＝２ＢＶj×Ｎ／Ｋ      ・・・(5)
次に以下の式(6)を用いて、画素番号ｊの輝度を算出する。
【００６６】
ＰＢj＝Ｂj×(Ｐj／最大信号値)×(100／18)      ・・・(6)
以上のように各画素の輝度が算出されると、次にステップＳ８０３で露光時間マップを生成して露光時間マップ記録部５０８に保持する。なお、この露光時間マップ生成処理の詳細については後述する。
【００６７】
次にステップＳ８０４でタイミングジェネレータ部５０９において、露光時間マップ記録部５０８に保持された露光時間マップに基づいて、ＣＭＯＳセンサにおけるトランジスタの駆動パルスを生成する。なお、この駆動パルス生成処理の詳細については後述する。
【００６８】
●露光時間マップ生成処理（Ｓ８０３）
以下、上記ステップＳ８０３における露光時間マップ生成処理について、図９のフローチャートを用いて説明する。
【００６９】
まずステップＳ９０１では、境界輝度パラメータ、および撮像条件記録部５０３に格納されている絞り値、ＩＳＯ感度、各画素の輝度値の読み込みや、メモリの確保等の初期化動作を行う。
【００７０】
次にステップＳ９０２では、全画素の輝度値を走査して、最大輝度値ＭＢを取得する。
【００７１】
次にステップＳ９０３では、境界輝度パラメータの指定パターンを判定する。すなわち、境界輝度パラメータの指定パターンを示す変数ｋがTRUEであればステップＳ９０４へ、そうでなければ９０５へ進む。
【００７２】
ステップＳ９０４では、図３(a)に示すＵＩによって設定された境界輝度パラメータ（主要被写体ウィンドウの位置とサイズ）に基づく、第１の境界輝度設定を行う。すなわち、境界輝度パラメータにおける指定領域位置の輝度情報と、ステップＳ９０２で取得した最大輝度値ＭＢに基づき、以下に示す式(7)，(8)によって境界輝度を算出・設定する。ここで、境界輝度以上の輝度領域を第１の領域すなわち明領域とし、境界輝度未満の輝度領域を第２の領域すなわち暗領域とする。撮影時の露光量制御としては、暗領域に対しては、明領域よりも多い露光量を適用すべきである。ここでは、指定領域のサイズをｍ×ｎとし、指定領域内の各画素の輝度をＰＢk、平均輝度をＰＢave、境界輝度をＳＢとする。
【００７３】
ＰＢave＝Σ(ＰＢk／(ｍ×ｎ))      ・・・(7)
なお、Σは１〜ｍ×ｎの画素における累積を示す。
【００７４】
ＳＢ＝ＰＢave×(100／18)      ・・・(8)
またステップＳ９０５では、図３(b)に示すＵＩによって設定された境界輝度パラメータ（主要被写体の相対輝度）に基づいく、第２の境界輝度設定を行う。すなわち、ステップＳ９０２で取得した最大輝度値ＭＢと境界輝度パラメータに基づき、式(9)によって境界輝度ＳＢを算出・設定する。
【００７５】
ＳＢ＝境界輝度パラメータ×ＭＢ      ・・・(9)
次にステップＳ９０６では、画素番号ｊの輝度値と、ステップＳ９０４またはＳ９０５で設定された境界輝度ＳＢとを比較し、画素番号ｊの輝度値の方が小さければステップＳ９０７へ進んで、明暗領域マップの対応位置に暗領域を示す０を記録する。一方、画素番号ｊの輝度値が境界輝度ＳＢ以上であればステップＳ９０８へ進んで、明暗領域マップの対応位置に明領域を示す１を記録する。
【００７６】
ここで図１０(a)に、暗領域または明領域のいずれかとして記録された明暗領域マップの例を示す。図１０(a)に示すように明暗領域マップは、予備撮像画像の各画素を境界輝度を境に２値化したものとなる。
【００７７】
そしてステップＳ９０９では、全ての画素に対して明暗領域マップの作成処理を行ったか否かを判定し、行っていればステップＳ９１０へ進むが、そうでなければ画素番号ｊに１を加えてステップＳ９０６へ戻り、次の画素を処理する。ここまでの処理は、ピクセル明暗領域マップ生成部５０５にて行われる。
【００７８】
次にステップＳ９１０では再び画素番号ｊを１にリセットする。ステップＳ９１１では、画素番号ｊの画素が暗領域／明領域のいずれで記録されたかを判別し、暗領域画素であればステップＳ９１２に進み、明領域画素であればステップＳ９１４に進む。
【００７９】
暗領域であればステップＳ９１２において、画素番号ｊの画素（注目画素）の周囲８画素中に、注目画素とは異なる明領域画素があるか否かを判定する。ある場合はステップＳ９１３に進み、注目画素が明領域画素となるように明暗領域マップを変更して、ステップＳ９１４に進む。一方、注目画素の周囲に明領域画素が無い場合には、そのままステップＳ９１４に進む。
【００８０】
なお、ステップＳ９１３で明領域に変更する画素範囲は、予備撮像と本撮像との時間差により予測される誤差や、露光時間中の被写体ぶれ等に応じて適宜決定することが可能である。例えば、画素ｊの周囲８画素全て、更にその周囲１４画素全てに対して同様の判定処理を行うようにしても良い。
【００８１】
以上のステップＳ９１１，Ｓ９１２における判定処理が本実施形態における輪郭検出処理であり、輪郭検出部５０６において行われる。また、ステップＳ９１３における領域判定の変更処理が本実施形態における輪郭補正処理であり、輪郭補正部５０７において行われる。このような輪郭補正処理により、明暗領域マップにおける明領域（短秒露光領域）が、隣接する暗領域（長秒露光領域）側に所定量拡張される。したがって、本来明領域である画素が暗領域に誤判定されてしまい、長秒露光が施されて入射光量が飽和してしまうという不具合を回避することができ、すなわち、露光制御の境界において発生する階調の不具合や擬似輪郭の発生を回避することができる。
【００８２】
ここで図１０(b)に、明暗領域マップに対して以上のような輪郭補正が施された例を示す。同図によれば、明領域と暗領域の境界において、暗領域として判定された画素が明領域となるように、補正（輪郭補正）されていることが分かる。このように輪郭補正が施された明暗領域マップが、以降の処理において露光時間マップとして利用される。
【００８３】
ステップＳ９１４では、全画素についての処理が終了したか否かを判定し、終了している場合にはステップＳ９１５へ進み、終了していない場合には画素番号ｊに１を加えてステップＳ９１１に戻る。
【００８４】
ステップＳ９１５では、以下の式(10)〜(12)を用いて、明領域に適用するシャッタースピードＴlightを算出する。
【００８５】
はじめに、主要被写体の輝度のＡＰＥＸ値であるＢＶlightを、境界輝度値ＳＢを用いて求める。
【００８６】
ＢＶlight＝log2(ＳＢ×Ｎ／Ｋ)      ・・・(10)
次に、上記式(1)，(3)を用いて絞り値のＡＰＥＸ値ＡＶlight，ＩＳＯ感度のＡＰＥＸ値ＳＶlightを求め、これに基づいて式(11)よりシャッタースピードのＡＰＥＸ値ＴＶlightを求める。
【００８７】
ＴＶlight＝ＳＶlight＋ＢＶlight−ＡＶlight      ・・・(11)
そして最後に、明領域のシャッタースピードＴlightを算出する。このシャッタースピードＴlightが、本実施形態における短秒露光に相当する。
【００８８】
Ｔlight＝２-ＴＶlight      ・・・(12)
次にステップＳ９１６では、以下の式(13)〜(15)を用いて、暗領域に適用するシャッタースピードＴdarkを算出する。このシャッタースピードＴdarkが、本実施形態における長秒露光に相当する。
【００８９】
はじめに、主要被写体の輝度のＡＰＥＸ値であるＢＶdarkを、最大輝度値ＭＢを用いて求める。
【００９０】
ＢＶdark＝log2(ＭＢ×Ｎ／Ｋ)      ・・・(13)
次に、上記式(1)，(3)を用いて絞り値のＡＰＥＸ値ＡＶdark，ＩＳＯ感度のＡＰＥＸ値ＳＶdarkを求め、これに基づいて式(11)よりシャッタースピードのＡＰＥＸ値ＴＶdarkを求める。
【００９１】
ＴＶdark＝ＳＶdark＋ＢＶdark−ＡＶdark      ・・・(14)
そして最後に、暗領域のシャッタースピードＴdarkを算出する。
【００９２】
Ｔdark＝２-ＴＶdark      ・・・(15)
次にステップＳ９１７では、算出された明領域，暗領域にそれぞれ適用するシャッタースピード（Ｔlight，Ｔdark）を、露光時間マップに関連付けて格納する。なお、シャッタースピードの格納場所については特に限定しないが、例えば、露光時間マップに追加しても良いし、露光時間マップ内に設定した２値の値をそれぞれ、対応するシャッタースピードの値に置き換えて保持するようにしても良い。
【００９３】
以上のように本実施形態においては、まず、ＵＩによって設定された境界輝度に基づいて予備撮像データを２値化し、適用すべき露光量に応じた領域設定を行うことによって露光時間マップを作成する。そして、該露光時間マップに対して輪郭補正による領域補正を施す。そしてさらに、露光時間マップにおける各値に対応するシャッタースピードを算出しておく。
【００９４】
なお、本実施形態では予備撮像データに基づき、シャッタースピードを示す露光時間マップを作成する例を説明したが、このマップとしては画素ごとの露光量を設定できれば良いため、露光量を示すパラメータを設定した露光量マップとして作成しても良い。
【００９５】
●カラー撮像素子部１０２の詳細構成
本実施形態におけるカラー撮像素子部１０２はＣＭＯＳセンサによって構成され、上述したように作成された露光時間マップに応じてＣＭＯＳセンサを構成するトランジスタを画素ごとに駆動することで、画素毎の露光時間の長短制御を行う。
【００９６】
以下、本実施形態における露光制御、すなわち上記ステップＳ８０４におけるトランジスタ駆動パルスの生成処理を説明するに先立って、カラー撮像素子部１０２の構成および動作について詳細に説明する。
【００９７】
図１２は、カラー撮像素子部１０２の詳細構成を示すブロック図である。同図において、１２０１は撮像面である。撮像面１２０１上には、水平と垂直に配列された複数の画素１２０２が備えられている。撮像面１２０１はさらに、垂直走査回路１２０３、水平走査回路１２０４、出力回路１２０５、出力アンプ１２０６、タイミングジェネレータ１２０７等の構成要素を備える。画素１２０２の水平行毎の並びと垂直走査回路１２０３は、行選択線１２０８で結ばれている。同様に、画素１２０２の垂直列毎の並びと水平走査回路１２０４および出力回路１２０５とは、列選択線１２０９で結ばれている。
【００９８】
カラー撮像素子部１０２における撮像動作は、ピクセル露光量設定部１０３で決定された露光量設定に基づき、タイミングジェネレータ１２０７にて生成された駆動パルスに基づいて行われる。各画素１２０２は、該駆動パルスによるトランジスタの導通／非導通によって、リセット／読み出しを制御する。各画素１２０２で読み出された電荷は電圧に変換され、水平走査回路１２０４から出力回路１２０５に転送され、アンプ１２０６に出力される。
【００９９】
ここで図１３に、カラー撮像素子部（ＣＭＯＳセンサ）１０２を構成する画素１２０２の回路構成例を示す。
【０１００】
画素１２０２は、埋め込み型ＰＤ（フォトダイオード）１３０１と、４つのＮチャンネルＭＯＳトランジスタ（以下、単にトランジスタと称する）１３０２〜１３０５によって構成されている。トランジスタ１３０２，１３０４のドレインと、トランジスタ１３０３のソース接続部は、ＦＤ（フローティングディフュージョン）１３０６で構成されている。また、行信号線１３０７，１３０８、列信号線１３０９，１３１０は、各トランジスタに対する信号線を示し、ＶＤＤは電源、ＧＮＤは接地を示す。なお、信号がＨ（High）であれば各ゲートが導通し、Ｌ（Low）ならば非導通になるものとする。
【０１０１】
ＰＤ１３０１は光電変換部であり、被写体からの入射光量に応じた電荷、すなわち入射光を光電変換した電荷を蓄積する。蓄積した信号電荷は、転送ゲートと呼ばれる行転送トランジスタ１３０２あるいは、列転送トランジスタ１３０４によって、ＦＤ１３０６に完全転送されることで出力される。転送された信号電荷は、ＦＤ１３０６に蓄積される。なお、行転送トランジスタ１３０２の電位（行転送パルス）をφＴＸ１、列転送トランジスタ１３０４の電位（列転送パルス）をφＴＸ２で表すとする。
【０１０２】
トランジスタ１３０３はリセットトランジスタと呼ばれ、トランジスタ１３０３が導通することによって、ＦＤ１３０６を既定の電位（φＲＳＢ）にリセットする。このリセット動作の際に、ＦＤ１３０６の電位がφＲＳＢに対してばらつくノイズ（リセットノイズ）が発生することがある。なお、リセットトランジスタ１３０３の電位（リセットパルス）をφＲＳＴで表すとする。
【０１０３】
トランジスタ１３０５は、ソースフォロワ増幅回路を構成するものであり、ＦＤ１３０６の電位ＶＦＤに対する電流増幅を行うことで、出力インピーダンスを下げる働きをする。また、トランジスタ１３０５のドレインは列選択線１３１０に接続されており、低インピーダンス化されて、画素出力Ｖoutとして列選択線１２０９へ導出される。
【０１０４】
●ＣＭＯＳセンサ駆動方式
以下、ＣＭＯＳセンサにおける画素１２０２の駆動方式とその特性について、図１４を用いて説明する。
【０１０５】
図１４(a)は、転送ゲートであるトランジスタ１３０２、トランジスタ１３０４、リセットトランジスタ１３０３の導通／非道通を制御する形式の駆動方法を示すタイミングチャートである。同図において、ｔ11〜ｔ15はタイミングを表すものとする。
【０１０６】
図１４(a)では、タイミングｔ11で、リセットトランジスタ１３０３、および行転送トランジスタ１３０２のゲート（それぞれ、φＲＳＴ，φＴＸ１に対応）が導通になる。これにより、ＰＤ１３０１の電荷がＦＤ１３０６に完全転送されてリセットされ、ＦＤ１３０６もリセットトランジスタ１３０３のドレイン電位にリセットされる。そしてタイミングｔ12で行転送トランジスタ１３０２のゲートが非導通になることで、ＰＤ１３０１に電荷の蓄積が開始される。このとき、リセットトランジスタ１３０３は導通のままであるため、露光中にＦＤ１３０６にて発生するノイズが列転送トランジスタ１３０４のゲート導通前に除去される。なお、動作に変化のないトランジスタの状態に関する説明については、以降は省略する。
【０１０７】
そしてタイミングｔ13で、リセットトランジスタ１３０３が非導通、列転送トランジスタ１３０４のゲート（φＴＸ２に対応）が導通となり、被写体からの光に応じて蓄積されたＰＤ１３０１の電荷がＦＤ１３０６に完全転送される。そしてタイミングｔ14で、列転送トランジスタ１３０４のゲートが非導通となることでトランジスタ１３０５が導通すると、ＦＤ１３０６の電位が低インピーダンス化されて、画素出力Ｖoutとして、出力回路１２０５へ導出される。そしてタイミングｔ15で出力回路１２０５への導出が終了する。  本実施形態においては、１行内の各画素１２０２に対し、２種類のタイミングによる列転送パルスを送信することで露光時間の長短を制御する。以下、この列転送タイミングに応じた長短露光制御について、図１４(b)、図１４(c)を用いて説明する。本実施形態における長短露光制御はすなわち、列転送トランジスタ毎に２種類の導通タイミングのいずれかを与えることにより行われる。
【０１０８】
図１４(b)は、ピクセル露光量設定部１０３において、ｎ行目のｍ列〜ｍ＋４列の画素に割り当てられた露光量を示す模式図であり、白い部分が長秒露光、黒い部分が短秒露光を表す。図１４(c)は、ｎ行目のｍ列〜ｍ＋４列の画素について、行転送トランジスタ１３０２、列転送トランジスタ１３０４、リセットトランジスタ１３０３の導通／非道通を制御する形式の駆動方法を示すタイミングチャートである。
【０１０９】
図１４(c)によれば、タイミングｔ21で、ｎ行目全てのリセットトランジスタ１３０３、およびｎ行目全ての行転送トランジスタ１３０２のゲートが導通になる。これにより、ｎ行目全てのＰＤ１３０１の電荷がＦＤ１３０６に完全転送されてリセットされ、ｎ行目全てのＦＤ１３０６もリセットトランジスタ１３０３のドレイン電位にリセットされる。そしてタイミングｔ22で、ｎ行目全ての行転送トランジスタ１３０２のゲートが非導通になることで、ｎ行目全てのＰＤ１３０１に電荷の蓄積を開始する。
【０１１０】
次にタイミングｔ23で、リセットトランジスタ１３０３が非導通となる。これにより、短秒露光が割り当てられているｍ＋１，ｍ＋２，ｍ＋４列目の列転送トランジスタ１３０４のゲートが導通となり、被写体からの光が蓄積されたＰＤ１３０１の電荷がＦＤ１３０６に完全転送される。
【０１１１】
そしてタイミングｔ24で、短秒露光が割り当てられているｍ＋１，ｍ＋２，ｍ＋４列目の列転送トランジスタ１３０４のゲートが非導通となり、トランジスタ１３０５が導通する。すると、ＦＤ１３０６の電位が低インピーダンス化されて、短秒画素出力ＶoutSとして、出力回路１２０５へ導出される。また、出力回路１２０５への導出後、リセットトランジスタ１３０３が導通、列転送トランジスタ１３０４が非導通となる。そしてタイミングｔ25で、短秒画素出力ＶoutSの出力回路１２０５への導出が終了する。
【０１１２】
次にタイミングｔ26で、リセットトランジスタ１３０３が非導通となり、長秒露光が割り当てられているｍ列目とｍ＋３列目の列転送トランジスタ１３０４のゲートが導通となる。すると、被写体からの光が蓄積されたＰＤ１３０１の電荷がＦＤ１３０６に完全転送される。
【０１１３】
そしてタイミングｔ27で、長秒露光が割り当てられているｍ列目とｍ＋３列目の列転送トランジスタ１３０４のゲートが非導通となり、トランジスタ１３０５が導通する。すると、ＦＤ１３０６の電位が低インピーダンス化されて、長秒画素出力ＶoutLとして、出力回路１２０５へ導出される。そしてタイミングｔ28で、長秒画素出力ＶoutLの出力回路１２０５への導出が終了する。
【０１１４】
以上、図１４(c)に示す制御により、１行内における読み出しが行われる。このような読み出しを、行をまたがって行う場合のタイミングチャートを図１４(d)に示す。図１４(d)は、ｎ行目〜ｎ＋２行目について、行転送トランジスタ１３０２、列転送トランジスタ１３０４、リセットトランジスタ１３０３の導通／非道通を制御する形式の駆動方法を示すタイミングチャートである。
【０１１５】
図１４(d)によれば、タイミングｔ31で、ｎ行目全てのリセットトランジスタ１３０３、およびｎ行目全ての行転送トランジスタ１３０２のゲートが導通になる。これにより、ｎ行目全てのＰＤ１３０１の電荷がＦＤ１３０６に完全転送されてリセットされ、ｎ行目全てのＦＤ１３０６もリセットトランジスタ１３０３のドレイン電位にリセットされる。
【０１１６】
そしてタイミングｔ32で、ｎ行目全ての行転送トランジスタ１３０２のゲートが非導通になることで、ｎ行目全てのＰＤ１３０１に電荷の蓄積を開始する。
【０１１７】
次にタイミングｔ33で、ｎ行目全てのリセットトランジスタ１３０３が非導通となり、ｎ行目の短秒露光が割り当てられている列の列転送トランジスタ１３０４のゲートが導通となる。すると、被写体からの光が蓄積されたＰＤ１３０１の電荷がＦＤ１３０６に完全転送される。
【０１１８】
そしてタイミングｔ34で、ｎ行目の短秒露光が割り当てられている列の列転送トランジスタ１３０４のゲートが非導通となり、ｎ行目のトランジスタ１３０５が導通する。すると、ＦＤ１３０６の電位が低インピーダンス化されて、ｎ行目の短秒画素出力Ｖoutn_Sとして、出力回路１２０５へ導出される。また、出力回路１００５へ導出された後、ｎ行目全てのリセットトランジスタ１３０３が導通となる。そしてタイミングｔ35で、短秒画素出力Ｖoutn_Sの出力回路１２０５への導出が終了する。
【０１１９】
次にタイミングｔ36で、ｎ行目全てのリセットトランジスタ１３０３が非導通となり、ｎ行目の長秒露光が割り当てられている列の列転送トランジスタ１３０４のゲートが導通となり、ＰＤ１３０１の電荷がＦＤ１３０６に完全転送される。
【０１２０】
そしてタイミングｔ37で、ｎ行目の長秒露光が割り当てられている列の列転送トランジスタ１３０４のゲートが非導通となり、ｎ行目のトランジスタ１３０５が導通する。すると、ＦＤ１３０６の電位が低インピーダンス化されて、ｎ行目の長秒画素出力Ｖoutn_Lとして、出力回路１２０５へ導出される。さらに、ｎ＋１行目全てのリセットトランジスタ１３０３、およびｎ＋１行目全ての行転送トランジスタ１３０２のゲートが導通になる。これにより、ｎ＋１行目全てのＰＤ１３０１の電荷がＦＤ１３０６に完全転送されてリセットされ、ｎ＋１行目全てのＦＤ１３０６もｎ＋１行目のリセットトランジスタ１３０３のドレイン電位にリセットされる。
【０１２１】
次にタイミングｔ38で、ｎ＋１行目全ての行転送トランジスタ１３０２のゲートが非導通になることで、ｎ＋１行目全てのＰＤ１３０１に電荷の蓄積を開始する。
【０１２２】
そしてタイミングｔ39で、ｎ＋１行目のリセットトランジスタ１３０３が非導通となり、ｎ＋１行目の短秒露光が割り当てられている列の列転送トランジスタ１３０４のゲートが導通となり、ＰＤ１３０１の電荷がＦＤ１３０６に完全転送される。また、長秒画素出力Ｖoutn_Lの出力回路１２０５への導出が終了する。
【０１２３】
そしてタイミングｔ310で、ｎ＋１行目の短秒露光が割り当てられている列の列転送トランジスタ１３０４のゲートが非導通となり、ｎ＋１行目のトランジスタ１３０５が導通する。これにより、ＦＤ１３０６の電位が低インピーダンス化されて、ｎ＋１行目の短秒画素出力Ｖoutｎ＋１_Sとして、出力回路１２０５へ導出される。また、出力回路１００５へ導出された後、リセットトランジスタ１３０３が導通となる。そしてタイミングｔ311で、短秒画素出力Ｖoutｎ＋１_Sの出力回路１２０５へ導出が終了する。
【０１２４】
次にタイミングｔ312で、ｎ＋１行目のリセットトランジスタ１３０３が非導通となり、ｎ＋１行目の長秒露光が割り当てられている列の列転送トランジスタ１３０４のゲートが導通となり、ＰＤ１３０１の電荷がＦＤ１３０６に完全転送される。
【０１２５】
そしてタイミングｔ313で、ｎ＋１行目の長秒露光が割り当てられている列の列転送トランジスタ１３０４のゲートが非導通となり、ｎ＋１列目のトランジスタ１１０５が導通する。これにより、ＦＤ１３０６の電位が低インピーダンス化されて、ｎ＋１列目の長秒画素出力Ｖoutｎ＋１_Sとして、出力回路１２０５へ導出される。また、出力回路１００５へ導出された後、リセットトランジスタ１３０３が導通となる。さらに、ｎ＋２行目全てのリセットトランジスタ１３０３、およびｎ＋２行目全ての行転送トランジスタ１３０２のゲートが導通になる。これにより、ｎ＋２行目全てのＰＤ１３０１の電荷がＦＤ１３０６に完全転送されてリセットされ、ｎ＋２行目全てのＦＤ１３０６もリセットトランジスタ１３０３のドレイン電位にリセットされる。
【０１２６】
次にタイミングｔ314で、ｎ＋２行目全ての行転送トランジスタ１３０２のゲートが非導通になることで、ｎ＋２行目全てのＰＤ１３０１に電荷の蓄積を開始する。
【０１２７】
そしてタイミングｔ315で、ｎ＋２行目のリセットトランジスタ１３０３が非導通となり、ｎ＋２行目の短秒露光が割り当てられている列の列転送トランジスタ１３０４のゲートが導通となり、ＰＤ１３０１の電荷がＦＤ１１０６に完全転送される。また、長秒画素出力Ｖoutｎ＋１_Lの出力回路１２０５への導出が終了する。
【０１２８】
次にタイミングｔ316で、ｎ＋２行目の短秒露光が割り当てられている列の列転送トランジスタ１３０４のゲートが非導通となり、ｎ＋２列目のトランジスタ１３０５が導通する。これにより、ＦＤ１３０６の電位が低インピーダンス化されて、ｎ＋２列目の短秒画素出力Ｖoutn+2_Sとして、出力回路１２０５へ導出される。また、出力回路１００５へ導出された後、リセットトランジスタ１３０３が導通となる。そしてタイミングｔ317で、短秒画素出力Ｖoutn+2_Sの出力回路１２０５への導出が終了する。
【０１２９】
次にタイミングｔ318で、ｎ＋２行目のリセットトランジスタ１３０３が非導通となり、ｎ＋２行目の長秒露光が割り当てられている列の列転送トランジスタ１３０４のゲートが導通となり、ＰＤ１３０１の電荷がＦＤ１３０６に完全転送される。
【０１３０】
そしてタイミングｔ319で、ｎ＋２行目の長秒露光が割り当てられている列の列転送トランジスタ１３０４のゲートが非導通となり、ｎ＋２行目のトランジスタ１３０５が導通する。すると、ＦＤ１３０６の電位が低インピーダンス化されて、ｎ＋２列目の長秒画素出力Ｖoutn+2_Lとして、出力回路１２０５へ導出される。そしてタイミングｔ320で、長秒画素出力Ｖoutn+2_Lの出力回路１２０５への導出が終了する。
【０１３１】
●トランジスタ駆動パルス生成処理（Ｓ８０４）
以下、上記ステップＳ８０４におけるトランジスタ駆動パルスの生成処理について、図１１のフローチャートを用いて説明する。ここではすなわち、ＣＭＯＳセンサの各画素に対して上記トランジスタを制御する。
【０１３２】
まずステップＳ１１０１では、行を表す変数ｌ、列を表す変数ｑをそれぞれ０に設定する等の初期動作を行う。
【０１３３】
次にステップＳ１１０２では、行ｌに対する全ての露光時間マップの値を取得する。
【０１３４】
次にステップＳ１１０３では、ｌ行ｑ列目の画素に対し、取得した露光時間マップの値に応じたシャッタースピードが明領域のシャッタースピードであるか否かを判定し、明領域でであればステップＳ１１０４へ、そうでなければステップＳ１１０５へ進む。そしてステップＳ１１０４では、ｌ行ｑ列目の画素に対し、明領域のシャッタースピードに対応する、列転送トランジスタ１３０４の駆動パルス（列転送パルス１）を割り当てる。同様にステップＳ１１０５では、ｌ行ｑ列目の画素に対し、暗領域のシャッタースピードに対応する、列転送トランジスタ１３０４の駆動パルス（列転送パルス２）を割り当てる。
【０１３５】
そしてステップＳ１１０６では、行中の全ての列について列転送パルスの割り当てが行われたか否かを判定し、行われていれば列を表す変数ｑを０に設定してステップＳ１１０７へ進み、そうでなければ変数ｑに１を加えてステップＳ１１０３へ戻る。
【０１３６】
ステップＳ１１０７では、ｌ行目の画素に対し、行転送トランジスタ１３０２およびリセットトランジスタ１３０３の駆動パルスを生成し、垂直走査回路１２０３に送信する。また、ステップＳ１１０４，Ｓ１１０５で割り当てた列転送トランジスタ１３０４の駆動パルスを生成し、水平走査回路１２０４に送信する。
【０１３７】
そしてステップＳ１１０８では、全ての行に対して駆動パルスの送信が行われたか否かを判定し、行われていれば処理を終了するが、そうでなければ行を表す変数ｌに１を加えてステップＳ１１０２へ戻る。
【０１３８】
●ゲイン補正処理（Ｓ２０７）
以下、上記ステップＳ２０７におけるゲイン補正処理について、図１５のフローチャートを用いて説明する。
【０１３９】
まずステップＳ１５０１では、画素番号ｊに０を設定することや、本撮像結果、並びに長秒，短秒の露光時間のシャッタースピードＴdark，Ｔlightをそれぞれ取得すると共に、メモリ確保等の初期化動作を行う。
【０１４０】
次にステップＳ１５０２では、露光時間の比を算出する。すなわち、露光時間マップにおける、明領域の短秒露光に対応するシャッタースピードＴlightと、暗領域の長秒露光に対応するシャッタースピードＴdarkの比αを、以下のように算出する。
【０１４１】
α＝Ｔdark／Ｔlight      ・・・(16)
次にステップＳ１５０３では、全画素の露光時間マップを取得する。
【０１４２】
そしてステップＳ１５０４では、画素番号ｊの露光時間が短秒であるか否かを判定し、短秒露光、すなわちシャッタースピードがＴlightであればステップＳ１５０５へ、そうでなければステップＳ１５０６へ進む。
【０１４３】
ステップＳ１５０５では、画素番号ｊの画素値Ｐjと露光時間比αに基づき、以下の式(17)によってゲイン演算を行った後、ステップＳ１５０６へ進む。
【０１４４】
Ｐj＝α×Ｐj      ・・・(17)
ステップＳ１５０６では画素値Ｐjを記録する。そしてステップＳ１５０７で、全ての画素に対して処理を行ったか否かを判定し、行っていれば処理を終了し、そうでなければ画素番号を表すｊに１を加えてステップＳ１５０４へ戻る。
【０１４５】
以上説明したように本実施形態によれば、以下のような効果が得られる。
【０１４６】
まず、予備撮像によって作成した露光時間マップに基づき、列転送トランジスタ毎に露光時間の長短に応じた２種類の導通タイミングのいずれかを与えることによって、画素毎の長短露光制御を行うことを可能とする。この際に、明領域と暗領域との境界である輪郭領域において、明領域を暗領域側に拡張するような補正を施すことによって、輪郭領域における階調の不具合や擬似輪郭の発生を回避し、より高画質なＨＤＲ画像をワンショットの撮影で得ることができる。
【０１４７】
また、予備撮像時の被写体の輝度を用いて各画素の露光時間を割り当てることで、白トビ、黒ツブレが発生しない、広いダイナミックレンジ撮像を行うことが可能となる。
【０１４８】
また、露光時間による露光量制御を行うため、撮影時の感度を任意に設定することができる。したがって、様々なダイナミックレンジの被写体に対応することが可能となる。
【０１４９】
さらに、一度の撮影でＨＤＲ画像を取得することが可能であるため、特に動体撮影時の合成による位置ズレ等の問題が解決される。
【０１５０】
また、固定パターンの感度配置によるＨＤＲ撮像と比較して、解像度が低下する、あるいは、被写体輝度に適さない短秒露光になった際のノイズ増加等の問題も回避できる。
【０１５１】
＜第２実施形態＞
以下、本発明に係る第２実施形態について説明する。
【０１５２】
上述した第１実施形態においては、カラー撮像素子部１０２の各ライン上の各画素に対し、２種類のタイミングによる列転送パルスを送信して長短露光を制御する例を示した。第２実施形態においては、２種類のリセットタイミングと１種類の列転送パルスによって長短露光制御を行い、画素読み出しの高速化を実現することを特徴とする。なお、第２実施形態における撮像装置１およびそのカラー撮像素子部（ＣＭＯＳセンサ）１０２の構成は上述した第１実施形態と同様であるため、同一番号を参照するものとして説明を省略する。
【０１５３】
●ＣＭＯＳセンサ駆動方式
第２実施形態における長短露光は、行転送トランジスタ１３０２とリセットトランジスタ１３０３、あるいは列転送トランジスタ１３０４とリセットトランジスタ１３０３、による２種類のリセットタイミングのいずれかを与えることによって制御される。
【０１５４】
以下、第２実施形態のＣＭＯＳセンサにおける画素１２０２の駆動方式とその特性について、図１６を用いて説明する。図１６は、転送ゲートであるトランジスタ１３０２、トランジスタ１３０４、リセットトランジスタ１３０３の導通／非道通を制御する形式の駆動方法を示すタイミングチャートである。同図において、ｔ41〜ｔ418はタイミングを表すものとするが、ｔ320は上述した第１実施形態との比較用に記載したものであり、第２実施形態における動作タイミングとは無関係である。以下、上述した第１実施形態とは異なる動作のみについて説明を行うとし、共通する部分についての説明は省略する。
【０１５５】
図１６によれば、タイミングｔ41で、ｎ行目全てのリセットトランジスタ１３０３、およびｎ行目全ての行転送トランジスタ１３０２のゲートが導通になる。これにより、ｎ行目全てのＰＤ１３０１の電荷がＦＤ１３０６に完全転送されてリセットされ、ｎ行目全てのＦＤ１３０６もリセットトランジスタ１３０３のドレイン電位にリセットされる。そしてタイミングｔ42で、ｎ行目全ての行転送トランジスタ１３０２のゲートが非導通になることで、ｎ行目全てのＰＤ１３０１に電荷の蓄積を開始する。
【０１５６】
次にタイミングｔ43で、ｎ＋１行目全てのリセットトランジスタ１３０３、およびｎ＋１行目全ての行転送トランジスタ１３０２のゲートが導通になる。これにより、ｎ＋１行目全てのＰＤ１３０１の電荷がＦＤ１３０６に完全転送されてリセットされ、ｎ＋１行目全てのＦＤ１３０６もリセットトランジスタ１３０３のドレイン電位にリセットされる。そしてタイミングｔ44で、ｎ＋１行目全ての行転送トランジスタ１３０２のゲートが非導通になることで、ｎ＋１行目全てのＰＤ１３０１に電荷の蓄積を開始する。
【０１５７】
次にタイミングｔ45で、ｎ行目の短秒露光が割り当てられている列の列転送トランジスタ１３０４のゲートが導通となる。これにより、ｎ行目の短秒露光が割り当てられている列のＰＤ１３０１の電荷がＦＤ１３０６に完全転送されてリセットされ、ｎ行目の短秒露光が割り当てられている列のＦＤ１３０６もリセットトランジスタ１３０３のドレイン電位にリセットされる。そしてタイミングｔ46で、ｎ行目の短秒露光が割り当てられている列の列転送トランジスタ１３０４が非導通になることで、ｎ行目の短秒露光が割り当てられている列のＰＤ１３０１に電荷の蓄積を開始する。
【０１５８】
次にタイミングｔ47で、ｎ＋２行目全てのリセットトランジスタ１３０３、およびｎ＋２行目全ての行転送トランジスタ１３０２のゲートが導通になる。これにより、ｎ＋２行目全てのＰＤ１３０１の電荷がＦＤ１３０６に完全転送されてリセットされ、ｎ＋２行目全てのＦＤ１３０６もリセットトランジスタ１３０３のドレイン電位にリセットされる。そしてタイミングｔ48で、ｎ行目全てのリセットトランジスタ１３０３が非導通となり、ｎ行目全ての行転送トランジスタ１３０２のゲートが導通となり、被写体からの光がＰＤ１３０１の電荷がＦＤ１３０６に完全転送される。
【０１５９】
次にタイミングｔ49で、ｎ＋２行目全ての行転送トランジスタ１３０２のゲートが非導通になることで、ｎ＋２行目全てのＰＤ１３０１に電荷の蓄積を開始する。そしてタイミングｔ410で、ｎ行目全ての行転送トランジスタ１３０２のゲートが非導通となり、ｎ行目のトランジスタ１３０５が導通する。すると、ＦＤ１３０６の電位が低インピーダンス化されて、ｎ行目の画素出力Ｖoutnとして出力回路１２０５に導出される。また、ｎ＋１行目の短秒露光が割り当てられている列の列転送トランジスタ１３０４のゲートが導通となる。これにより、ｎ＋１行目の短秒露光が割り当てられている列のＰＤ１３０１の電荷がＦＤ１３０６に完全転送されてリセットされ、ｎ＋１行目の短秒露光が割り当てられている列のＦＤ１３０６もリセットトランジスタ１３０３のドレイン電位にリセットされる。
【０１６０】
次にタイミングｔ411で、ｎ＋１行目の短秒露光が割り当てられている列の列転送トランジスタ１３０４が非導通になることで、ｎ＋１行目の短秒露光が割り当てられている列のＰＤ１３０１に電荷の蓄積を開始する。そしてタイミングｔ412で、ｎ＋１行目全てのリセットトランジスタ１３０３が非導通となり、ｎ＋１行目全ての行転送トランジスタ１３０２のゲートが導通となる。これにより、被写体からの光を蓄積したＰＤ１３０１の電荷がＦＤ１３０６に完全転送される。
【０１６１】
次にタイミングｔ413で、ｎ＋１行目全ての行転送トランジスタ１３０２のゲートが非導通となり、ｎ＋１列目全てのトランジスタ１３０５が導通する。すると、ＦＤ１３０６の電位が低インピーダンス化されて、ｎ行目の画素出力Ｖoutn+1として、出力回路１２０５へ導出される。また、ｎ＋２行目の短秒露光が割り当てられている列の列転送トランジスタ１３０４のゲートが導通となる。これにより、ｎ＋２行目の短秒露光が割り当てられている列のＰＤ１３０１の電荷がＦＤ１３０６に完全転送されてリセットされ、ｎ＋１行目の短秒露光が割り当てられている列のＦＤ１３０６もリセットトランジスタ１３０３のドレイン電位にリセットされる。そしてタイミングｔ414で、ｎ＋２行目の短秒露光が割り当てられている列の列転送トランジスタ１３０４が非導通になることで、ｎ＋２行目の短秒露光が割り当てられている列のＰＤ１３０１に電荷の蓄積を開始する。
【０１６２】
次にタイミングｔ415で、ｎ＋２行目全てのリセットトランジスタ１３０３が非導通となり、ｎ＋２行目全ての行転送トランジスタ１３０２のゲートが導通となり、被写体からの光がＰＤ１３０１の電荷がＦＤ１３０６に完全転送される。そしてタイミングｔ416で、ｎ＋２行目全ての行転送トランジスタ１３０２のゲートが非導通となり、ｎ＋２行目全てのトランジスタ１３０５が導通する。これにより、ＦＤ１３０６の電位が低インピーダンス化されて、画素出力Ｖoutn+2として、出力回路１２０５へ導出される。
【０１６３】
そしてタイミングｔ417で、画素出力Ｖoutn+2の出力回路１２０５への導出が終了する。ここで、上述した第１実施形態における画素駆動方式によれば、図１４(d)に示すｔ320のタイミングで、ｎ＋２行目における短秒および長秒の画素出力が終了する。第２実施形態におけるｎ＋２行目の全出力終了のタイミングｔ417は、図１６に示すように第１実施形態の出力終了タイミングｔ320と比較すると、かなり短縮されていることが分かる。
【０１６４】
以上説明したように第２実施形態によれば、行転送トランジスタ１３０２とリセットトランジスタ１３０３、あるいは列転送トランジスタ１３０４とリセットトランジスタ１３０３、による２種類のリセットタイミングを用いる。すなわち、ＣＭＯＳセンサの各画素に対して２種類のリセットタイミングのいずれかを与えることによって、長短露光の制御を実現する。この際に、１行の画素出力Ｖoutを一度で導出できる、すなわち１行の読み出しが一度で行えるため、上述した第１実施形態と比べて１フレームあたりの読み出し時間を短縮できる。また、列転送トランジスタに対しては１種類の列転送パルスによる導通制御を行えば良いため、トランジスタ制御にかかる負荷ならびにメモリを軽減することができる。
【０１６５】
また、短秒長秒にかかわらず、ＰＤ１３０１の電荷がＦＤ１３０６に完全転送される前に、ＦＤ１３０６は必ずリセットトランジスタ１３０３のドレイン電位にリセットされているため、露光中にＦＤ１３０６で発生するノイズを除去することができる。
【０１６６】
＜第３実施形態＞
以下、本発明に係る第３実施形態について説明する。
【０１６７】
第３実施形態においても上述した第２実施形態と同様に、カラー撮像素子部１０２の各ライン上の各画素に対し、２種類のリセットタイミングを与えることによって長短露光制御を行が、列転送パルスを不要とする。なお、第３実施形態における撮像装置１の構成は上述した第１実施形態と同様であるが、カラー撮像素子部（ＣＭＯＳセンサ）１０２における画素１２０２の構成が異なる。
【０１６８】
●カラー撮像素子部１０２の画素構成
図１７は、第３実施形態におけるカラー撮像素子部（ＣＭＯＳセンサ）１０２を構成する画素１２０２の回路構成例を示すブロック図である。以下、上述した第１実施形態とは異なる動作のみについて説明を行うとし、共通する部分についての説明は省略する。
【０１６９】
図１７において、画素１２０２は、埋め込み型ＰＤ１８０１と、４つのＮチャンネルＭＯＳトランジスタ（以下、単にトランジスタと称する）１８０２〜１８０５によって構成されている。トランジスタ１８０２，１８０４のドレインと、トランジスタ１８０３、１８０４のソース接続部は、ＦＤ（フローティングディフュージョン）１８０６で構成されている。また、行信号線１８０７，１８０８、列信号線１８０９，１８１０は、各トランジスタに対する信号線を示し、ＶＤＤは電源、ＧＮＤは接地を示す。なお、信号がＨ（High）であれば各ゲートが導通し、Ｌ（Low）ならば非導通になるものとする。
【０１７０】
ＰＤ１８０１は光電変換部であり、被写体からの入射光量に応じた電荷、すなわち入射光を光電変換した電荷を蓄積する。蓄積した信号電荷は、転送ゲートと呼ばれる行転送トランジスタ１８０２によってＦＤ１８０６に完全転送されることで出力される。転送された信号電荷は、ＦＤ１８０６に蓄積される。なお、行転送トランジスタ１８０２の電位をφＴＸで表すとする。
【０１７１】
トランジスタ１８０３は行リセットトランジスタと呼ばれ、トランジスタ１８０３が導通することによって、ＦＤ１８０６を既定の電位（φＲＳＢ１）にリセットする。またトランジスタ１８０４は列リセットトランジスタと呼ばれ、トランジスタ１８０４が導通することによって、ＦＤ１８０６を既定の電位（φＲＳＢ２）にリセットする。これらのリセット動作の際に、ＦＤ１８０６の電位がφＲＳＢ１またはφＲＳＢ２に対してばらつくノイズ（リセットノイズ）が発生することがある。なお、行リセットトランジスタ１８０３の電位（行リセットパルス）をφＲＳＴ１，列リセットトランジスタ１８０４の電位（列リセットパルス）をφＲＳＴ２で表すとする。
【０１７２】
トランジスタ１８０５は、ソースフォロワ増幅回路を構成するものであり、ＦＤ１８０６の電位ＶＦＤに対する電流増幅を行うことで、出力インピーダンスを下げる働きをする。また、トランジスタ１８０５のドレインは列選択線１８１０に接続されており、低インピーダンス化されて、画素出力Ｖoutとして列選択線１２０９へ導出される。
【０１７３】
図１７に示すように第３実施形態の画素１２０２は、列転送トランジスタに代えて列リセットトランジスタ１８０４を備えることを特徴とする。
【０１７４】
●ＣＭＯＳセンサ駆動方式
第３実施形態における長短露光は、行転送トランジスタ１８０２と行リセットトランジスタ１８０３、あるいは行転送トランジスタ１８０２と列リセットトランジスタ１８０４、による２種類のリセットタイミングのいずれかを与えることによって制御される。
【０１７５】
以下、第３実施形態のＣＭＯＳセンサにおける画素１２０２の駆動方式とその特性について、図１８を用いて説明する。図１８は、転送ゲートであるトランジスタ１８０２、行リセットトランジスタ１８０３、列リセットトランジスタ１８０４の導通／非道通を制御する形式の駆動方法を示すタイミングチャートである。同図において、ｔ61〜ｔ618はタイミングを表すものとする。
【０１７６】
図１８によれば、タイミングｔ61で、ｎ行目全ての行リセットトランジスタ１８０３、およびｎ行目全ての行転送トランジスタ１８０２のゲートが導通になる。これにより、ｎ行目全てのＰＤ１８０１の電荷がＦＤ１８０６に完全転送されてリセットされ、ｎ行目全てのＦＤ１８０６も行リセットトランジスタ１８０３のドレイン電位にリセットされる。そしてタイミングｔ62で、ｎ行目全ての行リセットトランジスタ１８０３のゲートが非導通になることで、ｎ行目全てのＰＤ１８０１に蓄積された電荷がＦＤ１８０６に転送される。
【０１７７】
次にタイミングｔ63で、ｎ＋１行目全ての行リセットトランジスタ１８０３、およびｎ＋１行目全ての行転送トランジスタ１８０２のゲートが導通になる。これにより、ｎ＋１行目全てのＰＤ１８０１の電荷がＦＤ１８０６に完全転送されてリセットされ、ｎ＋１行目全てのＦＤ１８０６も行リセットトランジスタ１８０３のドレイン電位にリセットされる。そしてタイミングｔ64で、ｎ＋１行目全ての行リセットトランジスタ１８０３のゲートが非導通になることで、ｎ＋１行目全てのＰＤ１８０１の電荷がＦＤ１８０６に転送される。
【０１７８】
次にタイミングｔ65で、ｎ行目の短秒露光が割り当てられている列のリセットトランジスタ１８０４のゲートが導通となり、ｎ行目の短秒露光が割り当てられている列のＦＤ１８０６の電荷が行リセットトランジスタ１８０３のドレイン電位にリセットされる。そしてタイミングｔ66で、ｎ行目の短秒露光が割り当てられている列のリセットトランジスタ１８０４が非導通になることで、ｎ行目の短秒露光が割り当てられている列の電荷はＦＤ１８０６に転送される。
【０１７９】
次にタイミングｔ67で、ｎ＋２行目全ての行リセットトランジスタ１８０３、およびｎ＋２行目全ての行転送トランジスタ１８０２のゲートが導通になる。これにより、ｎ＋２行目全てのＰＤ１８０１の電荷がＦＤ１８０６に完全転送されてリセットされ、ｎ＋２行目全てのＦＤ１８０６も行リセットトランジスタ１８０３のドレイン電位にリセットされる。そしてタイミングｔ68で、ｎ＋２行目全ての行リセットトランジスタ１８０３のゲートが非導通になることで、ｎ＋２行目全てのＰＤ１８０１の電荷はＦＤ１８０６に転送される。
【０１８０】
次にタイミングｔ69で、ｎ行目全ての行転送トランジスタ１８０２のゲートが非導通となり、ｎ行目のトランジスタ１８０５が導通すると、ＦＤ１８０６の電位が低インピーダンス化されて、ｎ行目の画素出力Ｖoutnとして出力回路１２０５へ導出される。また、ｎ＋１行目の短秒露光が割り当てられている列のリセットトランジスタ１８０４のゲートが導通となり、ｎ＋１行目の短秒露光が割り当てられている列のＦＤ１８０６の電荷が行リセットトランジスタ１８０３のドレイン電位にリセットされる。
【０１８１】
次にタイミングｔ610で、ｎ＋１行目の短秒露光が割り当てられている列の列リセットトランジスタ１８０４が非導通になることで、ｎ＋１行目の短秒露光が割り当てられている列の電荷はＦＤ１８０６に転送される。そしてタイミングｔ611で、画素出力Ｖoutnの出力回路１２０５への導出が終了する。
【０１８２】
次にタイミングｔ612で、ｎ＋１行目全ての行転送トランジスタ１８０２のゲートが非導通となり、ｎ＋１行目のトランジスタ１８０５が導通する。これにより、ＦＤ１８０６の電位が低インピーダンス化されて、ｎ＋１行目の画素出力Ｖoutn+1として、出力回路１２０５へ導出される。また、ｎ＋２行目の短秒露光が割り当てられている列のリセットトランジスタ１８０４のゲートが導通となり、ｎ＋２行目の短秒露光が割り当てられている列のＦＤ１８０６の電荷が行リセットトランジスタ１８０３のドレイン電位にリセットされる。
【０１８３】
次にタイミングｔ613で、ｎ＋２行目の短秒露光が割り当てられている列の列リセットトランジスタ１８０４が非導通になることで、ｎ＋２行目の短秒露光が割り当てられている列の電荷はＦＤ１８０６に転送される。そしてタイミングｔ614で、画素出力Ｖoutn+1の出力回路１２０５へ導出が終了する。
【０１８４】
次にタイミングｔ615で、ｎ＋２行目全ての行転送トランジスタ１８０２のゲートが非導通となり、ｎ＋２列目のトランジスタ１８０５が導通する。これにより、ＦＤ１８０６の電位が低インピーダンス化されて、ｎ＋２行目の画素出力Ｖoutn+2として、出力回路１２０５へ導出される。そしてタイミングｔ616で、画素出力Ｖoutn+2の出力回路１２０５への導出が終了する。
【０１８５】
以上説明したように第３実施形態によれば、行転送トランジスタ１８０２と行リセットトランジスタ１８０３、あるいは行転送トランジスタ１８０２と列リセットトランジスタ１８０４、による２種類のリセットタイミングを用いる。すなわち、ＣＭＯＳセンサの各画素に対して２種類のリセットタイミングのいずれかを与えることによって、長短露光の制御を実現する。この際に、１行の画素出力Ｖoutを一度で導出できる、すなわち１行の読み出しが一度で行えるため、上述した第１実施形態と比べて１フレームあたりの読み出し時間を短縮することができる。
【０１８６】
尚本発明は、前述した実施形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムを、システムあるいは装置に直接あるいは遠隔から供給し、そのシステムあるいは装置のコンピュータが該供給されたプログラムコードを読み出して実行することによっても達成される。なお、この場合のプログラムとは、実施形態において図に示したフローチャートに対応したコンピュータ可読のプログラムである。
【図１】
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【図２】
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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１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図３】
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【図１０】
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