(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
露光した光を電荷に変換して蓄積する光電変換素子が複数マトリクス状に配設された光
電変換部と、前記各光電変換素子の露光時間の制御を行う電子シャッタ機能とを備えた撮
像素子を有する撮像装置であって、
前記光電変換部の露光領域を複数の領域に分割する領域分割手段と、
前記複数の領域の各領域毎に、前記電子シャッタ機能で制御する露光時間を設定する露
光時間設定手段と、
前記光電変換部の前記各領域における前記光電変換素子の構成する各画素から、各領域
毎に設定された露光時間の露光により蓄積された電荷から構成される画素信号をそれぞれ
独立に読み出す画素信号読出手段と、
前記読出手段によって前記各領域から読み出された画素信号から構成される画素データ
に基づき、撮像画像データを出力する撮像画像データ出力手段と、
前記複数の領域における隣り合う領域間で重複する領域部分に対し、一方の領域におけ
る画素信号の読出処理において所定のダミー処理を実行して、前記隣り合う領域の露光期
間を調整する露光期間調整手段と、を備えることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記露光領域における前記分割された各領域の範囲を指定する基準信号を生成する分割
領域基準信号生成手段を備えることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
前記領域分割手段によって、前記露光領域を、注目する被写体を含む領域と含まない領
域とに分割したときに、前記各領域から読み出される画素信号から構成される画素データ
に基づき、前記注目する被写体を含む領域の範囲を、当該注目する被写体の変化に応じて
自動的に変更する領域範囲変更手段を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２記載
の撮像装置。
【請求項４】
前記所定のダミー処理は、前記重複する領域に対する各画素の蓄積電荷を空にするリセ
ット動作の制御処理を含み、
前記リセット動作の制御処理は、前記重複する領域の一方のリセット動作を実行し、他
方のリセット動作を実行させない処理であることを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項５】
前記撮像画像データ出力手段は、前記各領域毎に読み出された画素信号から構成される
画素データを合成して撮像画像データを生成し、当該生成した撮像画像データを出力する
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記撮像画像データ出力手段は、前記各領域毎に読み出された画素信号から構成される
画素データを、各領域毎に別々に出力することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいず
れか１項に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記光電変換部の露光領域全体に対して、前記露光時間設定手段で露光時間を設定し、
当該設定された露光時間で露光された各画素から前記画素信号読出手段で画素信号の読み
出しを行う通常読出動作モードと、前記光電変換部の露光領域を前記領域分割手段で複数
に分割し、当該分割後の各領域に対して、前記露光時間設定手段で前記各領域毎に露光時
間を設定し、当該設定された各露光時間で露光された各画素から前記画素信号読出手段で
画素信号の読み出しを行う分割読出動作モードとを備えることを特徴とする請求項１乃至
請求項６のいずれか１項に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像素子及び撮像装置に係り、特に、撮像領域内に含まれる撮像対象の内容に応じた露光時間で撮像対象を撮像することが可能な撮像素子及び撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、車載カメラにおいては、例えばＶＧＡサイズ（６４０画素×４８０画素）の撮像素子を用い、車両前方を撮影する。そして、撮像画像の領域を上下に分けて（下側の方が広くなるように分ける）、下側の画像だけを認識領域として使用することが多い。即ち、車載カメラで撮像される撮像対象のうち下側の画像は主に路面の画像、ガードレールの画像、前方の車両の画像等が含まれている。従って、車載カメラの撮像画像の下側の画像を解析して、センターライン、ガードレール、前方の車両等を監視する。例えば、センターラインのみを監視する場合は、例えば下側の画像領域を６４０×２００と上側よりも狭くして、解析画素数を減らすことで画像解析処理にかかる負荷を軽くしている。
【０００３】
また、例えば、監視カメラにおいては、一般的に固定位置に設置されるカメラを用いて、例えば建物の出入り口全体とその周辺を撮影して不審人物等の侵入の監視を行っている。このように監視を用途とする場合は、不審人物の認識等のため非常にコントラストの高い画像を撮影する必要があることから、ワイドダイナミックレンジカメラが使用されることがある。
【０００４】
ワイドダイナミックレンジカメラの撮像素子に関する従来技術として、例えば、特許文献１に記載の撮像装置、特許文献２に記載の固体撮像素子、並びに特許文献３に記載の固体撮像装置および固体撮像装置の駆動方法がある。
特許文献１に記載の撮像装置は、複数の各画素が増幅型の光電変換素子を備えた撮像装置において、露光時間の異なる複数の画素信号を読み出し、露光時間の長い一の画素信号の中から飽和画素信号を検出した場合に、該飽和画素信号を露光時間のより短い該画素の非飽和画素信号と置換することでワイドダイナミックレンジ化を実現するものである。
【０００５】
また、特許文献２に記載の固体撮像装置は、光電変換素子を画素として行列状に２次元に配列した受光部に対して、水平有効期間内でタイミングの異なる第１及び第２の読み出し信号を出力する垂直走査回路と、水平有効期間内で２度のスタート信号を入力する水平走査回路とを設け、２度の読み出し動作を水平走査期間内で時間をずらして行うようにして、垂直信号線を複数設けることなく、独立に取り出すように構成することでワイドダイナミックレンジ化を実現するものである。
【０００６】
また、特許文献３に記載の固体撮像装置および固体撮像装置の駆動方法は、１フレームを任意に３分割し、そのうち２期間の信号をそれぞれ独立に出力する。この２期間の一方において出力された信号から生成される画像が、電荷の蓄積時間の長い、低照度の領域を鮮明に撮った画像となるようにし、他方において出力された信号から生成される画像が、蓄積規間の短い、高照度の領域を高ダイナミックレンジで飽和せずに撮った画像となるようにする。そして、これら撮影された各画像を合成することにより、ワイドダイナミックレンジ化を実現するものである。
【特許文献１】特開平５―２２６７０号公報
【特許文献２】特開平７―３８８１５号公報
【特許文献３】特開２００３−１９８９４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１〜３の従来技術にあっては、ワイドダイナミックレンジ化は可能であるが、例えば、背景に対して上側又は下側等にある監視対象に動きがある場合に、この監視対象の動きにフレームレート（露光時間）を合わせると、撮像画像は、背景が黒つぶれし背景内容を認識することができない画像となってしまうといった問題が生じる恐れがある。一方、背景に露光を合わて撮像を行うと、フレームレートが遅く（露光時間が長く）なるため、撮像画像は、監視対象の動きが認識できない画像になるといった問題が生じる恐れがある。
【０００８】
そこで、本発明は、このような従来の技術の有する未解決の課題に着目してなされたものであって、露光領域を分割することで撮像領域内に含まれる撮像対象の内容に応じた露光時間で撮像対象を撮像することが可能な撮像素子及び撮像装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
〔形態１〕  上記目的を達成するために、形態１の撮像素子は、
露光した光を電荷に変換して蓄積する光電変換素子が複数マトリクス状に配設された光電変換部と、前記各光電変換素子の露光時間の制御を行う電子シャッタ機能とを備えた撮像素子であって、
前記光電変換部の露光領域を複数の領域に分割する領域分割手段と、
前記複数の領域の各領域毎に、前記電子シャッタ機能で制御する露光時間を設定する露光時間設定手段と、
前記光電変換部の前記各領域における前記光電変換素子の構成する各画素から、各領域毎に設定された露光時間の露光により蓄積された電荷から構成される画素信号をそれぞれ独立に読み出す画素信号読出手段と、を備えることを特徴としている。
【００１０】
このような構成であれば、領域分割手段によって、前記光電変換部の露光領域を複数の領域に分割することが可能であり、露光時間設定手段によって、前記複数の領域の各領域毎に、前記電子シャッタ機能で制御する露光時間を設定することが可能であり、画素信号読出手段によって、前記光電変換部の前記各領域における前記光電変換素子の構成する各画素から、各領域毎に設定された露光時間の露光により蓄積された電荷から構成される画素信号をそれぞれ独立に読み出すことが可能である。
【００１１】
従って、被写体（例えば、動きのある）及びそれに比して非常に暗いもしくは逆に明るい背景から構成される撮像対象に対して、露光領域を複数の領域に分割し、各領域毎に、露光時間を設定できる。すなわち、被写体を含まない領域に対しては、背景内容を認識可能な撮像画像を得る露光時間で露光した各画素の画素信号を読み出すことで、背景内容を認識できる輝度レベルの背景画像から構成される領域画像を得ることができる。例えば、背景が暗い場合は、長露光時間で露光した各画素の画素信号を読み出し、逆に背景が明るい場合は、短かい露光時間で露光した各画素の画素信号を読み出すことができる。一方、前記動きのある被写体を含む領域に対して、前記背景画像の露光時間と異なる露光時間で画素信号を読み出すことで、被写体を含む領域画像に対して最適な露出が得られ、更に前記背景画像を読み出すフレームレートと異なるフレームレートで被写体を含む領域画像を得ることができる。
【００１２】
これにより、例えば、背景が暗い場合は、十分な露光時間で露光された領域画像（非飽和）と、高速なフレームレートで得られた、動きのある被写体を含む領域画像とを得ることができるので、例えば、これらの画像を合成することで、背景と被写体とのコンストラストが高く、且つ動きのある被写体を鮮明に捉えた画像を生成することができるという効果が得られる。
【００１３】
〔形態２〕  一方、上記目的を達成するために、形態２の撮像装置は、
露光した光を電荷に変換して蓄積する光電変換素子が複数マトリクス状に配設された光電変換部と、前記各光電変換素子の露光時間の制御を行う電子シャッタ機能とを備えた撮像素子を有する撮像装置であって、
前記光電変換部の露光領域を複数の領域に分割する領域分割手段と、
前記複数の領域の各領域毎に、前記電子シャッタ機能で制御する露光時間を設定する露光時間設定手段と、
前記光電変換部の前記各領域における前記光電変換素子の構成する各画素から、各領域毎に設定された露光時間の露光により蓄積された電荷から構成される画素信号をそれぞれ独立に読み出す画素信号読出手段と、
前記読出手段によって前記各領域から読み出された画素信号から構成される画素データに基づき、撮像画像データを出力する撮像画像データ出力手段と、を備えることを特徴としている。
【００１４】
このような構成であれば、領域分割手段によって、前記光電変換部の露光領域を複数の領域に分割することが可能であり、露光時間設定手段によって、前記複数の領域の各領域毎に、前記電子シャッタ機能で制御する露光時間を設定することが可能であり、画素信号読出手段によって、前記光電変換部の前記各領域における前記光電変換素子の構成する各画素から、各領域毎に設定された露光時間の露光により蓄積された電荷から構成される画素信号をそれぞれ独立に読み出すことが可能であり、撮像画像データ出力手段によって、前記読出手段によって前記各領域から読み出された画素信号から構成される画素データに基づき、撮像画像データを出力することが可能である。
【００１５】
従って、被写体（例えば、動きのある）及びそれに比して非常に暗いもしくは逆に明るい背景から構成される撮像対象に対して、露光領域を複数の領域に分割し、各領域毎に露光時間を設定できる。すなわち、被写体を含まない領域に対しては、背景内容を認識可能な撮像画像を得る露光時間で露光した各画素の画素信号を読み出すことで、背景内容を認識できる輝度レベルの背景画像から構成される領域画像を得ることができる。例えば、背景が暗い場合は、長露光時間で露光した各画素の画素信号を読み出し、逆に背景が明るい場合は、短かい露光時間で露光した各画素の画素信号を読み出すことができる。一方、前記動きのある被写体を含む領域に対して、前記背景画像の露光時間と異なる露光時間で画素信号を読み出すことで、被写体を含む領域画像に対して最適な露出が得られ、更に前記背景画像を読み出すフレームレートと異なるフレームレートで被写体を含む領域画像を得ることができる。
【００１６】
これにより、例えば、背景が暗い場合は、十分な露光時間で露光された領域画像（非飽和）と、高速なフレームレートで得られた、動きのある被写体を含む領域画像とを得ることができるので、これらの画像を合成することで、背景と被写体とのコンストラストが高く、且つ動きのある被写体を鮮明に捉えた画像を生成することができるという効果が得られる。
ここで、撮像画像データ出力手段は、本形態の撮像装置が表示装置等の出力装置を有していれば、当該出力装置に撮像画像データを出力し、本形態の撮像装置が出力装置を有していなければ、外部の出力装置に撮像画像データを出力する。
【００１７】
〔形態３〕  更に、形態３の撮像装置は、形態２の撮像装置において、
前記露光領域における前記分割された各領域の範囲を指定する基準信号を生成する分割領域基準信号生成手段を備えることを特徴としている。
このような構成であれば、分割領域基準信号生成手段によって、前記分割された各領域の範囲を指定する基準信号を生成することが可能である。
従って、分割後の各領域毎に、各領域の範囲を指定する基準信号（例えば、垂直同期信号）を、撮像装置に自動的に生成させることができるので、前記各領域の垂直同期信号から、容易に各領域のライン番号、画素番号を計数することができるという効果が得られる。
【００１８】
〔形態４〕  更に、形態４の撮像装置は、形態２又は３の撮像装置において、
前記領域分割手段によって、前記露光領域を、注目する被写体を含む領域と含まない領域とに分割したときに、前記各領域から読み出される画素信号から構成される画素データに基づき、前記注目する被写体を含む領域の範囲を、当該注目する被写体の変化に応じて自動的に変更する領域範囲変更手段を備えることを特徴としている。
【００１９】
このような構成であれば、領域範囲変更手段によって、前記領域分割手段によって、前記露光領域を、注目する被写体を含む領域と含まない領域とに分割したときに、前記各領域から読み出される画素信号から構成される画素データに基づき、前記注目する被写体を含む領域の範囲を、当該注目する被写体の変化に応じて自動的に変更することが可能である。
【００２０】
つまり、例えば、露光領域を、注目被写体を含む下側領域と当該注目被写体を含まない上側領域との２つの領域に分割した場合に、注目被写体が移動又は注目被写体の範囲（サイズ）が拡大して、当該注目被写体が、例えば上側領域と下側領域とにまたがって撮像されてしまうような状態になったときに、そのことを各領域から読み出される画素信号の画素データの変化（例えば、輝度値の変化）に基づいて感知して、例えば、下側領域の範囲を注目被写体が含まれるように自動的に変更することが可能である。これにより、注目被写体に変化が生じても、当該変化に自動的に追随して領域範囲を変更し適切な露光時間で露光された注目被写体の画像を得ることができるという効果が得られる。
【００２１】
例えば、車載カメラによって撮像される画像のように、移動しながら撮影を行うような場合は、空などの比較的明るい画像部分と、注目被写体となる路面等の比較的暗い画像部分との面積比が車両の移動に応じて変化するので、このように撮像対象の撮像範囲が変化するような場合に、各領域の範囲を適切な範囲に自動的に変更することができる。
また、注目被写体の変化（例えば、注目被写体の位置、注目被写体のサイズなど）は、各領域の画素から読み出される画素データの示す画素値の急激な変化等によって簡易に知ることができるので、各領域から読み出される画素信号の画素データの画素値（輝度値あるいは濃度値など）と、所定の閾値とを比較し、当該比較結果に基づいて注目被写体が変化したか否かを判定する。例えば、比較的輝度の高い注目被写体の場合は、画素データの示す輝度値と所定の輝度値とを比較して、画素データの示す輝度値が所定の輝度値以上であれば、その画素データは注目被写体を構成するものであると判定し、これにより、注目被写体がどの領域にどのような範囲で存在するのかを判定できる。
【００２２】
〔形態５〕  更に、形態５の撮像装置は、形態４の撮像装置において、
前記複数の領域における隣り合う領域間で重複する領域部分に対し、一方の領域における画素信号の読出処理において所定のダミー処理を実行して、前記隣り合う領域の露光期間を調整する露光期間調整手段を備えることを特徴としている。
このような構成であれば、露光時期間整手段によって、前記複数の領域における隣り合う領域間で重複する領域部分に対し、一方の領域における画素信号の読出処理において所定のダミー処理を実行して、前記隣り合う領域の露光期間を調整することが可能である。
【００２３】
つまり、例えば、領域範囲の変更などによって２つの領域間で重複するようになった領域部分に対し、一方の領域に対しては、例えば、画素信号の読出しのみ行ってリセットは行わない処理（例えば出願番号２００４−３３６９８９号公報のようにライン単位でリセットの有無を制御）、また、画素信号の読出しは行うがリセットは行わない処理（非破壊読み出し）などのダミー処理を実行することで、他方の領域の範囲を広げる変更が行われたとしても、一方の領域の露光期間を領域範囲の変更前と同じ期間に簡易に維持することが可能である。従って、各領域の範囲が隣り合う領域間で重複しているときに、当該隣り合う領域の露光期間の調整を簡易に行うことができるという効果が得られる。
【００２４】
〔形態６〕  更に、形態６の撮像装置は、形態５の撮像装置において、
前記所定のダミー処理は、前記重複する領域に対する各画素の蓄積電荷を空にするリセット動作の制御処理を含み、
前記リセット動作の制御処理は、前記重複する領域の一方のリセット動作を実行し、他方のリセット動作を実行させない処理であることを特徴としている。
【００２５】
このような構成であれば、例えば、領域範囲の変更後において、領域範囲全体を撮像する必要のある一方の領域における他方の領域との重複部分においては、画素信号の読み出し後にリセット動作を行い、領域範囲の変更後の他方の領域における一方の領域との重複部分においては画素信号の読出し後にリセット動作を行わないダミー処理を実行することができるので、一方の領域の重複部分においては、当該領域に設定された露光時間の画素信号を得ることができる。また、一方の領域の範囲が広がっても、他方の領域の範囲を狭めることなく、当該他方の領域の露光期間を領域範囲の変更前と同じ期間に維持することができる。
従って、各領域の範囲が隣り合う領域間で重複しているときに、当該隣り合う領域の露光期間の調整を簡易に行うことができるという効果が得られる。
【００２６】
〔形態７〕  更に、形態７の撮像装置は、形態２乃至６のいずれか１の撮像装置において、
前記撮像画像データ出力手段は、前記各領域毎に読み出された画素信号から構成される画素データを合成して撮像画像データを生成し、当該生成した撮像画像データを出力することを特徴としている。
このような構成であれば、露光領域を複数の領域に分割した各領域から、当該各領域にそれぞれに設定された露光時間で露光された各画素の画素データを合成して撮像画像データを生成し、当該生成した撮像画像データを出力することが可能であるので、複数の領域の画素データを１系統で出力することができるという効果が得られる。
【００２７】
〔形態８〕  更に、形態８の撮像装置は、形態２乃至６のいずれか１の撮像装置において、
前記撮像画像データ出力手段は、前記各領域毎に読み出された画素信号から構成される画素データを、各領域毎に別々に出力することを特徴としている。
このような構成であれば、露光領域を複数の領域に分割した各領域から、当該各領域にそれぞれに設定された露光時間で露光された各画素の画素データを各領域毎に別々に出力することが可能となるので、処理負荷が重くなる可能性のある画素データの合成処理を、外部装置に任せることができるので処理負荷の軽減及び画素データの高速転送を行うことができるという効果が得られる。
【００２８】
〔形態９〕  更に、形態９の撮像装置は、形態２乃至８のいずれか１の撮像装置において、
前記光電変換部の露光領域全体に対して、前記露光時間設定手段で露光時間を設定し、当該設定された露光時間で露光された各画素から前記画素信号読出手段で画素信号の読み出しを行う通常読出動作モードと、前記光電変換部の露光領域を前記領域分割手段で複数に分割し、当該分割後の各領域に対して、前記露光時間設定手段で前記各領域毎に露光時間を設定し、当該設定された各露光時間で露光された各画素から前記画素信号読出手段で画素信号の読み出しを行う分割読出動作モードとを備えることを特徴としている。
【００２９】
このような構成であれば、通常読出動作モードと、分割読出動作モードとを兼ね備えているので、撮像対象の内容に応じて、いずれか適切な方の動作モードを選択して使用することができるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
〔第１の実施形態〕
以下、本発明に係る撮像装置の第１の実施形態を、図面に基づいて説明する。図１〜図９は、本発明に係る撮像装置１の第１の実施形態を示す図である。
この撮像装置１は、センサセルアレイ５８（後述）の露光領域を任意の範囲の２つの領域に分割し、これら２つの領域の各領域毎に任意の露光時間を設定して、各領域における各画素の露光及び画素信号の読出しをそれぞれ独立に行うことができる領域走査対応撮像処理系１０（後述）を備える。また、本実施の形態において、撮像装置１は、画素列毎(単位)に露光時間が変えられる撮像素子を有している。
【００３１】
以下、図１に基づき、本発明に係る撮像装置１の概略構成を説明する。ここで、図１は、本発明に係る撮像装置１の概略構成を示すブロック図である。
撮像装置１は、図１に示すように、センサセルアレイ５８の露光領域を２つの領域に分割すると共に、映像処理系１２からの各種同期信号に基づき前記各領域の露光時間を設定し、各領域毎に、前記設定した露光時間で露光された各領域の各画素のラインからそれぞれ独立に画素信号を読み出し、これら読み出した画素のライン毎の画素信号の画素データ（デジタルデータ）を各領域毎にそれぞれ独立に順次出力する領域走査対応撮像処理系１０（以下、撮像処理系１０と称す）と、前記各領域の露光時間を設定すると共に、撮像処理系１０から出力された、各領域毎の画素データから構成される撮像画像データを外部装置に出力する映像処理系１２と、各領域毎に読み出した画素データなどの各種画像データを記憶するフレームメモリ１４とを含んで構成される。
【００３２】
更に、図２〜図７に基づき、撮像処理系１０及び映像処理系１２の内部構成を説明する。ここで、図２は、撮像装置１の内部構成を示すブロック図である。また、図３は、ＡＦＥ(Analog Front End)１０２の内部構成を示す図である。また、図４は、領域別走査対応型撮像素子１００の内部構成を示すブロック図である。また、図５は、読出しラインスキャナ５４の内部構成を示す図である。また、図６は、リセットラインスキャナ５６の内部構成を示す図である。また、図７は、センサセルアレイ５８の詳細構成を示す図である。また、図８は、撮像素子１００のセンサセルアレイ５８における各画素のライン毎の露光、画素信号の読み出し及び蓄積電荷のリセット動作の一例を示す図である。
【００３３】
図２に示すように、撮像処理系１０は、領域別走査対応型撮像素子１００と、第１のＡＦＥ１０２と、第２のＡＦＥ１０４とを含んで構成される。
領域別走査対応型撮像素子１００（以下、撮像素子１００と称す）は、被写体からの光を撮像レンズ（不図示）でセンサセルアレイ５８（後述）に集光し、その集光量に応じた電荷をセンサセルアレイ５８の各画素に蓄積させる。また、撮像素子１００は、映像処理系１２のタイミング制御器１２ｂ（後述）から出力される駆動信号（ピクセルクロック、水平同期信号及び垂直同期信号）に基づいて、センサセルアレイ５８の各画素列に蓄積されている電荷群を電圧群に順次変換する。そして、２つの領域に分割された露光領域の上側の領域（以下、第１走査領域と称す）の電荷群を変換してなる電圧群を、第１水平転送部６０（後述）の有する、第１ラインメモリを含んで構成される第１出力チャンネル（以下、ＣＨ１と称す）を介して第１のＡＦＥ１０２に順次出力させ、２つの領域に分割された露光領域の下側の領域（以下、第２走査領域と称す）の電荷群を変換してなる電圧群を、第２水平転送部６２（後述）の有する、第２ラインメモリを含んで構成される第２出力チャンネル（以下、ＣＨ２と称す）を介して第２のＡＦＥ１０ｄに順次出力させる。
【００３４】
ここで、本実施形態においては、例えば、露光領域の画素の総ライン数をＮ（Ｎは２以上の自然数）とし、ライン番号ｎ（Ｎ＞ｎ）の画素のラインで領域を２つに分割した場合、ライン番号１〜ライン番号ｎの画素のラインのある領域が上側の領域となり、ライン番号ｎ＋１〜Ｎの画素のラインのある領域が下側の領域となる。
また、本実施の形態においては、各領域において、それぞれ設定された露光時間で露光された各画素からの電荷の読み出しとほぼ同時に当該各画素に蓄積されている電荷をリセットする（電荷を空にする）。
【００３５】
第１のＡＦＥ１０２及び第２のＡＦＥ１０４は、第１水平転送部６０のＣＨ１及び第２水平転送部６２のＣＨ２を介して出力される２つの領域の各領域に対応する画素信号（アナログデータ）を、デジタルデータ（画素データ）に変換する。そして、第１のＡＦＥ１０２及び第２のＡＦＥ１０４は、変換後の画素データを映像処理系１２の第１データ処理部１２ｄ（後述）及び第２データ処理部１２ｅ（後述）にそれぞれ出力する。
【００３６】
更に、図３に基づき、第１のＡＦＥ１０２の内部構成を説明する。
第１のＡＦＥ１０２は、図３に示すように、クランプ回路１０２ａと、差動増幅回路１０２ｂと、Ａ／Ｄ変換回路１０２ｃとを含んで構成される。
クランプ回路１０２ａは、撮像素子１００からの画素信号を受信し、それが遮光領域の信号かを検出し、遮光領域と検出された場合はその信号レベルが黒（基準）レベルになるように、入力信号全てに対してクランプ処理を行い、このクランプ処理後の画素信号を増幅回路１０２ｂに出力する。
【００３７】
増幅回路１０２ｂは、クランプ後の画素信号を、Ａ／Ｄ変換器の入力レンジと整合するように増幅し、この増幅後の画素信号をＡ／Ｄ変換回路１０２ｃに出力する。
Ａ／Ｄ変換回路１０２ｃは、差動増幅回路１０２ｂからの画素信号（アナログデータ）を、画素データ（デジタルデータ）に変換して映像処理系１２へと出力する。
なお、第１のＡＦＥ１０２及び第２のＡＦＥ１０４は、同一の内部構成となるので、第２のＡＦＥ１０４に対する内部構成の説明は省略する。
【００３８】
更に、図４に基づき、撮像素子１００の内部構成を説明する。
撮像素子１００は、図４に示すように、基準タイミング発生器５０と、駆動パルス発生器５２と、同時に２本の走査線（読出し用）を有効にする読出しラインスキャナ５４と、同時に２本の走査線（リセット用）を有効にするリセットラインスキャナ５６と、センサセルアレイ５８と、第１水平転送部６０と、第２水平転送部６２とを含んで構成される。
【００３９】
基準タイミング発生器５０は、映像処理系１２のタイミング制御器１２ｂ（後述）からの垂直同期信号及び水平同期信号に基づき、基準タイミング信号を発生する。
駆動パルス発生器５２は、基準タイミング発生器５０からの基準タイミング信号と、読出しラインスキャナ５４からの読出しライン選択信号と、リセットラインスキャナ５６からのリセットライン選択信号とに基づき駆動パルスを発生してセンサセルアレイ５８に供給する。
【００４０】
読出しラインスキャナ５４は、映像処理系１２の通信器１２ａ（後述）からの第１走査領域及び第２走査領域に対する読出し開始ライン番号及び走査領域幅を指定する各種駆動制御信号に基づき、第１走査領域に対する第１読出しラインの位置と、第２走査領域に対する第２読み出しラインの位置とをそれぞれ選択し、１読み出しラインの位置を示す第１読出しライン選択信号と、第２読出しラインの位置を示す第２読出しライン選択信号とを生成し、これら生成した第１及び第２読出しライン選択信号を駆動パルス発生器５２に出力する。つまり、本実施の形態においては、外部システムコントローラ（不図示）等の外部装置において、撮像素子１００の露光領域を２つの領域に分割する際の各領域の開始ライン番号及び走査領域幅を任意に設定し、これらの情報を通信器１２ａを介して撮像素子１００に送信することで、露光領域を任意の走査領域幅の２つの領域に分割することが可能である。
【００４１】
リセットラインスキャナ５６は、映像処理系１２の通信器１２ａ（後述）からの第１走査領域及び第２走査領域に対する読出し開始ライン番号、走査領域幅、第１読出しラインと第１リセットラインとのオフセット量（時間差）及び第２読出しラインと第２リセットラインとのオフセット量（時間差）を指定する各種駆動制御信号、並びに読出しラインスキャナ５４からの第１読出しカウンタ値及び第２読出しカウンタ値に基づき、第１走査領域に対する第１リセットラインの位置と、第２走査領域に対する第２リセットラインの位置とをそれぞれ選択し、第１リセットラインの位置を示す第１リセットライン選択信号と、第２リセットラインの位置を示す第２リセットライン選択信号とを生成し、これら生成した第１及び第２リセットライン選択信号を駆動パルス発生器５２に出力する。
【００４２】
センサセルアレイ５８は、ＣＭＯＳ技術を用いて各画素が構成されており、駆動パルス発生器５２から供給される駆動パルスに基づき、露光領域における第１走査領域を当該領域に設定された露光時間で露光すると共に、当該露光により各画素に蓄積された電荷を、各画素のライン毎に読み出して第１水平転送部６０に順次出力する。一方、露光領域における第２走査領域を当該領域に設定された露光時間で露光すると共に、当該露光により各画素に蓄積された電荷を、各画素のライン毎に順次読み出して第２水平転送部６０に順次出力する。
【００４３】
第１水平転送部６０は、センサセルアレイ５８の第１走査領域における各画素から読み出された画素信号データを、各画素のライン毎にＣＨ１の第１ラインメモリに記憶し、当該記憶した画素信号データを第１のＡＦＥ１０２に出力する。
第２水平転送部６２は、センサセルアレイ５８の第２走査領域における各画素から読み出された画素信号データを、各画素のライン毎にＣＨ２の第２ラインメモリに記憶し、当該記憶した画素信号データを第２のＡＦＥ１０４に出力する。
【００４４】
更に、図５に基づき、読出しラインスキャナ５４の内部構成を説明する。
読出しラインスキャナ５４は、図５に示すように、第１読出しカウンタ５４ａと、第１読出しアドレスデコーダ５４ｂと、第２読出しカウンタ５４ｃと、第２読出しアドレスデコーダ５４ｄと、ＯＲロジック５４ｅとを含んで構成される。
第１読出しカウンタ５４ａは、通信器１２ａからの第１走査領域に対する開始ライン番号及び走査領域幅の情報に基づき、カウントアップ動作を繰り返す。ここで、カウンタの値は、第１走査領域の画素のライン番号に対応しており、このライン番号は、第１読出しアドレスデコーダ５４ｂに出力される。また、第１読出しカウンタ５４ａは、第１走査領域における垂直同期信号である第１垂直同期信号を生成し、当該生成した第１垂直同期信号を映像処理系１２のタイミング制御器１２ｂに出力する。
【００４５】
第１読出しアドレスデコーダ５４ｂは、第１読出しカウンタ５４ａから出力されるライン番号のラインを第１走査領域における「第１読み出しライン」として有効にし、第１走査領域におけるそれ以外のラインを無効にする。更に、有効としたライン番号を示す第１読み出しライン制御信号をＯＲロジック５４ｅに出力する。
第２読出しカウンタ５４ｃは、通信機１２ａからの第２走査領域に対する開始ライン番号及び走査領域幅の情報に基づき、カウントアップ動作を繰り返す。ここで、カウンタの値は、第２走査領域の画素のライン番号に対応しており、このライン番号は、第２読出しアドレスデコーダ５４ｄに出力される。また、第２読出しカウンタ５４ｃは、第２走査領域における垂直同期信号である第２垂直同期信号を生成し、当該生成した第２垂直同期信号を映像処理系１２のタイミング制御器１２ｂに出力する。
【００４６】
第２読出しアドレスデコーダ５４ｄは、第２読出しカウンタ５４ｃから出力されるライン番号のラインを第２走査領域における「第２読み出しライン」として有効にし、第２走査領域におけるそれ以外のラインを無効にする。更に、有効としたライン番号を示す第２読み出しライン制御信号をＯＲロジック５４ｅに出力する。
ＯＲロジック５４ｅは、第１読出しアドレスデコーダ５４ｂからの第１読み出しライン制御信号と、第２読出しアドレスデコーダ５４ｄからの第２読み出しライン制御信号とに基づき、露光領域の各ライン位置毎にＯＲ演算を行い、第１走査領域及び第２走査領域に対する読出しライン位置（アドレス）を示す読み出しライン選択信号を生成する。これら生成した第１読み出しライン選択信号及び第２読出しライン選択信号は駆動パルス発生器５２に出力される。
【００４７】
更に、図６に基づき、リセットラインスキャナ５６の内部構成を説明する。
リセットラインスキャナ５６は、図６に示すように、第１飽和処理器・加算器５６ａと、第１リセットレジスタ５６ｂと、第１リセットアドレスデコーダ５６ｃと、第２飽和処理器・加算器５６ｄと、第２リセットレジスタ５６ｅと、第２リセットアドレスデコーダ５６ｆと、ＯＲロジック５６ｇとを含んで構成される。
【００４８】
第１飽和処理器・加算器５６ａは、通信器１２ａの第１オフセットレジスタから取得した第１走査領域に対する第１オフセット量と、第１読出しカウンタ５４ａからのカウンタ値（第１読出しライン番号）とに基づき、第１走査領域における前記カウンタ値の第１読出しラインに対応する第１リセットラインの位置を示す第１リセットライン番号を算出する。具体的に、第１飽和処理器・加算器５６ａは、読出しカウンタのカウンタ値とオフセット量を加算し、リセットライン番号を算出する。このとき、第１飽和処理器・加算器５６ａには、通信器１２ａからの第１走査領域における第１読出しラインの読出し開始ライン番号及び第１走査領域の走査領域幅の情報も入力され、算出された加算結果が最大値（開始ライン番号＋走査領域幅−１）になると、演算結果を開始ライン番号に戻す演算処理を行う。すなわち、リセットライン番号が、常に走査領域の範囲内になるような演算処理を行う。そして、演算結果（第１リセットライン番号）を第１リセットレジスタ５６ｂに格納する。なお、第１オフセットレジスタには、第１読出しラインと第１リセットラインとのオフセット量（時間差）である第１オフセット量が格納されており、この第１オフセット量によって、第１走査領域の露光時間が決定される。
【００４９】
第１リセットレジスタ５６ｂは、第１飽和処理器・加算器５６ａから出力された第１リセットライン番号を格納するレジスタである。
第１リセットアドレスデコーダ５６ｃは、第１リセットレジスタ５６ｂに格納された第１リセットライン番号に基づき、第１走査領域に対する第１リセットライン番号に対応するライン番号を有効にし、第１走査領域におけるそれ以外のライン番号を無効にする。
【００５０】
第２飽和処理器・加算器５６ｄは、通信器１２ａの第２オフセットレジスタから取得した第２走査領域に対する第２オフセット量と、第２読出しカウンタ５４ａからのカウンタ値（読出しライン番号）とに基づき、第２走査領域における前記カウンタ値の第２読出しラインに対応する第２リセットラインの位置を示す第２リセットライン番号を算出する。具体的に、第２飽和処理器・加算器５６ｄは、読出しカウンタのカウンタ値とオフセット量を加算し、リセットライン番号を算出する。このとき、第２飽和処理器・加算器５６ｄには、通信器１２ａからの第２走査領域における第２読出しラインの読出し開始ライン番号及び第２走査領域の走査領域幅を指定する駆動制御信号も入力され、算出された加算結果が最大値（開始ライン番号＋走査領域幅−１）になると、演算結果を開始ライン番号に戻す演算処理を行う。すなわち、リセットライン番号が、常に走査領域の範囲内になるような演算処理を行う。そして、演算結果（第２リセットライン番号）を第２リセットレジスタ５６ｅに格納する。なお、第２オフセットレジスタには、第２読出しラインと第２リセットラインとのオフセット量（時間差）である第２オフセット量が格納されており、この第２オフセット量によって、第２走査領域の露光時間が決定する。
【００５１】
第２リセットレジスタ５６ｅは、第２飽和処理器・加算器５６ｄから出力された第２リセットライン番号を格納するレジスタである。
第２リセットアドレスデコーダ５６ｆは、第２リセットレジスタ５６ｅに格納された第２リセットライン番号に基づき、第２走査領域に対する第２リセットライン番号に対応するライン番号を有効にし、第２走査領域におけるそれ以外のライン番号を無効にする。
【００５２】
ＯＲロジック５６ｇは、第１リセットアドレスデコーダ５６ｃから出力される有効な第１リセットラインのライン番号を示す信号と、第２リセットアドレスデコーダ５６ｆから出力される有効な第２リセットラインのライン番号を示す信号とに基づき、これら信号と露光領域の各ライン位置とのＯＲ演算を行い、第１走査領域及び第２走査領域に対する最終的なリセットライン選択信号を生成する。これら生成した第１リセットライン選択信号及び第２リセットライン選択信号は駆動パルス発生器５２に出力される。
【００５３】
ここで、図６中のリセット制御レジスタ５６ｈについては、第２の実施形態において詳述する。
更に、図７に基づき、センサセルアレイ５８の詳細構成を説明する。
図７に示すように、センサセルアレイ５８は、ＣＭＯＳを用いて構成された複数のセンサセル（画素）５８ａをマトリクス状に配設し、各ライン毎のセンサセル５８ａに対して、アドレス線、リセット線及び読出し線が共通に接続され、前記３つの制御線を介して各種駆動信号が各ラインを構成するセンサセル５８ａに送信される。そして、アドレス線及び読出し線が有効になると、図７の信号線を介して蓄積電荷を水平転送器に転送する構成となっている。このような構成によって、アドレス線により、リセット動作又は読出し動作を行わせる画素のラインを有効に（選択）し、当該選択信号で選択したラインの各センサセル５８ａに対して、リセット動作を行わせる場合はリセット線を介してリセット動作を指示する信号を入力し、画素信号の読出しを行わせる場合は、読出し線を介して蓄積電荷の転送を指示する信号を入力する。選択信号によって選択された各センサセル５８ａは、リセット動作を指示する信号が入力されたときはリセット動作を行い、蓄積電荷の転送を指示する信号が入力されたときは、信号線を介して水平転送部への蓄積電荷の転送を行う。
【００５４】
更に、図８に基づき、撮像素子１００の露光時間の制御方法、及びセンサセルアレイ５８からの画素信号の読み出し方法について説明する。
ここで、本発明の露光時間の制御は、まずセンサセルアレイ５８の第１走査領域（設定後）に対して、画素信号の読み出しを行う第１読み出しラインを選択する。また、この読み出しラインを基準として前記飽和処理器・加算器の処理を行い、第１オフセットレジスタの第１オフセット量の位相（時間）差がある第１リセットラインを選択する。第１リセットラインにおいて蓄積電荷を空にするので第１オフセット量が第１走査領域の露光時間（以下、第１有効露光時間と称す）を決める。同様に、センサセルアレイ５８の第２走査領域（設定後）に対して、第２読み出しラインを選択し、この読み出しラインを基準として前記飽和処理器・加算器の処理を行い、第２オフセットレジスタの第２オフセット量の位相（時間）差がある第２リセットラインを選択する。よって、第２オフセット量が第２走査領域の露光時間（以下、第２有効露光時間と称す）を決める。
【００５５】
そして、第１走査領域及び第２走査領域において、第１有効露光時間で露光時の画素信号及び第２有効露光時間で露光時の画素信号の読み出しを、それぞれが並列に実行する。つまり、所定位置の画素のライン（例えば、第１ライン）が第１読出しラインとして選択されると、当該第１読出しラインから第１有効露光時間分の時間を空けて第１リセットラインが選択される。すなわち、第１リセットラインの走査が、第１読出しラインの走査に対し先行して行われ、第１リセットラインが先に第１ラインに到達する。一方、所定位置の画素のライン（例えば、第１００ライン）が第２読出しラインとして選択されると、当該第２読出しラインから第２有効露光時間分の時間を空けて第２リセットラインが選択される。すなわち、第２リセットラインの走査が、第２読出しラインの走査に対し先行して行われ、第２リセットラインが先に第１００ラインに到達する。なお、本実施の形態において、第１走査領域に対する第１有効露光時間時の画素信号は、ＣＨ１の第１ラインメモリに転送され、ＣＨ１を介して第１のＡＦＥ１０２に出力されそこでデジタルデータ（以下、画素データと称す）に変換される。一方、第２走査領域に対する第２有効露光時間時の画素信号は、ＣＨ２の第２ラインメモリに転送され、ＣＨ２を介して第２のＡＦＥ１０４に出力されそこでデジタルデータ（画素データ）に変換される。
【００５６】
また、上記第１読み出しライン及び第２読み出しラインの画素信号の読み出しは、第１走査領域においては、上記の選択手順で第１リセットライン及び第１読出しラインを順次走査し（図８では上方向）、そして、第１リセットラインでの電荷のクリア後、第１有効露光時間が経過した画素のライン（第１読み出しライン）の画素信号の読み出しを行う。一方、これと並列して、第２走査領域においては、上記の選択手順で第２リセットライン及び第２読出しラインを順次走査し（図８では上方向）、そして、第２リセットラインでの電荷のクリア後、第２有効露光時間が経過した画素のライン（第２読み出しライン）の画素信号の読み出しを行う。このような走査手順で、センサセルアレイ５８の第１走査領域及び第２走査領域の全画素のラインに対して、各画素のライン毎に、電荷のクリア、第１有効露光時間及び第２有効露光時間で露光時の画素信号の読み出しをそれぞれ順次行う。
【００５７】
更に、図２に戻って、映像処理系１２の内部構成を説明する。
映像処理系１２は、図２に示すように、通信機１２ａと、タイミング制御器１２ｂと、露出時間制御部（ＡＬＣ）１２ｃと、第１データ処理部１２ｄと、第２データ処理部１２ｅと、メモリアクセス調停器１２ｆとを含んで構成される。
通信機１２ａは、外部システムコントローラ（不図示）から、センサセルアレイ５８の第１走査領域及び第２走査領域に対する開始ライン番号、走査領域幅に関する情報を取得し、当該取得した開始ライン番号及び走査領域幅を示す駆動制御信号を、撮像処理系１０の読出しラインスキャナ５４及びリセットラインスキャナ５６にそれぞれ出力し、露出時間制御部１２ｃ（後述）から第１走査領域及び第２走査領域の露光時間を決定するオフセット量を内部の第１オフセットレジスタ及び第２オフセットレジスタにそれぞれ格納し、当該格納した第１オフセット量及び第２オフセット量をリセットラインスキャナ５６に出力する。
【００５８】
タイミング制御器１２ｂは、撮像素子１００の駆動信号（ピクセルクロック、水平同期信号、垂直同期信号）を生成し、これらを撮像素子１００の基準タイミング発生器５０に出力する。また、タイミング制御器１２ｂは、水平同期信号、撮像素子１００からの第１垂直同期信号及び第２垂直同期信号から、撮像処理系１０のＣＨ１及びＣＨ２からそれぞれ出力される第１走査領域及び第２走査領域の画素信号の、撮像素子１００のセンサセルアレイ５８における画素位置（画素列（ライン）番号、画素番号）が分かるので、その画素列(ライン)番号及び画素番号（以下、「アドレス情報」とも呼ぶ。）を生成し、そのアドレス情報をＡＬＣ１２ｃ、第１データ処理部１２ｄ及び第２データ処理部１２ｅにそれぞれ出力する。また、撮像素子１００からの第１垂直同期信号及び第２垂直同期信号をＡＬＣ１２ｃ、第１データ処理部及び第２データ処理部にそれぞれ出力する。
【００５９】
ＡＬＣ１２ｃは、第１走査領域及び第２走査領域の露光制御をそれぞれ独立で行う。即ち、タイミング制御器１２ｂからの第１垂直同期信号及び第２垂直同期信号（または画素データのアドレス情報）に基づき、第１のＡＦＥ１０２及び第２のＡＦＥ１０４からそれぞれ出力される第１走査領域及び第２走査領域の画素データをライン単位もしくはフレーム単位で評価し（明るさを計測してその評価を行う）、その評価結果に基づいて、ライン単位もしくはフレーム単位に第１走査領域及び第２走査領域の適切な露光時間（第１オフセット量及び第２オフセット量）をそれぞれ算出し、これら算出した第１オフセット量及び第２オフセット量を通信器１２ａに出力する。このようにＡＬＣ１２ｃによって露光時間の制御（オフセット量の書き換え）を行うことで、第１走査領域及び第２走査領域の画像を常に最適な画像（未飽和・高Ｓ／Ｎ）とすることが可能となる。なお、本実施の形態において、通信器１２ａには、第１オフセット量及び第２オフセット量の初期値として最大値を出力するようになっている。
【００６０】
第１データ処理部１２ｄは、第１のＡＦＥ１０２から出力される第１走査領域の画素データをＡＬＣ１２ｃに出力したり、フレームメモリアクセス部１２ｆに対して、フレームメモリ１４に格納された第１走査領域の画素データを更新する命令を発行したりする。
第２データ処理部１２ｅは、第２のＡＦＥ１０４から出力される第２走査領域の画素データをＡＬＣ１２ｃに出力したり、フレームメモリアクセス部１２ｆに対して、フレームメモリ１４に格納された第２走査領域の画素データを更新する命令を発行したりする。
【００６１】
フレームメモリアクセス部１２ｆは、第１データ処理部１２ｄからの画素データの更新命令に応じて、フレームメモリ１４に格納された第１走査領域の画素データの更新を行い、
一方、第２データ処理部１２ｅからの画素データの更新命令に応じて、フレームメモリ１４に格納された第２走査領域の画素データの更新を行う。つまり、第１データ処理部１２ｄ及び第２データ処理部１２ｅの２系統からのメモリアクセス要求を調停し、フレームメモリ１４へのアクセスを行う。具体的には、第１データ処理部１２ｄ又は第２データ処理部１２ｅからの画素データの書き込み要求（更新命令）に対して、その画素データを内部に蓄え、適当なタイミングでフレームメモリ１４にデータ書き込み処理（更新処理）を行う。また、外部装置（例えば、システムコントローラ）への画素データの読み出し要求に対しては、フレームメモリ１４から画素データの読み出しを行い、外部装置からの同期信号に同期して前記読み出した画素データ（撮像画像データ）を当該外部装置に出力する。
【００６２】
次に、図９に基づき、本実施形態の撮像装置１の実際の動作を説明する。ここで、図９は、第１の実施形態の撮像対象画像の一例を示す図である。
以下、図９に示す、建物の一部を撮像対象（監視領域）とし、撮像装置１を監視目的に用いた場合の動作を説明する。図９の例では、入口（ドア）全体、入口横の窓、フロアの一部、壁の一部、天井の一部が監視領域に含まれており、入口を出入りする人物など（不図示）を監視対象とする。従って、図９に示すように、まず、監視領域における監視対象の入口の出入りの様子が解る入口全体を含んだ注目領域範囲（ここでは、入口全体、入り口横の窓及びフロアの一部を含む監視領域の下側の領域）と、この領域以外の領域範囲である監視領域の上側の領域との２つの領域に露光領域を分割するようにそれぞれの領域の開始ライン番号及び走査領域幅を決定する。ここでは、監視領域の上側の領域（壁及び天井の一部）を第１走査領域とし、監視領域の下側の領域を第２走査領域とする。ここでは、露光領域が６４０画素×４８０画素のサイズで、第１走査領域を上側６４０画素×２００画素とし、第２走査領域を下側６４０画素×２８０画素とする。つまり、露光領域におけるライン番号１〜２００の画素のラインが第１走査領域となり、ライン番号２０１〜４８０の画素のラインが第２走査領域となる。従って、第１走査領域の開始ライン番号は「１」、走査領域幅は「２００」となり、第２走査領域の開始ライン番号は「２０１」、走査領域幅は「２８０」となる。
【００６３】
第１走査領域及び第２走査領域を決定する開始ライン番号及び走査領域幅の情報（命令）は、外部装置である不図示のシステムコントローラから撮像装置１へと送信される。
撮像装置１は、システムコントローラからの第１走査領域及び第２走査領域の開始ライン番号及び走査領域幅の情報（命令）を、映像処理系１２の通信器１２ａを介して受信すると、通信器１２ａを通じて、撮像処理系１０の撮像素子１００内のレジスタ（不図示）の内容を書き換える命令を発行する。これにより、撮像素子１００内のレジスタの内容が前記受信した内容に書き換えられる。また、映像処理系１２は、通信器１２ａ内の第１及び第２オフセットレジスタの値を初期値（ここでは最大値）にセットする。
【００６４】
更に、映像処理系１２は、タイミング制御器１２ｂにおいて駆動信号（ピクセルクロック、水平同期信号、垂直同期信号）を生成し、撮像素子１００に出力する。
撮像素子１００は、駆動信号が供給されると、読出しラインスキャナ５４の第１読出しカウンタ５４ａにおいて、第１走査領域に対する開始ライン番号及び走査領域幅を指定する駆動制御信号に基づき、カウントアップ動作を開始し、カウント値を第１読出しアドレスデコーダ５４ｂに出力する。また、第１走査領域の垂直同期信号である第１垂直同期信号を生成してタイミング制御器１２ｂに出力する。第１読出しアドレスデコーダ５４ｂは、第１読出しカウンタ５４ａから出力されるライン番号のラインを第１走査領域における「第１読み出しライン」として有効にし、第１走査領域におけるそれ以外のラインを無効にする。
【００６５】
例えば、ライン番号１を第１読出しラインとして有効にした場合は、ライン番号１以外の残りのラインであるライン番号２〜２００のラインを無効にする。更に、ライン番号１が有効であることを示す第１読み出しライン制御信号をＯＲロジック５４ｅに出力する。
一方、第２読出しカウンタ５４ｃも第１読出しカウンタ５４ａと同様に、第２走査領域に対する開始ライン番号及び走査領域幅を指定する駆動制御信号に基づき、カウントアップ動作を開始し、カウント値を第２読出しアドレスデコーダ５４ｄに出力する。また、第２走査領域の垂直同期信号である第２垂直同期信号を生成してタイミング制御器１２ｂに出力する。そして、第２読出しアドレスデコーダ５４ｄは、第１読出しアドレスデコーダ５４ｂと同様に、例えば、ライン番号２０１を第２読出しラインとして有効にし、ライン番号２０１以外の残りのラインであるライン番号２０２〜４８０のラインを無効にする。そして、ライン番号２０１が有効であることを示す第２読み出しライン制御信号をＯＲロジック５４ｅに出力する。
【００６６】
ＯＲロジック５４ｅは、第１読出しアドレスデコーダ５４ｂからの第１読み出しライン制御信号と、第２読出しアドレスデコーダ５４ｄからの第２読み出しライン制御信号とに基づき、露光領域の各ライン位置毎にＯＲ演算を行い、第１走査領域及び第２走査領域に対する最終的な読み出しライン選択信号を生成する。そして、これら生成した第１読み出しライン選択信号及び第２読出しライン選択信号を駆動パルス発生器５２に出力する。
【００６７】
一方、リセットラインスキャナ５６は、第１飽和処理器・加算器５６ａにおいて、通信器１２ａの第１オフセットレジスタから取得した第１走査領域に対する第１オフセット量と、第１読出しカウンタ５４ａからのカウンタ値（ライン番号１に対応）とに基づき、第１走査領域における前記カウンタ値の第１読出しラインに対応する第１リセットラインの位置を示す第１リセットライン番号を算出し、算出した第１リセットライン番号を第１リセットレジスタ５６ｂに格納する。本実施の形態における第１飽和処理器・加算器５６ａの飽和処理は、第１リセットライン番号は、読出しライン番号（カウンタ値）であるライン番号１に対して、第１オフセット量の示すライン数を減算することで算出され、例えば、第１オフセット量が１９であれば「１−１９＝−１８」と算出され、第１リセットライン番号は「２００−１８＝１８２」となる。つまり、図８に示すように、読出しライン及びリセットラインは共に、第１走査領域を上方向にループしながら画素のラインの走査を行うため、ライン番号１のラインを走査すると次はライン番号２００のラインへと飛び、ライン番号２００のラインからライン番号１のラインに向かって画素のラインを上方向に順次走査する。従って、読出しラインがライン番号１であればリセットライン番号はライン番号１９２となる。同様に、第２飽和処理器・加算器５６ｄにおいても、第２オフセットレジスタから取得した第２走査領域に対する第２オフセット量と、第２読出しカウンタ５４ｃからのカウンタ値（ライン番号２０１に対応）とに基づき、第２リセットライン番号を算出し、算出した第２リセットライン番号を第２リセットレジスタ５６ｅに格納する。例えば、第２オフセット量が３９であれば、「２０１−２３９＝−３８」と算出され、第２リセットライン番号は「４８０−３８＝４４２」となる。
【００６８】
このように第１リセットライン番号及び第２リセット番号が算出されると、第１リセットアドレスデコーダ５６ｃは、第１走査領域に対する第１リセット番号に対応するライン番号１８２を有効にし、第１走査領域におけるそれ以外のライン番号（１〜１８１、１８３〜２００）を無効にする。同様に、第２リセットアドレスデコーダ５６ｆは、第２リセットレジスタ５６ｅに格納された第２リセット番号に基づき、第２走査領域に対する第２リセット番号に対応するライン番号４４２を有効にし、第２走査領域におけるそれ以外のライン番号（２０１〜４４１、４４３〜４８０）を無効にする。
【００６９】
ＯＲロジック５６ｇは、第１リセットアドレスデコーダ５６ｃから出力される有効な第１リセットラインのライン番号１８２を示す信号と、第２リセットアドレスデコーダ５６ｆから出力される有効な第２リセットラインのライン番号４４２を示す信号とに基づき、これら信号と露光領域の各ライン位置とのＯＲ演算を行い、第１走査領域及び第２走査領域に対する最終的なリセットライン選択信号を生成する。これら生成した第１リセットライン選択信号及び第２リセットライン選択信号は駆動パルス発生器５２に出力される。
【００７０】
上記のような読出しライン選択信号及びリセットライン選択信号の生成動作は、第１読出しカウンタ５４ａ及び第２読出しカウンタ５４ｃがカウントアップする毎に順次行われ、これら生成された選択信号は駆動パルス発生器５２に順次出力される。
駆動パルス発生器５２は、基準タイミング発生器５０からの基準タイミング信号と、読出しラインスキャナ５４からの第１及び第２読出しライン選択信号と、リセットラインスキャナ５６からの第１及び第２リセットライン選択信号とに基づき駆動パルスを発生してセンサセルアレイ５８に供給する。
【００７１】
これにより、センサセルアレイ５８の第１走査領域（ライン番号１〜２００の画素ライン）に対しては、第１リセットラインの走査に対して１９ライン分の走査期間を空けて第１読出しラインが第１リセットラインに後続して順次走査を行うように動作が行われ、第１読出しラインの走査ラインにおいては各画素から画素信号を読み出して第１水平転送部６０に転送する。この１９ライン分の走査期間が第１有効露光時間となる。一方、センサセルアレイ５８の第２走査領域（ライン番号２０１〜４８０の画素ライン）に対しては、第２リセットラインの走査に対して３９ライン分の走査期間を空けて第２読出しラインが第２リセットラインに後続して順次走査を行うように動作が行われ、第２読出しラインの走査ラインにおいては各画素から画素信号を読み出して第２水平転送部６２に転送する。この３９ライン分の走査期間が第２有効露光時間となる。
【００７２】
第１水平転送６０及び第２水平転送部６２はそれぞれ内部のＣＨ１及びＣＨ２を介して前記読み出した画素信号を第１のＡＦＥ１０２及び第２のＡＦＥ１０４にそれぞれ出力する。第１のＡＦＥ１０２及び第２のＡＦＥ１０４は、画素信号をデジタルデータである画素データに変換して、映像処理系１２の第１データ処理部１２ｄ及び第２データ処理部１２ｅにそれぞれ出力する。
【００７３】
第１データ処理部１２ｄ及び第２データ処理部１２ｅは、第１のＡＦＥ１０２及び第２のＡＦＥ１０４からの画素データを、ＡＬＣ１２ｃに出力すると共にフレームメモリアクセス部１２ｆに対して、フレームメモリ１４に格納された第１走査領域及び第２走査領域の画素データの更新命令を発行する。これにより、フレームメモリ１４に格納された第１走査領域及び第２走査領域の画素データが更新される。
【００７４】
一方、ＡＬＣ１２ｃでは、第１データ処理部１２ｄからの第１走査領域の画素データの示す輝度値に基づき、監視領域の第１走査領域に対応する画像（壁のみ）の明るさを計測して、この画像に対して適切な露光量となる露光時間（第１オフセット量）を算出し、当該算出した第１オフセット量を通信器１２ａに出力し、通信器１２ａ内部の第１オフセットレジスタの値を書き換える。また、第２データ処理部１２ｅからの第２走査領域の画素データの示す輝度値に基づき、監視領域の第２走査領域に対応する画像（入口、窓及びフロアの一部を含む）の明るさを計測して、この画像に対して適切な露光量となる露光時間（第２オフセット量）を算出し、当該算出した第２オフセット量を通信器１２ａに出力し、通信器１２ａ内部の第２オフセットレジスタの値を書き換える。
【００７５】
通信器１２ａ内部の第１オフセットレジスタ及び第２オフセットレジスタの値が書き換えられると、リセットラインスキャナ５６において、第１読出しライン及び第２読出しラインに対する第１リセットライン及び第２リセットラインの位置が、前記書き換えられたオフセット量に応じて変更される。
このようにして、ＡＬＣ１２ｃにおいて、画素データの評価及び適切な露光時間の計算を行い、露光時間を制御することで第１走査領域及び第２走査領域の露光時間が適切なものに設定され続ける。
【００７６】
一方、フレームメモリアクセス部１２ｆは、システムコントローラからの撮像画像データの出力要求を受信すると、フレームメモリ１４に格納された第１走査領域及び第２走査領域の画素データを読出し、システムコントローラからの同期信号（ピクセルクロック、水平同期信号及び垂直同期信号）に同期して、各走査領域の画素データをそれぞれ別々に（２系統で）出力する。
【００７７】
システムコントローラは、撮像装置１から撮像画像データを受信すると、当該撮像画像データを計算機や表示装置などに出力する。
このように、本実施形態の撮像装置１では、１つのセンサセルアレイ５８の露光領域を、２つの領域に分割し、各領域に対してそれぞれ適切な露光時間を独立に設定して露光を行い、露光後の各領域の画素データをそれぞれ独立に読み出すことができるので、撮像領域に、それぞれ輝度の大きく異なる２つの撮像対象が存在するようなときに、これらの存在する領域に合わせて、それぞれが別の領域に含まれるように露光領域を２つの領域に分割し、それぞれの領域毎に撮像対象の輝度に合わせた適切な露光時間を設定して露光を行うことができるので、輝度差のある２つの撮像対象が明瞭に撮像された撮像画像を得ることが可能である。
【００７８】
上記第１の実施形態において、センサセルアレイ５８は、形態１又は２の光電変換部に対応し、映像処理系１２における通信器１２ａを介して、第１走査領域及び第２走査領域に対する読出し開始ライン番号及び走査領域幅を撮像素子１００の内部レジスタに書き込む処理、並びに開始ライン番号及び走査領域幅の情報に基づく読出しラインスキャナ５４の第１読出しカウンタ５４ａ及び第２読出しカウンタ５４ｂのカウント値の制御処理は、形態１又は２の領域分割手段に対応する。
【００７９】
また、上記第１の実施形態において、撮像処理系１０の領域別走査対応型撮像素子１００における基準タイミング発生器５０、読出しラインスキャナ５４、リセットラインスキャナ５６、駆動パルス発生器５２、第１水平転送部６０及び第２水平転送部６２によるセンサセルアレイ５８の第１走査領域及び第２走査領域からの画素信号の読み出し処理は、形態１、２及び３のいずれか１の画素信号読出手段に対応する。
【００８０】
また、上記第１の実施形態において、第１読出しカウンタ５４ａ及び第２読出しカウンタ５４ｂにおける第１垂直同期信号及び第２垂直同期信号の生成処理は、形態３の分割領域基準信号生成手段に対応し、フレームメモリアクセス部１２ｆ及びフレームメモリ１４による、外部装置（システムコントローラなど）への２系統での撮像画像データの出力処理は、形態２又は８の撮像画像データ出力手段に対応する。
【００８１】
〔第２の実施形態〕
以下、本発明に係る撮像装置の第２の実施形態を、図面に基づいて説明する。図１０及び図１１は、本発明に係る撮像装置１の第２の実施形態を示す図である。
【００８２】
本実施形態は、撮像装置１の露出時間制御部（ＡＬＣ）１２ｃにおいて、第１走査領域及び第２走査領域の画素データに対する評価結果に基づき、露光時間の制御だけでなく、第１走査領域又は第２走査領域の走査領域幅の制御を行う点と、リセットラインスキャナ５６において、ＡＬＣ１２での走査領域幅の変更後の露光時間の調整を行う点と、フレームメモリアクセス部１４ｆにおいて、第１走査領域の画素データと第２走査領域の画素データとを合成して撮像画像データを生成し、当該撮像画像データを１系統で外部システムコントローラに出力する点とが上記第１の実施形態と異なる。更に、本実施形態においては、センサセルアレイ５８の露光領域を分割することなく全領域に対して１つの露光時間を設定して通常の走査を行う全領域走査モードと、上記第１の実施形態と同様にセンサセルアレイ５８の露光領域を２つの領域に分割して各領域毎に露光時間を設定してそれぞれ独立に走査を行う領域別走査モードとの２つの走査モードを備えている点も上記第１の実施形態と異なる。なお、本実施形態の撮像装置は、上記第１の実施形態の撮像装置１と一部動作が異なるが同様の構成となる。従って、以下、上記第１の実施形態と異なる点のみを説明する。
【００８３】
本実施形態の撮像装置１は、撮像対象における注目領域の位置が変化したり、注目領域の範囲が変化したりした場合に、分割した２つの領域の範囲をこれら注目領域の変化に応じて適切な範囲に変更することができる。注目領域の変化は、例えば、所定輝度値以下の画素データが多く存在する画像部分を注目領域とすると、ＡＬＣ１２ｃにおいて、第１のデータ処理部１２ｄ及び第２のデータ処理部１２ｅからの第１走査領域及び第２走査領域の画素データに基づき、各画素データの示す輝度値が所定輝度値以下か否かを判定すると共に、所定輝度値以下の画素データの総数の増加量が所定量以上か否かを判定することで行う。本実施の形態においては、所定輝度値以下の画素データが多く存在する画像部分を注目領域とし、所定輝度値よりも大きい輝度値の画素データが多く存在する領域を通常領域とし、センサセルアレイ５８の露光領域を、注目領域及び通常領域の２つの領域に分割する。そして、通常領域において、所定輝度値以下の画素データの総数が、所定量以上増加した場合に、注目領域の範囲に変化があった（広がった）と判断する。
【００８４】
ＡＬＣ１２は、注目領域に変化があると、この変化に応じて、当該変化によって範囲が拡大した部分が注目領域内に収まるように適切な走査領域幅を計算し、当該計算した走査領域幅の情報を撮像素子１００の内部レジスタに書き込む命令を、通信器１２ａを通じて、撮像素子１００に与える。本実施形態においては、通常領域を第１走査領域とし、注目領域を第２走査領域とする。また、本実施の形態においては、第２走査領域の走査領域幅が広がっても、第１走査領域の走査領域幅は狭めず、第２走査領域の増加分を第１走査領域との重複領域として扱う。また、重複領域の情報をリセットラインスキャナ５６のリセット制御レジスタ５６ｈに書き込む命令を、通信器１２ａを通じて、撮像素子１００に与える。
【００８５】
リセットラインスキャナ５６は、リセット制御レジスタ５６ｈに格納された、第１走査領域における前記重複領域の画素のライン番号の情報に基づき、第１走査領域の重複領域に対する第１リセットラインの走査を実行させないように制御する。つまり、重複領域に対しては、第１リセットレジスタの値を無効（０）に書き換えるダミー処理を行う。
リセット制御レジスタ５６ｈは、第１走査領域又は第２走査領域における重複領域の画素のライン番号の情報を格納するレジスタである。
【００８６】
第１リセットアドレスデコーダ５６ｃは、リセット制御レジスタ５６ｈによって、第１リセットレジスタ５６ｂに格納されたリセットライン番号が「０」に書き換えられると、第１走査領域に対する全ライン番号を無効にする。この処理は、重複領域の幅分行われることになり、第１走査領域における重複部分に対しては第１リセットラインの走査が行われないことになる。つまり、重複領域においては、第２走査領域に対して設定された露光時間で露光が行われることになり、この重複領域に対して第１読出しラインの走査で取得した画素データは第１走査領域の露光時間で露光されていないため破棄することになる。あるいは、読出しラインスキャナ５４を制御して、第１読出しラインの走査による重複部分に対する画素信号の読出し動作自体をさせないように制御しても良い。
【００８７】
第２リセットアドレスデコーダ５６ｆも第１リセットアドレスデコーダ５６ｃと同様に、リセット制御レジスタ５６ｈによって、第２リセットレジスタ５６ｅに格納されたリセットライン番号が「０」に書き換えられると、第２走査領域に対する全ライン番号を無効にする。この処理は、重複領域の幅分行われることになり、第２走査領域における重複部分に対しては第２リセットラインの走査が行われないことになる。つまり、重複領域においては、第１走査領域に対して設定された露光時間で露光が行われることになり、この重複領域に対して第２読出しラインの走査で取得した画素データは第２走査領域の露光時間で露光されていないため破棄することになる。あるいは、読出しラインスキャナ５４を制御して、第２読出しラインの走査による重複部分に対する画素信号の読出し動作自体をさせないように制御しても良い。
【００８８】
以下、図１０に基づき、領域幅の変更による重複領域が発生した場合の撮像素子１００の露光時間の制御方法、及びセンサセルアレイ５８からの画素信号の読み出し方法について説明する。ここで、図１０は、領域幅の変更による重複領域が発生した場合の撮像素子１００の露光時間の制御方法、及びセンサセルアレイ５８からの画素信号の読み出し方法を示す図である。
【００８９】
図１０の例では、第１走査領域と第２走査領域とに２ライン分の重複領域がある。ここでは、第２走査領域をの走査領域幅を広げたことで２ライン分の重複領域が発生したこととする。また、第１走査領域及び第２走査領域に対しては、ＡＬＣ１２ｃによって、最適な露光時間が設定されている状態であるとする。
上記第１の実施形態で説明したように、露光時間は、読出しラインの読出し位置と、これに対するリセットラインのリセット位置との関係によって決定する。つまり、読出しラインの読出しタイミングに対して、目的の露光時間（オフセット量）に応じたライン数の走査期間だけ先行して、読出しラインの読出し位置の画素のラインに対してリセットを行うようにリセットラインの走査を行うことによって、この走査期間分の画素のラインを空けて第１読出しラインがリセットラインを追いかける形で走査を行うようにする。これにより、第１読出しラインは、リセットラインでリセットされたラインに対して、前記露光時間に応じたライン数の走査を経た後に到達することになり、丁度目的の露光時間で露光された電荷群を読み出すことができる。
【００９０】
ここで、第２走査領域の走査領域幅が広がったことにより、第１走査領域の走査領域幅を狭めてしまうと、読出しラインスキャナ５４のカウンタの値が変化してしまうため、１フレームの露光期間が変化する。具体的には、走査領域幅が狭まれば露光期間は短くなる。
このようなときに、第１走査領域幅を狭めずに、重複領域に対して上記リセットラインスキャナ５６によってダミー処理を行うことで、撮像素子１００内のレジスタの値を書き換えることなく第１走査領域の１フレームの露光期間を第２走査領域幅の変更前の状態に維持することが可能である。
【００９１】
つまり、図１０に示す重複部分（２ライン）に対して、リセットラインスキャナ５６において前述したダミー処理を実行する。
これにより、図１０に示す重複領域に対して、第１リセットラインによるリセット動作は実行されず、第２リセットラインによるリセット動作のみが実行される。これにより、重複部分の画素のラインに対しては、第２走査領域に対して設定された第２有効露光時間での露光が行われ、第２読出しラインの走査によって第２有効露光時間で露光された重複部分の画素から画素信号が読み出される。
【００９２】
また、本実施形態の撮像装置１は、フレームメモリアクセス部１２ｆにおいて、外部システムコントローラからの撮像画像データの出力要求を受信すると、フレームメモリ１４から第１走査領域の画素データ及び第２走査領域の画素データを読み出し、これら読み出した画素データを合成して撮像画像データを生成する。そして、システムコントローラからの同期信号（ピクセルクロック、水平同期信号及び垂直同期信号）に同期して、前記生成した撮像画像データを１系統でシステムコントローラに出力する。
【００９３】
また、本実施形態の撮像装置１は、外部システムコントローラからの全領域走査モード及び領域別走査モードのいずれかのモードを指示する信号に応じて、走査モードを選択する。領域別走査モードを選択した場合は、上記したように露光領域を２つに分割して各領域毎に独立に走査を行う。
一方、全領域走査モードを選択した場合は、第１走査領域に対する走査領域幅情報を全ライン数分の幅とし、第２走査領域に対する領域幅情報を「０」とする（撮像素子１００の内部レジスタに書き込む）。開始ライン番号は、第１走査領域に対する開始ライン番号を有効にし、第１走査領域に対する開始ライン番号は「０」とする。オフセット量も第１オフセットレジスタの値のみを用いる。
【００９４】
そして、読出しラインスキャナ５４及びリセットラインスキャナ５６は、第１走査領域に対する読出しライン選択信号及びリセットライン選択信号を生成し、駆動パルス発生器５２に出力する。つまり、センサセルアレイ５８に対して、第１読出しライン及び第１リセットラインによる走査が行われ、読み出された画素信号は第１水平転送部６０を介して第１のＡＦＥ１０２に出力される。第１のＡＦＥ１０２は、画素信号を画素データに変換して第１データ処理部１２ｄに出力し、第１データ処理部１２ｄは、第１のＡＦＥ１０２からの画素データを、センサセルアレイ５８の全露光領域の画像データとして、フレームメモリアクセス部１２ｆを介して、フレームメモリ１４に格納する。
【００９５】
次に、図１１に基づき、本実施形態の撮像装置１の実際の動作を説明する。ここで、図１１は、第２の実施形態の撮像対象画像の一例を示す図である。
まず、システムコントローラにおいて、撮像装置１に対して領域分割走査モードでの動作を指示する。これにより、撮像装置１は、領域分割走査モードで動作することになる。
【００９６】
以下、図１１に示す、路面及び風景を撮像対象とし、撮像装置１を車載カメラとして用いた場合の動作を説明する。図１１の例では、路面（センターライン含む）、ガードレール、風景が監視領域に含まれており、センターライン、ガードレール、他の車両を監視対象とする。従って、図１１に示すように、まず、監視領域における監視対象の様子が解る路面及びガードレールを含んだ注目領域範囲（監視領域の下側の領域）と、この領域以外の領域範囲（主に風景）である監視領域の上側の領域との２つの領域に露光領域を分割するように、それぞれの領域の開始ライン番号及び走査領域幅を決定する。ここでは、監視領域の上側の領域（風景）を第１走査領域とし、監視領域の下側の領域を第２走査領域とする。上記第１の実施形態と同様に、露光領域が６４０画素×４８０画素のサイズで、第１走査領域を上側６４０画素×２００画素とし、第２走査領域を下側６４０画素×２８０画素とする。つまり、露光領域におけるライン番号１〜２００の画素のラインが第１走査領域となり、ライン番号２０１〜４８０の画素のラインが第２走査領域となる。従って、第１走査領域の開始ライン番号は「１」、走査領域幅は「２００」となり、第２走査領域の開始ライン番号は「２０１」、走査領域幅は「２８０」となる。
【００９７】
図１１の例では、第１走査領域は、撮像範囲に空などの明るい風景を多く含むため輝度が比較的高く、第２走査領域は、撮像範囲の大部分を路面が占めるため輝度が比較的低くなる。
また、撮像装置１は、車載カメラとして用いられているため、撮像対象画像は車両の移動によりその内容が刻々と変化する。従って、ＡＬＣ１２ｃは、第１データ処理部１２ｄ及び第２データ処理部１２ｅから出力される画素データに基づき、第１走査領域及び第２走査領域の各画素データの示す輝度値と第１輝度閾値及び第２輝度閾値とをそれぞれ比較し、第１走査領域において第１輝度閾値以下となる画素データの総数がいくつ増加したかをチェックすると共に、第２走査領域において第２輝度閾値以上となる画素データの総数がいくつ増加したかをチェックする。そして、各増加量と増加閾値とを比較して、この比較結果に基づき撮像対象画像の内容に大きな変化があるか否かを判定する。具体的には、前記増加量が増加閾値以上であった場合に、撮像対象画像の内容が大きく変化したと判定する。そして、大きな変化があった場合は、該当の走査領域範囲の変更処理を実行する。
【００９８】
例えば、第１走査領域において、第１輝度閾値以下となる画素データが増加閾値以上増加した場合は、車両の移動によって輝度の比較的低い路面の画像が第１走査領域内に食い込んでしまったと予想できるので、この場合は、第２走査領域の範囲を広げて、食い込んだ部分が第２走査領域に含まれるようにする。つまり、ＡＬＣ１２ｃは、第１走査領域における第１輝度閾値以下となる画素データの位置情報から、第２走査領域の範囲（走査領域幅）をどれだけ広げれば良いかを計算する。このようにして計算された走査領域幅の情報は、通信器１２ａを通じて、撮像素子１００の内部レジスタに書き込まれる。これにより、図１１に示すように、領域幅の変更前は境界１できれいに２つに分割されていた第１走査領域と第２走査領域が、第２走査領域の範囲だけ境界２の位置まで拡大される。つまり、図１１に示す境界１と境界２との間の画像部分が、第１走査領域と第２走査領域との重複領域となる。これにより、注目領域の範囲が変化しても、この変化に応じて該当する走査領域の範囲を自動的に変更し、この範囲の変化した画像の撮像に対して適切な露光時間での露光を行うことができる。
【００９９】
一方、リセットラインスキャナ５６では、上記重複領域に対応する第１走査領域の画素ラインに対して、第１リセットラインの走査によるリセット動作を実行させないように制御する。例えば、重複部分がライン番号１８０〜２００であれば、リセット制御レジスタ５６ｈにライン番号１８０〜２００の情報を書き込む。そして、第１読出しカウンタ５４ａのカウント値がライン番号１８０〜２００を示す値となる範囲では、リセット制御レジスタ５６ｈによって、第１リセットレジスタの値を「０」に書き換えて、第１走査領域の全画素ラインに対して第１リセットラインを無効とする。これにより、第１走査領域に対する第１リセットラインによるリセット動作は、ライン番号１８０〜２００の画素ラインに対しては実行されなくなる。従って、第１走査領域の露光期間は、第２走査領域幅の変更前の状態のまま維持され、且つ領域幅を狭める処理も不要となる。
【０１００】
このように、本実施形態の撮像装置１では、１つのセンサセルアレイ５８の露光領域を、２つの領域に分割し、各領域に対してそれぞれ適切な露光時間を独立に設定して露光を行い、露光後の各領域の画素データをそれぞれ独立に読み出すことができるので、撮像領域に、それぞれ輝度の大きく異なる２つの撮像対象が存在するようなときに、これらの存在する領域に合わせて、それぞれが別の領域に含まれるように露光領域を２つの領域に分割し、それぞれの領域毎に撮像対象の輝度に合わせた適切な露光時間を設定して露光を行うことができるので、輝度差のある２つの撮像対象が明瞭に撮像された撮像画像を得ることが可能である。
【０１０１】
また、各領域内の撮像対象の変化（位置、サイズなど）に応じて各領域の範囲を適切な範囲に自動的に変更し、特に、注目する撮像対象が常に適切な露光時間で露光されるように制御することが可能である。
また、走査領域の範囲を変更しても、範囲の狭まった方の走査領域の露光期間を変更前の状態に維持することが可能であり、これにより撮像装置１００内のレジスタの書き換え等を行う必要がなくなる。
【０１０２】
また、全領域走査モード及び領域別走査モードの２つのモードから任意のモードを選択して動作させることが可能であり、撮像対象の内容や撮像装置１の用途に応じてこれらを使い分けることができる。
また、第１走査領域及び第２走査領域の画素データを合成して撮像画像データを生成し、当該生成した撮像画像データを１系統で外部装置に出力することが可能である。
【０１０３】
上記第２の実施形態において、センサセルアレイ５８は、形態１、２及び９のいずれか１の光電変換部に対応し、映像処理系１２における通信器１２ａを介して、第１走査領域及び第２走査領域に対する読出し開始ライン番号及び走査領域幅を撮像素子１００の内部レジスタに書き込む処理、並びに開始ライン番号及び走査領域幅の情報に基づく読出しラインスキャナ５４の第１読出しカウンタ５４ａ及び第２読出しカウンタ５４ｂのカウント値の制御処理は、形態１、２、４及び９のいずれか１の領域分割手段に対応する。
【０１０４】
また、上記第１の実施形態において、撮像処理系１０の領域別走査対応型撮像素子１００における基準タイミング発生器５０、読出しラインスキャナ５４、リセットラインスキャナ５６、駆動パルス発生器５２、第１水平転送部６０及び第２水平転送部６２によるセンサセルアレイ５８の第１走査領域及び第２走査領域からの画素信号の読み出し処理は、形態１、２、３及び９のいずれか１の画素信号読出手段に対応する。
【０１０５】
また、上記第１の実施形態において、第１読出しカウンタ５４ａ及び第２読出しカウンタ５４ｂにおける第１垂直同期信号及び第２垂直同期信号の生成処理は、形態３の分割領域基準信号生成手段に対応し、フレームメモリアクセス部１２ｆ及びフレームメモリ１４による、第１走査領域及び第２走査領域の画素データを合成して撮像画像データを生成し、外部装置（システムコントローラなど）に１系統での撮像画像データを出力する処理は、形態２又は７の撮像画像データ出力手段に対応する。
【０１０６】
なお、上記第１及び第２実施形態においては、センサセルアレイ５８の露光領域を２分割する例を説明したが、これに限らず、３分割以上できる構成としても良い。この場合は、それぞれの領域から独立で画素信号を読み出すために、水平転送部、ＡＦＥ、読出しラインスキャナ、リセットラインスキャナ、データ処理部などを３分割以上に対応させる必要がある。
【０１０７】
また、上記第２の実施形態においては、走査領域の範囲を変更するときに、一方の範囲を広げても他方の範囲を狭めない構成とし、且つリセットラインスキャナ５６でダミー処理を行って露光期間の調整をする構成としたが、これに限らず、一方の範囲を広げたら他方の範囲を狭め、各領域の領域範囲の変更を撮像素子１００に通知し、読出しラインスキャナ５４及びリセットラインスキャナ５６で変更後の開始ライン番号及び走査領域幅情報に基づき変更後の各領域に対して改めて処理を行う構成としても良い。
【０１０８】
また、上記第１及び第２の実施形態においては、第１走査領域及び第２走査領域共に、設定された有効露光時間で露光された画素から画素信号を読み出す構成としたが、これに限らず、例えば、注目領域に動きのある被写体が含まれるようなときに、その走査領域に対しては、非破壊読出し方式を用いて複数種類の露光時間で露光された画素信号を読出すようにして、注目領域に対しては多段露光を行うような構成としても良い。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】本発明に係る撮像装置１の概略構成を示すブロック図である。
【図２】撮像装置１の内部構成を示すブロック図である。
【図３】ＡＦＥ(Analog Front End)１０２の内部構成を示す図である。
【図４】領域別走査対応型撮像素子１００の内部構成を示すブロック図である。
【図５】読出しラインスキャナ５４の内部構成を示す図である。
【図６】リセットラインスキャナ５６の内部構成を示す図である。
【図７】センサセルアレイ５８の詳細構成を示す図である。
【図８】撮像素子１００のセンサセルアレイ５８における各画素のライン毎の露光、画素信号の読み出し及び蓄積電荷のリセット動作の一例を示す図である。
【図９】第１の実施形態の撮像対象画像の一例を示す図である。
【図１０】領域幅の変更による重複領域が発生した場合の撮像素子１００の露光時間の制御方法、及びセンサセルアレイ５８からの画素信号の読み出し方法を示す図である。
【図１１】第２の実施形態の撮像対象画像の一例を示す図である。
【符号の説明】
【０１１０】
１は撮像装置、１０は撮像処理系、１２は映像処理系（ＤＳＰ）、１４はフレームメモリ、１００は領域別走査対応型撮像素子、１０２は第１のＡＦＥ、１０４は第２のＡＦＥ、５０は基準タイミング発生器、５２は駆動パルス発生器、５４は走査ラインスキャナ、５６はリセットラインスキャナ、５８はセンサセルアレイ、６０は第１水平転送部、６２は第２水平転送部、５４ａは第１読出しカウンタ、５４ｂは第１読出しアドレスデコーダ、５４ｃは第２読出しカウンタ、５４ｄは第２読出しアドレスデコーダ、５４ｅはＯＲロジック、５６ａは第１飽和処理器・加算器、５６ｂは第１リセットレジスタ、５６ｃは第１リセットアドレスデコーダ、５６ｄは第２飽和処理器・加算器、５６ｅは第２リセットレジスタ、５６ｆは第２リセットアドレスデコーダ、５６ｇはＯＲロジック、５８ａはセンサセル、１２ａは通信器、１２ｂはタイミング制御器、１２ｃは露出時間制御部（ＡＬＣ）、１２ｄは第１データ処理部、１２ｅは第２データ処理部、１２ｆはフレームメモリアクセス部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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