(57)【要約】【課題】画像の品質を保ちながら、無駄のない信号読出しを行い、省電力化することができる固体撮像装置の信号読出し方法を提供。【解決手段】ディジタルカメラ１０は、予備撮像における測光評価値を算出し（ステップＳ１４）、あらかじめ設定した所定の閾値と測光評価値との比較によりシーン判別を行って、それぞれの制御を選択する（ステップＳ１６）。測光評価値が所定の閾値より小さいとき、ダイナミックレンジの狭いシーンと判別して、主感光領域と従感光領域の信号電荷を混合して読み出す制御を行い、測光評価値が所定の閾値以上のとき、主感光領域と従感光領域の信号電荷をそれぞれ独立して読み出す制御を行う。【選択図】　　　　図１
2004128537.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主感光領域と該主感光領域より小さい面積の従感光領域とを含み入射光を信号電荷に変換する受光素子が複数、２次元アレイ状に配設された固体撮像素子から前記信号電荷を読み出して、該信号電荷から生成した画素データに信号処理を施す固体撮像装置の信号読出し方法において、該方法は、
前記固体撮像装置における測光を行う予備撮像にて前記固体撮像素子が形成する撮像面を複数に分割し、該分割された領域のそれぞれから得られた画素データを用いて、前記予備撮像による被写界に対する輝度分布を求め、該被写界のシーンを評価する測光評価値を算出する第１の工程と、
前記入射光の再現範囲をダイナミックレンジとし、所定のダイナミックレンジの有効性を表す所定の閾値と前記測光評価値とを比較して前記シーンを判別する第２の工程と、
前記測光評価値が前記所定の閾値より小さい場合、前記主感光領域と前記従感光領域で得られるそれぞれの信号電荷を一つの受光素子として混合して読み出す制御を前記固体撮像素子に対して行う第３の工程と、
前記測光評価値が前記所定の閾値以上の場合、前記主感光領域と前記従感光領域で得られるそれぞれの信号電荷を独立に読み出す制御を前記固体撮像素子に対して行う第４の工程とを含むことを特徴とする固体撮像装置の信号読出し方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、第２の工程は、さらに、前記測光評価値が前記所定の閾値以上を示す前記分割領域の数が所定の数以上あるか否かに応じて第３の工程と第４の工程のいずれか一方を選択することを特徴とする固体撮像装置の信号読出し方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の方法において、第３の工程の選択は、前記主感光領域と前記従感光領域にそれぞれ対応して得られる画素データに施す２系統の信号処理のうち、一方の系統における信号処理を動作させ、他方の系統における信号処理および該信号処理した画素データの混合による広ダイナミックレンジ化処理を停止制御する第５の工程を含むことを特徴とする固体撮像装置の信号読出し方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば、光電変換する受光素子を画素ずらし配置した、いわゆるハニカム配置の固体撮像装置からの信号を読み出す方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
固体撮像装置には、モアレ等の偽信号が発生することがある。また、画素の高集積化を行いながら、受光する光量を増やすことにより受光効率の向上を図ることができる固体撮像装置が提案されている（特許文献１を参照）。この固体撮像装置は、画像の空間サンプリングの最適化ももたらす新規な構造を提供する。
この構造を、いわゆるハニカム画素配列という。
【０００３】
このハニカム画素配列は、各画素間の距離をピッチとすると、たとえば、行方向および／または列方向に半ピッチずらして配置する配列である。この画素配置にともなって、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ）型の固体撮像素子では、垂直方向の転送レジスタが各画素を迂回するように蛇行して形成されている。画素は、それぞれ実際に存在する画素（実画素）に対して色フィルタセグメントが割り当てられている。画素（受光素子）では、色フィルタセグメントからの透過光を光電変換して色属性を有する信号電荷を垂直方向の垂直転送レジスタに読み出す。固体撮像装置では、この垂直転送方向に直交する水平転送レジスタを介してＱ／Ｖ変換された電圧信号、すなわちアナログ信号を出力する。
【０００４】
このアナログ信号には、信号処理が施される。供給される実画素の色を考慮して画素データの相関を求める。信号処理では、色を設定し、同色の相関の高い画素データ同士を用いて画素の実在しない位置における画素データ、すなわち仮想画素における画素データと、実在する異色の画素での画素データとが算出される。相関が強い方向の画素データを用いて画素補間処理が行われる。この画素補間処理は、偽信号の発生を抑制することができる。また、画素データの広帯域化処理も施して解像力も高めている。
【０００５】
さらに、このハニカム画素配列を用いて、より一層高解像な画像の生成や生成される画像信号を広ダイナミックレンジ化する提案が行われている。これは、たとえば、固体撮像装置において一つの受光素子における感光領域を分割し、大きさの異なる主感光領域と従感光領域を設けて、それぞれの領域から独立に信号電荷を読み出す制御を行って、感光領域の感度差を用いて広ダイナミックレンジ化を行い、また、通常の読出しでは、両領域の信号電荷を混合してこれまでと同じ読出しが行われるように制御されることが提案されている。
【０００６】
広ダイナミックレンジ化にともなう処理では、上述した感度差と各感光領域の飽和で決定されている。広ダイナミックレンジ化処理を行う際に、固体撮像装置は、たとえば一つの受光素子における信号電荷の読出しにおいて、単に、主感光領域から信号電荷を読み出し、従感光領域から信号電荷を読み出すインターレース的な読出しを行っている。広ダイナミックレンジ化処理は、一つの受光素子が有する感光領域を独立に読み出して得られた画素データを加算して入射光量の再現範囲を拡大させている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１０−１３６３９１号公報。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、固体撮像装置は、本撮像を行う前に撮影する被写体に対する予備撮像で測光を行い、ＡＥ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　Ｅｘｐｏｓｕｒｅ）制御やＡＦ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　Ｆｏｃｕｓｉｎｇ）制御を光学系に行っている。固体撮像装置は、この測光において、輝度分布を評価している。この評価結果によっては、上述した広ダイナミックレンジ化処理を行わなくても済む輝度分布（シーン）の場合もある。
【０００９】
しかしながら、固体撮像装置は、広ダイナミックレンジ化処理の有無に関わらず、前述した信号電荷読出しが行われている。固体撮像装置を適用したディジタルカメラは、現在、受光素子（画素）をより一層の高画素化する傾向にあり、高品質な画像を生成することが望まれている。これにともない信号読出しに要する時間の短縮や信号処理の高速化が進む状況にあることから、この状況を満たすため、処理にあたり高電圧の印加が要求され、結果として消費電力が増大する傾向にある。
【００１０】
また、ディジタルカメラは、小型、軽量で携帯性が重要な機能の一つで、電源には電池が利用されている。このようにディジタルカメラにおける信号処理にともなう電力の状況と電源環境とはトレードオフの相反する関係にある。電池の使用を優先させることから、固体撮像装置には、電力の省力化が強く望まれている。
【００１１】
本発明はこのような従来技術の欠点を解消し、画像の品質を保ちながら、無駄のない信号読出しを行い、省電力化することができる固体撮像装置の信号読出し方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は上述の課題を解決するために、主感光領域と該主感光領域より小さい面積の従感光領域とを含み入射光を信号電荷に変換する受光素子が複数、２次元アレイ状に配設された固体撮像素子から信号電荷を読み出して、この信号電荷から生成した画素データに信号処理を施す固体撮像装置の信号読出し方法において、固体撮像装置における測光を行う予備撮像にて固体撮像素子が形成する撮像面を複数に分割し、この分割された領域のそれぞれから得られた画素データを用いて、予備撮像による被写界に対する輝度分布を求め、この被写界のシーンを評価する測光評価値を算出する第１の工程と、入射光の再現範囲をダイナミックレンジとして、所定のダイナミックレンジの有効性を表す所定の閾値と測光評価値とを比較してシーンを判別する第２の工程と、測光評価値が所定の閾値より小さい場合、主感光領域と従感光領域で得られるそれぞれの信号電荷を一つの受光素子として混合して読み出す制御を前記固体撮像素子に対して行う第３の工程と、測光評価値が所定の閾値以上の場合、主感光領域と従感光領域で得られるそれぞれの信号電荷を独立に読み出す制御を固体撮像素子に対して行う第４の工程とを含むことを特徴とする。
【００１３】
本発明の固体撮像装置の信号読出し方法は、予備撮像における測光評価値を算出し、あらかじめ設定した所定の閾値と測光評価値との比較によりシーン判別を行って、測光評価値が所定の閾値より小さいとき、入射光の再現範囲が所定のダイナミックレンジよりも狭いシーンと判別して、主感光領域と従感光領域で得られるそれぞれの信号電荷を混合して読み出す制御を行う。また、測光評価値が所定の閾値以上のとき、入射光の再現範囲が所定のダイナミックレンジよりも広いシーンを含むと判別して、主感光領域と従感光領域で得られるそれぞれの信号電荷を独立して読み出す制御を行う。これにより、輝度分布に応じた信号読出し制御が固体撮像装置に行われ、混合読出し制御が行われると、独立読出しに比べて読み出す回数を半分に減らし、読出し時間を短縮することができる。また、混合読出し制御により、変換した信号電荷を有効に用いることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に添付図面を参照して本発明による固体撮像装置の一実施例を詳細に説明する。
【００１５】
本実施例は、本発明の固体撮像装置をディジタルカメラ１０に適用した場合である。本発明と直接関係のない部分について図示および説明を省略する。以下の説明で、信号はその現れる接続線の参照番号で指示する。
【００１６】
ディジタルカメラ１０には、図２に示すように、光学系１２、撮像部１４、前処理部１６、信号処理部１８、システム制御部２０、操作部２２、タイミング信号発生器２４、ドライバ２６、モニタ２８およびストレージ３０が含まれる。光学系１２には、図示しないが、光学系レンズ、ズーム機構、絞り調節機構、およびオートフォーカス（ＡＦ：　Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　Ｆｏｃｕｓ）調節機構が含まれている。
【００１７】
ズーム機構は、図示しないが被写界の画角を調整する。ＡＦ調節機構は、複数の光学レンズの配置を自動的に変位調節して被写体を焦点の合った位置関係に調節する機構である。機構のそれぞれには、上述した位置に光学レンズを移動させるためモータが配設されている。これらの機構は、各モータにドライバ２６からそれぞれ供給される駆動信号２６ａに応動して動作している。
【００１８】
絞り調節機構は、具体的に図示しないが入射光量を調節するＡＥ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　Ｅｘｐｏｓｕｒｅ）調節機構であり、ドライバ２６からの駆動信号２６ｂに応じてリング部を回転させる。リング部は、羽根を部分的に重ならせてアイリスの形状を丸く形成し、入射する光束を通すようにアイリスを形成する。このようにして絞り調節機構はアイリスの口径を変えている。絞り調節機構は、メカニカルシャッタをレンズシャッタとして光学系レンズに組み込んでもよい。
【００１９】
メカニカルシャッタは、撮像部１４に撮影のとき以外に光が照射されないように遮光するとともに、露光の開始と終了により露光時間を決める機能を有している。メカニカルシャッタには、たとえば一眼レフカメラで使用されているようなフォーカルプレン式がある。この方式は、シャッタ幕が縦または横に走り、この瞬間にできるスリットで露光を行うものである。また、上述したようにレンズシャッタ式を用いてもよい。メカニカルシャッタは、ドライバ２６から供給される駆動信号２６ｃに応じてシャッタを開閉する。
【００２０】
撮像部１４は、光学ローパスフィルタ１４ａおよび色フィルタが配された固体撮像素子１４ｂを備えている。光学ローパスフィルタ１４ａは、入射光の空間周波数をナイキスト周波数以下にするフィルタである。固体撮像素子１４ｂの要部を図３に示す。固体撮像素子１４ｂは、電荷結合素子（ＣＣＤ：　Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ）である。図３（ａ）に示すように、受光素子１４０は同一の行方向に対する画素ピッチをＸＰに、同一の列方向に対する画素ピッチはＹＰに配設され、さらに隣接する受光素子同士の画素ピッチはそれぞれ、ＸＰ／２，　ＹＰ／２に配設されている。このように配設することにより、受光素子１４０は、稠密に配設される。また、固体撮像素子１４ｂは、この配設の間に垂直転送レジスタ１４２を形成している。垂直転送レジスタ１４２は、各受光素子１４０を迂回するから、蛇行しているように形成されている。
【００２１】
受光素子１４０は、図３（ｂ）に示すように、一つの受光素子１４０における八角形の感光領域が分離部１４０ａで分割されている。分割された感光領域は、相対的に広い感光領域を主感光領域１４０ｂと狭い感光領域を従感光領域１４０ｃとする。受光素子１４０には、感光領域の上に感光領域を覆うように入射光を遮光する遮光膜１４４がハッチングで示す領域に形成されている。遮光膜１４４には、入射光を取り込むための開口領域１４６が形成されている。遮光膜１４４は、図示していないが、垂直転送レジスタ１４２も完全に覆うように形成されている。受光素子１４０は、主感光領域１４０ｂと従感光領域１４０ｃが占める面積により感度に差をもたせている。
【００２２】
固体撮像素子１４ｂにもドライバ２６から駆動信号２６ｄが供給されている。駆動信号２６ｄは、固体撮像素子１４ｂの動作モードや読出し制御に応じてフィールドシフトパルス、水平駆動信号φＨ、垂直駆動信号φＶおよびＯＦＤ（Ｏｖｅｒ　Ｆｌｏｗ　Ｄｒａｉｎ）信号等が供給される。
【００２３】
本実施例では、受光素子１４０は、図示しないが、主感光領域１４０ｂと従感光領域１４０ｃに蓄積した信号電荷をそれぞれ、独立に読み出すため各領域に対して別々に電極が形成されている。各電極に供給するフィールドシフトパルスは、読出し制御に応じて同じタイミングで供給する場合とそれぞれのタイミングで供給する場合がある。前者の場合が混合読出しであり、後者の場合が独立読出しである。
【００２４】
なお、固体撮像素子１４ｂは、独立読出しにおいて飽和量を考慮して主感光領域１４０ｂから先に信号電荷を読み出して、次に従感光領域１４０ｃから信号電荷を読み出している。固体撮像素子１４ｂは、一つの受光素子に対して上述した順序で各領域の信号電荷が独立にインターレース読出しされている。
【００２５】
固体撮像素子１４ｂは、読出し制御に応じて得られたアナログ電圧信号１４ｃを前処理部１６に出力する。前処理部１６には、ノイズ除去に相関二重サンプリング（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ　Ｄｏｕｂｌｅ　Ｓａｍｐｌｉｎｇ：　ＣＤＳ）回路、ゲイン調整アンプ（ＧＣＡ：　Ｇａｉｎ　ＣｏｎｔｒｏｌｌｅｄＡｍｐｌｉｆｉｅｒ）、およびＡ／Ｄ変換器（Ａｎａｌｏｇ−ｔｏ−Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）が含まれている。ＣＤＳ回路には、タイミング信号発生器２４からサンプリング信号としてＣＤＳパルス２４ａが供給され、Ａ／Ｄ変換器には、変換クロック信号２４ｂが供給されている。前処理部１６は、供給されるアナログ信号１４ｃに対してノイズ除去、波形整形、ディジタル化を行って得られた撮像データのすべてをディジタルデータ１６ａとして信号処理部１８に出力する。
【００２６】
信号処理部１８は、図４に示すように、画像メモリ１８０ａ，　１８０ｂ、ＷＢ（Ｗｈｉｔｅ　Ｂａｌａｎｃｅ）ゲイン部１８２ａ，　１８２ｂ、ガンマ変換部１８４ａ，　１８４ｂ、画像加算部１８６、同時化処理部１８８、補正部１９０、圧縮／伸長処理部１９２および画像縮小部１９４を含んでいる。
また、信号処理部１８には、図示しないがこの他に信号発生回路も含まれている。
【００２７】
信号処理部１８には、システム制御部２０から制御信号２０ａが供給されている。信号処理部１８の図示しない信号発生回路は制御信号２０ａに応動して動作する。信号発生回路は、複数の周波数を生成することができるＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ　Ｌｏｃｋｅｄ　Ｌｏｏｐ）回路を有している。信号発生回路は、源発の発振周波数を基準クロックとして逓倍して複数種類のクロック信号を生成し、図示しないがシステム制御部２０およびタイミング信号発生器２４に出力している。
【００２８】
一方、信号処理部１８には、タイミング信号発生器２４からタイミング信号２４ｃが供給されている。このタイミング信号は、水平同期信号ＨＤ、垂直同期信号ＶＤおよび後述する各部の動作クロック等を含んでいる。
【００２９】
画像メモリ１８０ａ，　１８０ｂは、バッファメモリである。画像メモリ１８０ａ，　１８０ｂには、画像データ１６ａが入力され、一時的に記憶される。一つの画像を撮影する場合、たとえば画像メモリ１８０ａには受光素子１４０の内、主感光領域１４０ｂから得られる画素データ１６ａまたは受光素子１４０として混合された画素データ１６ａが格納され、画像メモリ１８０ｂには従感光領域１４０ｃから得られる画素データ１６ａが格納される。
画像メモリ１８０ａ，　１８０ｂは、システム制御部２０からの制御信号２０ａに応じて書込み／読出し制御が行われる。画像メモリ１８０ａ，　１８０ｂでは、受光素子の位置を考慮した間引き読出し等も行われる。
【００３０】
また、画像メモリ１８０ａ，　１８０ｂは、同じ画素データを繰り返して読み出す場合、不揮発性メモリを用いることが好ましい。画像メモリ１８０ａは、ＷＢゲイン部１８２ａ、ガンマ変換部１８４ａ、画像加算部１８６、同時化処理部１８８、補正部１９０、圧縮／伸長処理部１９２および画像縮小部１９４とそれぞれ、接続されている。画像メモリ１８０ｂは、ＷＢゲイン部１８２ｂおよびガンマ変換部１８４ｂとそれぞれ、接続されている。画像メモリ１８０ａ，　１８０ｂは、制御信号２０ａに応じて一時的に格納した画素データをＷＢゲイン部１８２ａ，　１８２ｂにそれぞれ出力する。
【００３１】
ＷＢゲイン部１８２ａ，　１８２ｂは、供給される画素データに対するホワイトバランス調整・ゲイン補正を行う機能を有している。ＷＢゲイン部１８２ａ，　１８２ｂは、システム制御部２０の制御により調整した画素データをガンマ補正部１８４ａ，　１８４ｂにそれぞれ、送る。
【００３２】
ガンマ変換部１８４ａ，　１８４ｂには、たとえばガンマ補正用のルックアップテーブルが含まれている。ガンマ変換部１８４ａ，　１８４ｂは、供給される画像データをテーブルのデータを用いてガンマ補正する機能を有している。ガンマ変換部１８４ａには、システム制御部２０の制御に応じてガンマ補正処理と処理した画像データの画像加算部１８６に対する出力および同時化処理部１８８への出力のいずれかが行われる。ガンマ変換部１８４ａは、補正した画素データ１８ａとしてシステム制御部２０に出力する。
ガンマ変換部１８４ｂには、システム制御部２０の制御に応じてガンマ補正処理と処理した画像データの画像加算部１８６に対する出力および動作停止のいずれかが行われる。
【００３３】
画像加算部１８６は、供給される画像データを各受光素子１４０に対応させて加算する機能を有している。この加算機能が広ダイナミックレンジ化をもたらす。広ダイナミックレンジ化については後段で説明する。画像加算部１８６は、システム制御部２０の制御に応じて加算結果を同時化処理部１８８に出力する。
【００３４】
同時化処理部１８８は、供給される加算結果を用いて画素補間処理および色補間処理を行う機能を有している。画素補間処理は、受光素子１４０の画素ずらし配列にともない生じる受光素子のない空領域、仮想画素の補間を行う。画素補間処理には、生成した画素データを広帯域化する機能を含んでもよい。色補間処理は、単板色フィルタの使用により三原色ＲＧＢの内、画素データが一色にしか対応していないので、他の二色に対応する画素データを生成し、全画素に対応して三原色ＲＧＢを揃える（同時化）。同時化処理部１８８は、システム制御部２０の制御に応じて補正部１９０に出力する。
【００３５】
補正部１９０は、プレーンな３色の画像データを基に色差マトリクス処理、輪郭強調処理およびゲイン調整等の補正処理を施す機能を有している。色差マトリクス処理は、供給される画素データと所定の係数を用いて輝度データＹと色データＣｂ，　Ｃｒや色差データ　（Ｂ−Ｙ），　（Ｒ−Ｙ）を生成する。補正部１９０は、さらに生成した画像データに対して階調補正、輪郭強調処理およびゲイン調整を施す。補正部１９０は、システム制御部２０の制御に応じて生成した画像データを圧縮／伸長処理部１９０に供給する。
【００３６】
圧縮／伸長処理部１９０は、静止画や動画（ムービ）モードにおいて供給される画像データにＪＰＥＧ（Ｊｏｉｎｔ　Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃ　ｃｏｄｉｎｇ　Ｅｘｐｅｒｔｓ　Ｇｒｏｕｐ）やＭＰＥＧ（Ｍｏｖｉｎｇ　Ｐｉｃｔｕｒｅ　ｃｏｄｉｎｇ　Ｅｘｐｅｒｔｓ　Ｇｒｏｕｐ）−１，　ＭＰＥＧ−２等の規格でそれぞれ、圧縮処理を施す。圧縮／伸長処理部１９０は、システム制御部２０の制御に応じて圧縮処理した画像データ１８ｂをストレージ部３０に送って記録する。圧縮／伸長処理部１９０では、ストレージ部３０に記録した画像データ１８ｂをシステム制御部２０の制御に応じて読み出して伸長処理が施される。この伸長処理は、圧縮処理の逆処理である。
【００３７】
画像縮小部１９２は、供給される画像データのサイズを考慮して間引き処理を行い、モニタ２８の表示サイズ・表示形式データに調整する機能を有している。画像縮小部１９２は、システム制御部２０の制御に応じて調整された画像データ１８ｃをモニタ２８に供給する。
【００３８】
図２に戻って、システム制御部２０は、カメラ全体の汎用な部分やディジタル処理を行う部分を制御するマイクロコンピュータまたはＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）である。　システム制御部２０は、評価値算出機能部２００を含んでいる。システム制御部２０は、操作部２２から供給されるモード信号２２ａに応じてディジタルカメラ１０を静止画撮影モードまたは動画撮影モードに設定する。システム制御部２０は、この設定するモード信号２２ａと、図示しないレリーズシャッタボタンから撮像タイミングを報知するトリガ信号２２ｂとを受けて、測光が行われ、この測光により得られた画素データ１８ａを信号処理部１８から取り込む。
【００３９】
評価値算出機能部２００には、絞り値・シャッタ速度を算出する演算回路が含まれている。評価値算出機能部２００は、供給される画像データ１８ａを基に輝度分布の演算処理により測光の評価値を算出する。測光の評価値は、単に積算値を示す場合もあれば、後述するような評価関数Ｐの値を示す場合もある。本実施例で測光の評価値は、評価関数Ｐの値を用いてシーンの特性判別を行っている。評価値算出機能部２００は、シーンの特性判別において算出した測光評価値と所定の閾値とを比較し、絞り値・シャッタ速度および被写界のシーンに対して広ダイナミックレンジ化を行うか否かを判断する。
【００４０】
なお、評価値算出部２００は、システム制御部２０への配設に限定することなく、信号処理部１８に配設するようにしてもよい。この場合、信号処理部１８は、ガンマ補正した画像データ１８ａでなく、演算により算出した積算値１８ａをシステム制御部２０に供給する。
【００４１】
システム制御部２０は、評価値算出機能部２００での絞り値・シャッタ速度および判断結果に応じた制御信号２０ａ，　２０ｂ，　２０ｃをそれぞれ生成する。生成した制御信号２０ａ，　２０ｂ，　２０ｃは、システム制御部２０により信号電荷読出しを一つの受光素子１４０に対する独立読出し制御および混合読出し制御のいずれかに応じて生成されている。これら制御信号２０ａ，　２０ｂ，　２０ｃは、それぞれ、信号処理部１８、タイミング信号発生器２４およびドライバ２６に供給される。システム制御部２０は、信号処理部１８内におけるライン補間や信号発生回路に対する制御、および信号処理を行う上での制御をも考慮した制御信号２０ａを生成する。また、図示しないが、システム制御部２０は、前処理部１６、ストレージ３０における読出し／書込み制御も行っている。
【００４２】
操作部２２には、モード選択部およびレリーズシャッタボタンが含まれている。
モード選択部は、静止画撮影モードと動画撮影モードの内、いずれのモードにするかの選択を行う。モード選択部は、選択したモード信号２２ａをシステム制御部２０に出力する。レリーズシャッタボタンは、２段階のストロークを有するボタンで、第１段のストロークでディジタルカメラ１０を予備撮像の段階（Ｓ１）にし、第２段のストロークで本撮像の段階（Ｓ２）にするトリガ信号２２ｂをシステム制御部２０に出力する。操作部２２には、この他、ズーム選択スイッチおよび十字ボタンを設けてもよく、液晶表示パネルに表示される条件を選択する機能を持たせてもよい。
【００４３】
タイミング信号発生器２４は、信号処理部１８から供給されるクロック信号（図示せず）を基準にシステム制御部２０から供給される制御信号２０ｂに応じてタイミング信号を生成する。タイミング信号は、垂直同期信号、水平同期信号、フィールドシフトパルス、垂直転送信号、水平転送信号および電子シャッタパルスならびにＣＤＳパルス２４ａおよび変換クロック信号２４ｂ等がある。
【００４４】
タイミング信号発生器２４は、本実施例においてフィールドシフトパルスを独立読出し制御と混合読出し制御に応じた異なるタイミングと同時タイミングで供給するように生成している。タイミング信号発生器２４は、これら生成した垂直同期信号、水平同期信号、フィールドシフトパルス、垂直転送信号、水平転送信号および電子シャッタパルスを含むタイミング信号２４ｄを動作に応じてそれぞれ、ドライバ２６に供給し、ＣＤＳパルス２４ａおよび変換クロック信号２４ｂを前処理部１６に供給している。信号処理部１８には、タイミング信号２４ｃが供給されている。
【００４５】
ドライバ２６は、供給されるタイミング信号２４ｄや制御信号２０ｃを基に駆動信号２６ａ，　２６ｂ，　２６ｃ，　２６ｄを生成する駆動回路を有している。ドライバ２６は、制御信号２０ｃを基に駆動信号２６ａ，　２６ｂを光学系１２の光学レンズおよび絞り調節機構にそれぞれ供給してＡＦ調節やＡＥ調節を行わせる。ドライバ２６は、レリーズシャッタボタンから供給される本撮像のタイミングに応動してメカニカルシャッタの開閉を行う駆動信号２６ｃをメカニカルシャッタに出力する。また、ドライバ２６は、タイミング信号２４ｄを基に生成した駆動信号２６ｄを固体撮像素子１４ｂに供給し、各受光素子１４０の主感光領域１４０ｂと従感光領域１４０ｃに信号電荷を露光期間中に蓄積させ、蓄積した信号電荷を前述した条件に応じた制御により独立または同時に垂直転送レジスタ１４２に読み出して、水平転送レジスタに転送させ、さらに水平転送レジスタ、出力アンプを経てアナログ電圧信号１４ｃを出力している。
【００４６】
モニタ２８には、信号処理部１８からの画像データ１８ｃが供給される。モニタ２８には、一般的に液晶モニタが用いられる。液晶モニタには、液晶表示コントローラが配設されている。液晶コントローラは、画像データ１８ｃを基に液晶分子の並び方や電圧の印加によりスイッチング制御している。この制御により液晶モニタは、画像を表示する。モニタ２８は、液晶モニタに限定されず、小型、画像の確認および電力の消費が抑えられる表示機器であれば十分に用いることができることは言うまでもない。
【００４７】
ストレージ３０は、半導体メモリ等を記録媒体として用いて、信号処理部１８から供給される画像データ１８ｂを記録する。記録媒体には、光ディスクや光磁気ディスク等を用いてもよい。ストレージ３０は、各記録媒体に適したピックアップやピックアップと磁気ヘッドを組み合わせて記録再生用ヘッドを用いてデータの書込み／読出しを行う。データの書込み／読出しは、図示しないがシステム制御部２０の制御に応じて行われる。
【００４８】
ディジタルカメラ１０は、予備撮影モードで測光した画素データから固体撮像素子１４ｂの信号電荷を独立読出しおよび混合読出しのいずれかで制御を行い、本撮影し、上述した各読出しに応じて信号処理を施し、画像を生成している。これにより、ディジタルカメラ１０における動作や信号処理を省力化している。
【００４９】
次にディジタルカメラ１０の動作について図１を参照しながら説明する。ディジタルカメラ１０は、電源投入後、図示しないが初期設定を行い、動作モードを静止画撮影モードにしている場合である。ディジタルカメラ１０は、一般にこの設定後、モニタ２８に動画（ムービ）表示を行っているが、処理の説明を簡単にするためこの表示を行わせる説明を省略する。
【００５０】
システム制御部２０では、操作部２２にてレリーズシャッタボタンが半押し　（Ｓ１）されたか否かを判断する（ステップＳ１０）。半押しされていない場合（ＮＯ）、この判断を繰り返す。また、半押しされている場合（ＹＥＳ）、システム制御部２０では操作部２２から半押しを表すトリガ信号２２ｂを受けて、予備撮像のモードに移行する。
【００５１】
次にシステム制御部２０では、予備撮像に応じた制御信号２０ａ，　２０ｂ，　２０ｃを出力して測光を行う（ステップＳ１２）。この場合、固体撮像素子１４ｂに対する信号電荷読出しは、たとえば独立読出し制御で行う。固体撮像素子１４ｂは、受光素子１４０を２次元状に配列させて形成された撮像面（図示せず）を６４（８×８）に分割して、分割した領域の受光素子からそれぞれ信号電荷の独立読出しを行う。ここでの独立読出しでは、たとえば、主感光領域の信号電荷だけを読み出す。読み出した信号電荷に対応したアナログ電圧信号１４ｃが前処理部１６でディジタル信号に変換され、画素データ１６ａとして信号処理部１８に供給される。そして、信号処理部１８では、ＷＢゲイン処理およびガンマ補正処理の施された画素データ１８ａがシステム制御部２０に供給される。
【００５２】
評価値算出機能部２００では、初期の絞り値・シャッタ速度により供給された画素データ１８ａの内、次の本撮像における絞り値・シャッタ速度が適正露出として決定される（ステップＳ１４）。
【００５３】
ところで、固体撮像素子１４ｂにおける主感光領域１４０ｂと従感光領域１４０ｃの光電特性には、図５に示す関係がある。図５の光電特性は、横軸に入射光量、縦軸に出力信号レベルを採っている。出力信号レベルは、Ａ／Ｄ変換後の量子レベルである。主感光領域１４０ｂの光電特性４０が感度および飽和出力をそれぞれ、１に規格化すると、従感光領域１４０ｃの光電特性４２が示すように感度と飽和出力は、それぞれ、たとえば１／ａ倍と１／ｂ倍である。そして、決定した適性露出により図５に示すように、主感光領域１４０ｂからの画素データが再現可能な最大入射光量ｃが求められる。これに対して、従感光領域１４０ｃの画素データは、感度に対する飽和出力で表されるダイナミックレンジがａ／ｂ倍に拡大することがわかる。
【００５４】
ここで、広ダイナミックレンジ化処理の効果を検討する。広ダイナミックレンジ化処理は、最大入射光量ｃを有する画素データが全体で６４個の測光した画素データの中に所定の数以上あるとき有効性を発揮する。逆に所定の数より少ないと、折角、処理を行ってもその効果が薄く、さらには、この処理により得られる画像を軟調にしてしまいかねない。
【００５５】
このような観点から、広ダイナミックレンジ化処理が有効か否かの判断を行う（ステップＳ１６）。広ダイナミックレンジ化処理が有効な場合（ＹＥＳ）、システム制御部２０は本撮像における信号電荷読出しを独立読出し制御にして制御信号２０ａ，２０ｂ，　２０ｃの生成に進む（ステップＳ１８へ）。また、広ダイナミックレンジ化処理の効果がない場合（ＮＯ）、システム制御部２０は本撮像における信号電荷読出しを混合読出し制御にして制御信号２０ａ，　２０ｂ，　２０ｃの生成に進む（ステップＳ２０へ）。
【００５６】
広ダイナミックレンジ化処理を行うか否かの判断手順を以下のように行う。手順は、最初に、６４個の領域画素データにおける最大値を最大評価値として求める。次に求めた最大評価値を入射光量のピークとして正確に捉えて評価関数に反映させるため最大入射光量ｃをとの比較を行う。これを反映して、（（最大評価値）／ｌｏｇ２ｃ）の演算を行う。
【００５７】
一方、求めた最大評価値を用いて設定値Ｂをあらかじめ設定する。設定値Ｂは、たとえば最大評価値の３／４に設定する。さらに、最大評価値、最大入射光量ｃおよび設定値Ｂを用いて、評価関数Ｐは、
【００５８】
【数１】
2004128537.tif 000003
とする。広ダイナミックレンジ化処理は、画像の全領域に施されるから、効果が発揮される領域がその画像中にどれだけ存在するかという点も広ダイナミックレンジ化処理を決定する重要な要因である。評価関数Ｐは、式（１）に示すように、上述した２つの要因の積で表している。
【００５９】
本実施例では、６４個の領域画素データの中で８個を効果をもたらす数と設定している。これは、全領域の内、１／８の領域が設定値Ｂ以上の評価値が検出されるとき、領域に関する有効性があることを意味する。
【００６０】
なお、本実施例の評価関数Ｐは、一例であり、この評価関数に限定されるものではない。
【００６１】
評価関数Ｐは、算出した評価関数Ｐの値が、所定の閾値Ｌより大きいとき、システム制御部２０は広ダイナミックレンジ化の処理に進む。また、評価関数Ｐの値が、所定の閾値Ｌ以下のとき、システム制御部２０は広ダイナミックレンジ化を行わず、これまでと同じ信号処理（通常の信号処理）の制御にする。
【００６２】
システム制御部２０は本撮像における信号電荷読出しを独立読出し制御にして制御信号２０ａ，　２０ｂ，　２０ｃを生成し、本撮像（Ｓ２）を行う（ステップＳ１８）。本撮像（Ｓ２）の操作ない場合（ＮＯ）、この操作が行われるまで待機する。本撮像操作が行われた場合（ＹＥＳ）、露出を行い、露出終了後の信号電荷読出しに進む（ステップＳ２２へ）。信号電荷読出しを独立読出し制御により主感光領域１４０ｂの信号電荷を先に順次読出しして、この後に従感光領域１４０ｃの信号電荷を順次読出しする（ステップＳ２２）。したがって、この順次読出しでは、２フレームの読出し時間がかかる。
【００６３】
次に固体撮像素子１４ｂから読み出した信号を画素データにして、広ダイナミックレンジ化信号処理を行う（ステップＳ２４）。広ダイナミックレンジ化信号処理は、図４に示したように、画像メモリ１８０ａ，　１８０ｂにそれぞれ、主感光領域１４０ｂの画素データと、従感光領域１４０ｃの画素データとを格納する。ＷＢゲイン部１８２ａ，　１８２ｂは、画像メモリ１８０ａ，　１８０ｂの画素データにホワイトバランス調整・ゲイン調整を行ってガンマ変換部１８４ａ，　１８４ｂに送る。　ガンマ変換部１８４ａ，　１８４ｂは、システム制御部２０の制御により入力イネーブル状態にされて、画素データを取り込み、ガンマ補正をこれらの画素データに施す。そして、ガンマ変換部１８４ａ，　１８４ｂは、画像加算部１８６に供給する。
【００６４】
画像加算部１８６は、主感光領域１４０ｂと従感光領域１４０ｃを加算することにより、再現可能な入射光量の範囲は、ｌｏｇ２ｃ＋ｌｏｇ２（ａ／ｂ）＝ｌｏｇ２（ａ／ｂ）ｃになる。真数は、図５の光電特性４２が示す範囲を満足する。このように画素データに対する広ダイナミックレンジ化処理が行われる。
【００６５】
なお、画像加算部１８６は、加算比率や加算時の規格化係数をシーンによって制御するようにしてもよい。
【００６６】
さらに、これらの画素データは、システム制御部２０の制御信号２０ａに応じて信号処理部１８の同時化処理部１８８に供給され、この処理後、補正部１９０に供給される。補正部１９０の処理により画像データが得られる。
【００６７】
また、前述したように、広ダイナミックレンジ化処理の効果がない場合（ＮＯ）、システム制御部２０は、本撮像における信号電荷読出しを混合読出し制御にして制御信号２０ａ，　２０ｂ，　２０ｃを生成し、本撮像（Ｓ２）を行う（ステップＳ２０）。本撮像（Ｓ２）の操作ない場合（ＮＯ）、この操作が行われるまで待機する。本撮像操作が行われた場合（ＹＥＳ）、露出を行い、露出終了後の信号電荷読出しに進む（ステップＳ２６へ）。信号電荷読出しを混合読出し制御により主感光領域１４０ｂと従感光領域１４０ｃとに蓄積した信号電荷を垂直転送レジスタ１４２に同時に読み出す（ステップＳ２６）。　垂直転送レジスタ１４２には、パケットが一つ形成されているので、蓄積した信号電荷が混合される。
【００６８】
次に固体撮像素子１４ｂから読み出した信号１４ｃを画素データ１６ａにして、通常の信号処理を行う（ステップＳ２８）。この信号処理では、画像メモリ１８０ｂ、　ＷＢゲイン部１８２ｂ、ガンマ変換部１８４ｂおよび画像加算部１８６を用いなくて済むので、動作・機能を停止させる。混合読出し制御を行い、このように動作・機能を停止することにより、無駄な広ダイナミック化を防ぐだけでなく、軟調な画像の生成を回避することができ、不要な電力消費を抑えることができる。ディジタルカメラ１０において、これらの画素データは、システム制御部２０の制御信号２０ａに応じて同時化処理部１８８および補正部１９０でそれぞれ、処理が施された画像データが得られる。この混合読出しにより、受光素子としての感度を向上させ、かつ得られる信号のＳ／Ｎも良くすることができる。
【００６９】
広ダイナミックレンジ化信号処理および通常の信号処理は、生成した画像データに対して圧縮／伸長処理部１９２にて圧縮処理を施した後、ストレージ３０にこの処理された画像データを保存（記録）する（ステップＳ３０）。なお、信号処理部１８の画像縮小部１９４では、生成した画像データに対して間引き処理を施してッモニタ２８に表示させている。
【００７０】
この保存後、一枚の静止画撮影を終了する。また、図示していないが、連写する場合、広ダイナミックレンジ化処理を行わない、通常の信号処理では、処理手順が少ないので、広ダイナミックレンジ化処理をすべての場合で行っていた読出し時間に比べて読出し時間が半分と短くて済むことから、連写時間を早めることができる。
【００７１】
以上のように構成することにより、広ダイナミックレンジ化処理の効果を判断して、有効な場合と無効な場合とに応じて独立読出し制御と混合読出し制御をそれぞれ行わせ、前者の制御により、広ダイナミックレンジ化処理が画像データに施され、後者の制御により、読出し時間を短縮させることができるとともに、無駄な処理を行わないように動作させることができる。
【００７２】
また、混合読出し制御に応じて通常の信号処理を行わせ、この信号処理に不要な構成要素の動作・機能を停止させることにより、電力消費を抑えることができる。さらに、画素を混合して読み出すことにより、受光素子としての感度を向上させ、かつ得られる信号のＳ／Ｎも良くすることができる。混合読出し制御による読出し時間の短縮は連写における速度向上にも寄与することができる。
【００７３】
【発明の効果】
このように本発明の固体撮像装置の信号読出し方法によれば、輝度分布に応じたシーン判別を行って、信号読出し制御が固体撮像装置に行われる。この際に、混合読出しの制御が行われると、独立読出しに比べて読み出す回数を減らすことができる。これは、信号読出しに要する時間の短縮を意味し、これにともない消費電力の省力化や連写における速度向上に寄与することができる。また、混合読出し制御により、変換した信号電荷を有効に用いることができるので、この場合、固体撮像装置の感度アップや信号のＳ／Ｎを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の固体撮像装置の信号読出し方法を適用したディジタルカメラにおける静止画撮影の動作手順を説明するフローチャートである。
【図２】図１の信号読出し方法が適用されるディジタルカメラの概略的な構成を説明するブロック図である。
【図３】図２のディジタルカメラにおける固体撮像素子の受光素子を説明する図である。
【図４】図２のディジタルカメラにおける信号処理部の概略的な構成を説明するブロック図である。
【図５】図２のディジタルカメラにおける広ダイナミックレンジ化処理を説明する図である。
【符号の説明】
１０　ディジタルカメラ
１２　光学系
１４　撮像部
１４ｂ　固体撮像素子
１６　前処理部
１８　信号処理部
２０　システム制御部
２２　操作部
２４　タイミング信号発生器
２６　ドライバ
１８０ａ，　１８０ｂ　画像メモリ
１８２ａ，　１８２ｂ　ＷＢゲイン部
１８４ａ，　１８４ｂ　ガンマ変換部
１８６　画像加算部
【図１】
2004128537.tif 000004
【図２】
2004128537.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
2004128537.tif 000008