(57)【要約】【課題】ダイナミックレンジの拡大を図り得る構成を、画素のサイズを抑制しつつ、且つ画素間での増倍のばらつきを抑えつつ、より簡易に実現する。【解決手段】撮像装置１には、撮像部２における複数の画素１０からそれぞれ電荷を読み出し可能な電荷読み出し部１０と、撮像部２の各画素３から電荷を順次転送する電荷転送部２０とが設けられており、更に、電荷転送部２０によって順次転送される各画素の電荷を、共通の経路で増倍する電荷増倍部３０が設けられている。また、撮像部２の各画素の出力として、電荷読み出し部１０によって読み出される電荷、又は電荷転送部２０によって転送され且つ電荷増倍部２０によって増倍される電荷、のいずれかを選択する選択部と、選択部によって選択された各画素の出力に基づいて、各画素の画素値を算出する算出部とが設けられている。【選択図】図１
2013026807.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射する光に応じた電荷を蓄積する画素が複数配列されてなる撮像部を備えた撮像装置であって、
前記撮像部における複数の前記画素からそれぞれ電荷を読み出し可能な電荷読み出し部と、
前記撮像部の各画素から電荷を順次転送する電荷転送部と、
前記電荷転送部によって順次転送される各画素の電荷を、共通の経路で増倍する電荷増倍部と、
前記撮像部の各画素の出力として、前記電荷読み出し部によって読み出される電荷、又は前記電荷転送部によって転送され且つ前記電荷増倍部によって増加される電荷、のいずれかを選択する選択部と、
前記選択部によって選択された各画素の出力に基づいて、各画素の画素値を算出する算出部と、
を有することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記電荷増倍部は、
前記電荷転送部で転送される各画素の電荷を複数に分割する電荷分割部と、
前記電荷分割部によって分割された各電荷をそれぞれ増倍する構成をなし、且つ増倍率がそれぞれ異なるように構成された複数の並列増倍部と、
複数の前記並列増倍部における各出力の中から、所定の出力基準を満たす出力を選択する出力選択部と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記電荷増倍部は、前記電荷転送部から転送された電荷を前記電荷分割部による分割の前に増倍する事前増倍部を備え、
前記電荷分割部は、前記事前増倍部によって増倍された画素の電荷を複数に分割することを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記出力選択部は、複数の前記並列増倍部からの各出力において、前記所定の出力基準を満たす出力が複数ある場合に、当該所定の出力基準を満たす最も低い出力を選択することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記電荷増倍部は、入力された電荷を増倍する構成された直列増倍部が複数直列接続されてなり、各直列増倍部で増倍された電荷が読み出し可能とされており、
更に、複数の前記直列増倍部における各出力の中から、所定の出力基準を満たす出力を選択する出力選択部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記撮像部での露光時間を制御する露光制御手段を備え、
前記電荷読み出し手段は、前記露光制御手段が前記露光時間を所定の一定時間に制御したときに、各画素に蓄積された電荷を読み出し、
前記選択部は、前記露光時間が前記一定時間に制御されたときに前記電荷読み出し手段によって各画素から読み出される各電荷の値を設定値と比較し、電荷の値が当該設定値に達した画素については、前記電荷読み出し部によって読み出される電荷を出力として選択することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記露光時間が前記一定時間に制御されたときに前記電荷読み出し手段によって読み出されるいずれかの画素の電荷が前記設定値より大きい所定の上限値に達するか否かを判断する判断手段を備え、
前記露光制御手段は、前記判断手段によりいずれかの画素の電荷が前記上限値よりも大きいと判断された場合に、前記露光時間を前記一定時間よりも短い所定の短時間に制御し、
前記選択部は、前記露光時間が前記一定時間に制御されたときに前記判断手段によって前記上限値に達したと判断された対象画素において、前記露光時間が前記短時間に制御されたときに当該対象画素の電荷が前記上限値に達しない場合に、当該対象画素の出力として、前記露光時間が前記短時間に制御されたときに前記電荷読み出し部によって当該対象画素から読み出される電荷を用いることを特徴とする請求項６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、撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車載カメラなどの撮像装置では、輝度の差が大きい場所で撮像する機会も多いため、ダイナミックレンジの拡大が望まれている。ダイナミックレンジの拡大を図ろうとする技術としては、例えば特許文献１、２のようなものが提案されており、特許文献１では、複数の画素（７）と、画素（７）に蓄積される電荷を増加する増加部（１０）と、画素（７）の露光時間を変更する露光時間変更部（９）とを備えた電荷増倍型の撮像装置が開示されている。この撮像装置では、画素（７）に入射する光の輝度に応じて、電荷増加動作の回数の制御と露光時間の制御とを切り替えており、これにより、装置の感度を変化させている。具体的には、輝度が非常に低い画素（７）については、電荷の増倍によって電荷を確保し、輝度が非常に高い画素（７）については、露光時間の制御によって輝度の飽和を防いでおり、このような電荷の増倍機能及び露光時間の制御機能を使い分けることでダイナミックレンジの拡大化を図っている。
【０００３】
また、特許文献２では、入射光量に応じた電荷を生成する撮像領域（１０）と、撮像領域（１０）からの電荷を受ける複数の出力レジスタ部（２１〜２４）と、その電荷をそれぞれ増倍する増倍段数の異なる複数の増倍レジスタ部（３１〜３４）とを備えた電荷増倍型の固体撮像装置（１）が開示されている。この固体撮像装置（１）では、部分撮像領域（１１〜１４）にそれぞれ割り当てられた増倍レジスタ部の増倍段数を異ならせることで、位置によって入射光の強度が大きく異なる場合に適応させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−５５５４０号公報
【特許文献２】特開２０１０−１７７５６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示される撮像装置では、画素（７）毎に電荷を増倍するための増加部（１０）が設けられるため、各画素（７）のサイズが非常に大きくなり、高画素化が難しいという問題がある。特に画素毎に電圧を印加する回路や増倍率を制御する回路が必要となるため、画素（７）のサイズの大型化が避けられない。また、特許文献１の構成では、各画素（７）に蓄積された電荷は、画素毎に独立して設けられた増加部（１０）によってそれぞれ増倍されることになるが、装置の製造誤差等に起因して各増加部（１０）の増倍率にばらつきが生じやすいため、画素間で増倍のばらつきが生じてしまうことが懸念される。更に、増倍に必要な高電圧を各画素（７）の内部で印加する必要があるため、光電変換を行うフォトダイオード（８）にその影響が及ぶこと（例えばノイズ等の発生）も懸念される。
【０００６】
一方、特許文献２の固体撮像装置（１）は、像倍率の異なる複数の増倍レジスタ部（３１〜３４）を備えているが、電荷の増倍制御のみを利用しているため、一部の画素の輝度が飽和してしまう場合に当該画素から適切な出力を読み出すことができない。また、増倍が必要無い画素についても増倍されてしまうため、ノイズが乗りやすいという問題もある。更に、この構成では、領域毎に増倍部が必要となり、増倍率を制御するための回路も領域毎に必要となるため、装置構成、回路構成が大型化、複雑化せざるを得ない。
【０００７】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、ダイナミックレンジの拡大を図り得る構成を、画素のサイズを抑制しつつ、且つ画素間での増倍のばらつきを抑えつつ、より簡易に実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、第１の発明は、
入射する光に応じた電荷を蓄積する画素が複数配列されてなる撮像部を備えた撮像装置であって、
前記撮像部における複数の前記画素からそれぞれ電荷を読み出し可能な電荷読み出し部と、
前記撮像部の各画素から電荷を順次転送する電荷転送部と、
前記電荷転送部によって順次転送される各画素の電荷を、共通の経路で増倍する電荷増倍部と、
前記撮像部の各画素の出力として、前記電荷読み出し部によって読み出される電荷、又は前記電荷転送部によって転送され且つ前記電荷増倍部によって増加される電荷、のいずれかを選択する選択部と、
前記選択部によって選択された各画素の出力に基づいて、各画素の画素値を算出する算出部と、
を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１の発明では、撮像部における複数の画素からそれぞれ電荷を読み出し可能な電荷読み出し部と、撮像部の各画素から電荷を順次転送する電荷転送部とが設けられており、更に、電荷転送部によって順次転送される各画素の電荷を、共通の経路で増倍する電荷増倍部が設けられている。
また、撮像部の各画素の出力として、電荷読み出し部によって読み出される電荷、又は電荷転送部によって転送され且つ電荷増倍部によって増倍される電荷、のいずれかを選択する選択部と、選択部によって選択された各画素の出力に基づいて、各画素の画素値を算出する算出部とが設けられている。
この構成では、各画素から転送された電荷を共通の電荷増倍部によって増倍しているため、各画素内に増倍用の領域を大きく確保する必要がなく、画素毎に増倍率を制御する回路を設ける必要もない。従って、画素サイズを効果的に抑えることができ、高画素化を図ることができる。また、各画素内において増倍のために高い電圧を印加する必要が無く、各画素で使用する電圧を抑えることができるため、高い電圧が各画素で印加されることに起因する悪影響（例えば画素内で発生するノイズ等）を抑制することができる。また、各画素の電荷が共通の電荷増倍部で増倍されるため、画素間の増倍のばらつきが小さくなる。
更に、電荷転送部による転送及び電荷増倍部による増倍とは独立して各画素の電荷を読み出すことができるため、転送、増倍しない場合の各画素の電荷についても迅速に読み出すことができる。従って、例えば露光時間等の条件を変更した画像を、転送、増倍とは独立して取得することができ、短時間でダイナミックレンジの広い画像を取得しやすくなる。
【００１０】
請求項２の発明では、電荷増倍部は、電荷転送部で転送される各画素の電荷を複数に分割する電荷分割部と、電荷分割部によって分割された各電荷をそれぞれ増倍する構成をなし、且つ増倍率がそれぞれ異なるように構成された複数の並列増倍部と、複数の並列増倍部における各出力の中から、所定の出力基準を満たす出力を選択する出力選択部と、を備えている。
この構成によれば、複数の増倍率で増倍した結果を得ることができ、各画素に適した増倍率の出力を得やすくなる。また、電圧や増倍回数などを細かく複雑に制御せずとも複数の増倍率で増倍した結果を得ることができる。
【００１１】
請求項３の発明では、電荷増倍部は、電荷転送部から転送された電荷を電荷分割部による分割の前に増倍する事前増倍部を備え、電荷分割部は、事前増倍部によって増倍された画素の電荷を複数に分割している。
電荷分割部によって電荷を分割すると、各並列増倍部を流れる電荷が小さくなることが懸念されるが、上記のように事前増倍部を設けることで、分割後に電荷が小さくなりすぎることを抑えることができる。
【００１２】
請求項４の発明では、出力選択部は、複数の並列増倍部からの各出力において、所定の出力基準を満たす出力が複数ある場合に、当該所定の出力基準を満たす最も低い出力を選択している。
増倍率が高くなるほどノイズの影響が懸念されるため、上記のように出力基準を満たす複数の出力の中で最も低い出力を選択すればノイズの影響を抑えることができる。
【００１３】
請求項５の発明では、電荷増倍部は、入力された電荷を増倍する構成された直列増倍部が複数直列接続されてなり、各直列増倍部で増倍された電荷が読み出し可能とされており、
更に、複数の直列増倍部における各出力の中から、所定の出力基準を満たす出力を選択する出力選択部が設けられている。
この構成では、転送される電荷の分割等を行う必要が無いため、電荷量が少なくなりすぎず、転送された電荷をより確実に増加させることができる。
【００１４】
請求項６の発明では、撮像部での露光時間を制御する露光制御手段を備え、電荷読み出し手段は、露光制御手段が露光時間を所定の一定時間に制御したときに、各画素に蓄積された電荷を読み出している。そして、選択部は、露光時間が一定時間に制御されたときに電荷読み出し手段によって各画素から読み出される各電荷の値を設定値と比較し、電荷の値が当該設定値に達した画素については、電荷読み出し部によって読み出される電荷を出力として選択している。
このようにすることで、電荷が一定値（設定値）に達した画素については増倍された電荷出力を用いないようにすることができ、撮像部内に高輝度の領域が存在する場合に飽和を防ぎやすくなる。
【００１５】
請求項７の発明では、露光時間が一定時間に制御されたときに電荷読み出し手段によって読み出されるいずれかの画素の電荷が設定値より大きい所定の上限値に達するか否かを判断する判断手段を備え、露光制御手段は、判断手段によりいずれかの画素の電荷が上限値よりも大きいと判断された場合に、露光時間を一定時間よりも短い所定の短時間に制御し、選択部は、露光時間が一定時間に制御されたときに判断手段によって上限値に達したと判断された対象画素において、露光時間が短時間に制御されたときに当該対象画素の電荷が上限値に達しない場合に、当該対象画素の出力として、露光時間が短時間に制御されたときに電荷読み出し部によって当該対象画素から読み出される電荷を用いている。
このようにすることで、一定時間の露光制御によって電荷の値が大きくなりすぎる画素（例えば飽和に達した画素等）が存在する場合に、短時間の露光制御を行うことで電荷の蓄積を抑えることができる。そして、露光時間が短時間に制御されたときに当該画素の電荷が上限値に達しない場合には、このように抑制された電荷を読み出して適切な出力として用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係る撮像装置を概略的に例示するブロック図である。
【図２】図２は、図１の撮像装置においてＣＣＤ転送型として構成される部分を概略的に説明する説明図である。
【図３】図３は、図１の撮像装置において、Ｘ−Ｙアドレス型として構成される部分を概略的に説明する説明図である。
【図４】図４（Ａ）は、画素内の断面構成を模式的に示す模式図であり、図４（Ｂ）は、配列された複数の画素の平面構成を模式的に示す模式図である。
【図５】図５は、転送部で転送された電荷の増倍方法を概念的に説明する説明図である。
【図６】図６は、並列増倍部での増倍の様子を概念的に説明する説明図である。
【図７】図７は、電荷の分割方法の一例を概念的に説明する説明図である。
【図８】図８は、図１の撮像装置の制御部の構成を概念的に例示するブロック図である。
【図９】図９は、図１の撮像装置における撮像処理の流れを例示するフローチャートである。
【図１０】図１０（Ａ）は、各画素における増倍の要否の判別結果（高輝度画素と低輝度画素の判別結果）を示す説明図である。図１０（Ｂ）は、増倍が必要と判別された各画素（低輝度画素）の出力値及び増倍率のデータを概念的に説明する説明図である。図１０（Ｃ）は、増倍が不要と判別された各画素（高輝度画素）の出力値及び露光時間のデータを説明する説明図である。
【図１１】図１１（Ａ）は、増倍が不要と判別された画素（高輝度画素）の電荷を電荷読み出し部によって読み出す動作状態（フォトダイオードから検出部側に電荷を転送する状態）を説明する説明図であり、図１１（Ｂ）は、その図１１（Ａ）での転送後の状態を説明する説明図である。図１１（Ｃ）は、図１１（Ａ）での転送後の残余の電荷を、電荷転送部によって転送する動作を説明する説明図である。
【図１２】図１２（Ａ）は、増倍が必要と判別された画素（低輝度画素）の電荷の状態を説明する説明図であり、図１２（Ｂ）は、読み出し部による読み出し動作が行われているときの低輝度画素の電荷維持状態を説明する説明図である。図１２（Ｃ）は、低輝度画素の電荷を電荷転送部によって転送する動作を説明する説明図である。
【図１３】図１３は、増倍率の選択方法を説明する説明図である。
【図１４】図１４は、第２実施形態に係る撮像装置を概略的に例示するブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
[第１実施形態]
以下、本発明を具現化した第１実施形態について、図面を参照して説明する。
（撮像装置の構成）
まず、図１を参照し、第１実施形態に係る撮像装置１に全体構成について概説する。
図１は、第１実施形態に係る撮像装置を概略的に例示するブロック図である。図２は、図１の撮像装置においてＣＣＤ転送型として構成される部分を概略的に説明する説明図である。図３は、図１の撮像装置において、Ｘ−Ｙアドレス型として構成される部分を概略的に説明する説明図である。図４（Ａ）は、画素内の断面構成を模式的に示す模式図であり、図４（Ｂ）は、配列された複数の画素の平面構成を模式的に示す模式図である。図５は、転送部で転送された電荷の増倍方法を概念的に説明する説明図である。図６は、並列増倍部での増倍の様子を概念的に説明する説明図である。図７は、電荷の分割方法の一例を概念的に説明する説明図である。図８は、図１の撮像装置の制御部の構成を概念的に例示するブロック図である。
【００１８】
第１実施形態に係る撮像装置１は、車載カメラやその他のカメラ（デジタルカメラ等）などに用いられるものであり、撮像部２において結像された撮像対象の像を電気信号に変換し画像データを生成するように構成されている。この撮像装置１は、図１に示すように、主として、撮像部２、電荷読み出し部１０、電荷転送部２０、電荷増倍部３０、ＡＤ変換部６１，６２、制御部４０などによって構成されている。
【００１９】
撮像部２は、入射する光に応じて電荷を生成、蓄積するように構成された画素３が複数配列されてなるものであり、これら複数の画素３が例えばマトリックス状に配置されている。なお、図１では、画素３が５行４列で配置された構成を示しているが、図１に示す例はあくまで簡略的に示すものであり、画素３の行数や列数は様々な数とすることができる。
【００２０】
各画素３は、図４（Ａ）に示すように、受光量に応じた電荷を蓄積するフォトダイオード４を備えている。各画素３では、フォトダイオード４での光電変換により電荷が発生及び蓄積するように構成され、フォトダイオード４で発生した電荷は、フローティングディフュージョン検出器１４によって読み出し可能とされると共に、垂直ＣＣＤ２１によって転送可能とされている。
【００２１】
フォトダイオード４は、上方側に形成された開口部を介して、Ｎ＋領域内に光を取り込み得るように構成されてている。具体的には、図４（Ａ）のように、Ｐ導電型の半導体基板（Ｐ型基板）１７において、フォトダイオード４を構成するＮ導電型の半導体領域（Ｎ＋領域）が形成されている。
【００２２】
電荷転送部２０は、各画素３を構成する各フォトダイオード４で生成、蓄積された電荷を順次転送するように構成されている。この電荷転送部２０は、撮像部２を構成する各画素列毎に設けられた複数の垂直ＣＣＤ２１と、これら複数の垂直ＣＣＤ２１の一端側に設けられた水平ＣＣＤ２２とを備えている。
【００２３】
本実施形態では、図４（Ａ）のように、フォトダイオード４を構成するＮ導電型の半導体領域（Ｎ＋領域）に隣接する形で、垂直ＣＣＤ２１を構成するＮ導電型の半導体領域（Ｎ領域２７）が形成されている。フォトダイオード４を構成するＮ＋領域は、垂直ＣＣＤ２１を構成するＮ領域２７よりも高い濃度で形成されている。また、垂直ＣＣＤ２１を構成するＮ領域２７の一方面側には、酸化膜２６が配されている。更に、垂直ＣＣＤ２１を構成するＮ領域２７の上には、酸化膜２６を介して転送電極２４，２５が形成され、当該Ｎ領域２７、酸化膜２６及び転送電極２４，２５によって垂直ＣＣＤ２１が構成されている。この垂直ＣＣＤ２１は、画素列に対応して設けられる公知の垂直転送路（ＶＣＣＤ）として構成されており、画素列を構成する各フォトダイオード４で蓄積された電荷を各フォトダイオード４に対応する領域で一旦保持し、各転送電極２４、２５に加えられるクロックパルスに同期してそれら保持した各電荷を下方側の水平ＣＣＤ２２に順次転送するようになっている。このような転送動作が各垂直ＣＣＤ２１で行われる。
【００２４】
本実施形態では、撮像部２の一部がインターライン型のイメージセンサとして機能している。具体的には、撮像部２において各検出部１３を除いた部分が図２のように構成され、画素３の列毎に垂直ＣＣＤ２１が設けられ、各垂直ＣＣＤ２１のそれぞれの端部に水平ＣＣＤ２２が接続されている。なお、垂直ＣＣＤ２１や水平ＣＣＤ２２は光電変換を行わないように遮光膜で覆われた構成となっている。
【００２５】
電荷読み出し部１０は、撮像部２を構成する複数の画素３からそれぞれ電荷を読み出し可能に構成されており、主として、水平走査回路１１と、垂直走査回路１２と、これら水平走査回路１１及び垂直走査回路１２によって動作する各検出部１３とを備えている。この電荷読み出し部１０は、図３に示すように、Ｘ−Ｙアドレス型の構成をなし、水平走査回路１１によって選択された列及び垂直走査回路１２によって選択された行の画素から電荷を読み出すように機能している。
【００２６】
各検出部１３は、図４（Ａ）のように、画素３毎に設けられたフローティングディフュージョン検出器１４（以下、ＦＤＡ１４とも称する）と、各画素３においてフォトダイオード４とＦＤＡ１４との間に設けられた半導体領域と、この半導体領域の一方面側に配される酸化膜１８と、酸化膜１８を介して基板１７上に配される読み出し電極１５とを備えている。この検出部１３では、フォトダイオード４を構成するＮ導電型の半導体領域（Ｎ＋領域）に対応して、このＮ＋＋領域から距離をあけてＮ導電型の半導体領域（Ｎ＋＋領域）が形成されている。このＮ＋＋領域によって構成されるＦＤＡ１４は、公知のフローティングディフュージョン検出器として構成されており、対応するフォトダイオード４から移動された電荷を電圧に変換して読み出すように機能する。
【００２７】
電荷読み出し部１０では、水平走査回路１１及び垂直走査回路１２によって各検出部１３の読み出し電極１５がオン状態に駆動されるようになっており、これら水平走査回路１１及び垂直走査回路１２は、各フォトダイオード４で生成及び蓄積された信号電荷をＡＤ変換部６１へと順次転送するように機能している。図１、図３に示す構成では、各画素３に設けられた読み出し電極１５が垂直走査回路１２に設けられた各信号線に接続されている。垂直走査回路１２は、例えば行毎に信号線が設けられてなる垂直走査シフトレジスタとして構成され、各信号線に順次電圧を印加するように構成されている。この垂直走査回路１２から信号線に電圧が印加されると、電圧が印加されている当該信号線に接続される読み出し電極１５がオン状態となる。水平走査回路１１は、例えば列毎に信号線が設けられてなる水平走査シフトレジスタとして構成されており、各信号線を介して列毎に設けられた各スイッチ１９を駆動するように構成されている。この構成では、垂直走査回路１２によっていずれかの行の信号線に電圧が印加され、この行の各画素３において読み出し電極１５がオン状態となったときに、水平走査回路１１によって各スイッチ１９が順次駆動されることに応じて、この行の各画素３の電荷がＡＤ変換部６１に順次転送される。そして、このような行毎の転送動作を全部の行に対して行うようになっている。
【００２８】
図４のように、画素３では、垂直走査回路１２によって読み出し電極１５がオン状態とされたときに、この読み出し電極１５の一方側に隣接するフォトダイオード４に蓄積された電荷が他方側に隣接するＦＤＡ１４に転送され、ＦＤＡ１４は、フォトダイオード４から移動された電荷をＮ＋＋領域に蓄積する。そして、水平走査回路１１によって当該画素３に対応するスイッチ１９が駆動されたときに、この移動された電荷を公知の方法で電圧に変換して出力している。なお、ＦＤＡ１４を構成するＮ＋＋領域は、フォトダイオード４を構成するＮ＋領域よりも高い濃度で形成されている。
【００２９】
電荷増倍部３０は、上述の電荷転送部２０によって順次転送される各画素３の電荷を、共通の経路で増倍するように構成されている。この電荷増倍部３０は、事前増倍部３１と、電荷分割部３９と、並列増倍部３２とを備えており、電荷転送部２０によって順次転送される各画素３の電荷を複数の経路で増倍し得るようになっている。
【００３０】
事前増倍部３１は、電荷転送部２０から転送された電荷を電荷分割部による分割の前に増倍するように構成されている。この事前増倍部３１は、公知の電子増倍型ＣＣＤ（EM-CCD; Electron Multiplying CCD）として構成されており、電荷を増倍するための高電界領域を備え、電荷転送部２０から転送される電荷を高電界領域に通すことで、信号電荷を増倍させるように機能している。なお、事前増倍部３１での増倍率の制御方法は、増倍の回数で制御する方法であってもよく、電極に印加する電圧で制御する方法であってもよい。
【００３１】
電荷分割部３９は、電荷転送部２０で転送される各画素の電荷を複数に分割するように構成されており、具体的には、事前増倍部３１によって増倍された画素の電荷を複数に分割している。この電荷分割部３９は、例えば図７のように、Ｐ導電型の半導体基板３９ａの一方面側に形成されたＮ導電型の半導体領域３９ｂと、この半導体領域３９ｂの一方面側に配される絶縁膜３９ｃと、絶縁膜３９ｃ上に配される複数の電極３９ｄ、３９ｅ、３９ｆを備えている。そして、電荷転送部２０によって電荷が送られてきたときには、まず図７（Ａ）のように中央の電極３９ｄをオンさせてこの電荷を当該電極３９ｄ付近で保持し、その後、電極３９ｄのオン状態を維持すると共に電極３９ｄの両側の電極３９ｅ、３９ｆをオンさせてこの電荷を電極３９ｄ、３９ｅ、３９ｆ付近で全体的に保持する。その後、電極３９ｅ、３９ｆのオン状態を維持しつつ中央の電極３９ｄをオフ状態とすることで、上記電荷が２つに分割され、分割された各電荷が両側の電極３９ｅ、３９ｆのそれぞれの付近で保持されることになる。
【００３２】
なお、図７では、いずれかの画素の電荷が事前増倍部３１によって増倍された後の電荷の量を「６」という値で概念的に示しており、この電荷が２つに分割された後の電荷の量を「３」という値で概念的に示している。また、図７では、増倍された画素の電荷を２つに分割する例を示しているが、分割数は２以上であっても良い。例えば、図７のように２分割された各電荷を同様の方法で更に２分割すれば、分割数は４となる。
【００３３】
並列増倍部３２は、電荷分割部３９によって分割された各電荷をそれぞれの経路で増倍する構成をなし、且つそれぞれの経路の増倍率が異なるように構成されている。なお、図１では、電荷分割部３９によって２つに分割された電荷を２つの各増倍経路で増倍させる構成を例示しており、図５、図６では、別例として、電荷分割部３９によって４つに分割された電荷を２つの各増倍経路で増倍させる構成を例示している。以下では、４つに分割された電荷を４つの増倍経路で増倍させる構成（図５、図６の構成）を代表例として説明するが、本実施形態の撮像装置１では電荷分割部３９での分割数及び並列増倍部３２での増倍経路の数はどちらの例であってもよく、分割数や増倍経路の数をこれら以外の数としてもよい。
【００３４】
並列増倍部３２の各増倍経路を構成する各電子増倍型ＣＣＤ３３〜３６は、いずれも公知の電子増倍型ＣＣＤ（EM-CCD; Electron Multiplying CCD）として構成されており、電荷を増倍するための高電界領域を備え、電荷分割部３９によって分割された電荷を高電界領域に通すことで、信号電荷を増倍させるように機能している。なお、各電子増倍型ＣＣＤ３３〜３６は、それぞれの増倍率が異なるように構成されており、具体的には、電子増倍型ＣＣＤ３３の増倍率が１倍とされ、電子増倍型ＣＣＤ３４の増倍率が１０倍、電子増倍型ＣＣＤ３５の増倍率が１００倍、電子増倍型ＣＣＤ３６の増倍率が１０００倍とされている。なお、各電子増倍型ＣＣＤ３３〜３６での増倍率の制御方法は、増倍の回数で制御する方法であってもよく、電極に印加する電圧で制御する方法であってもよい。
【００３５】
制御部４０は、図８に示すように、制御判断部４１と、制御情報記憶部４２と、出力選択部４３と、出力合成部４４と、画素値記憶部４５とを備えている。なお、制御部４０は、マイコンなどの単一の制御回路がこれら制御判断部４１、制御情報記憶部４２、出力選択部４３、出力合成部４４、画素値記憶部４５として機能していてもよく、これら制御判断部４１、制御情報記憶部４２、出力選択部４３、出力合成部４４、画素値記憶部４５がそれぞれ別々の回路やメモリとして構成されていてもよい。
【００３６】
制御判断部４１は、第１モードと、第２モードとで処理内容が異なっており、第１モードのときには露光時間を最も長い時間に制御して撮像を行い、電荷読み出し部１０によって読み出されてＡＤ変換器６１によってデジタル信号に変換された各画素の値（出力値）を、それぞれ予め定められた第１規定値と比較し、第１規定値以上なら増倍不要、第１規定値未満なら増倍を行うという判断をする。この制御判断部４１による判断の結果は、各画素３の座標情報と共に制御情報記憶部４２に記憶される。図１０（Ａ）は、制御情報記憶部４２に記憶される判断結果を概念的に示しており、各画素を特定する座標情報と判断結果の情報とを対応付けて示している。
【００３７】
また、第２モードのときには、露光時間を複数の状態に制御しており、ある露光時間に制御されたときに、電荷読み出し部１０によって読み出されてＡＤ変換器６１によってデジタル信号に変換された各画素の値（出力値）を、それぞれ予め定められた第２規定値と比較し、第２規定値以上なら露光時間短縮必要、第２規定値未満なら露光時間短縮不要と判断をする。露光時間短縮不要と判断された画素については、その画素の座標に対応付けてそのときの露光時間の情報を記憶する。このような処理は、露光時間が変更される毎に行うようになっている。
【００３８】
出力選択部４３は、上述の電荷増倍部３０により複数の電荷増倍結果が得られた場合に、いずれかの増倍結果を選択するように機能している。具体的には、各電子増倍型ＣＣＤ３３〜３６からの出力（具体的には、各電子増倍型ＣＣＤ３３〜３６からの各出力がＡＤ変換された各出力値）の内、出力値が規定の範囲に収まっており且つ増倍率が最も小さい出力値を選択する。そして、選択された出力値がいずれの増倍率のものであるかは、制御情報記憶部４２に記憶され、選択された出力値自体は、画素値記憶部４５に記憶される。
【００３９】
出力合成部４４は、制御情報記憶部４２に記憶される情報及び画素値記憶部４５に記憶される情報に基づき、電荷読み出し部１０によって読み出された出力値のデータと、出力選択部４３によって選択された出力値のデータとに基づいて合成データを生成している。具体的には、制御判断部４１にて増倍が不要と判断された各画素については、電荷読み出し部１０によって読み出された出力値のデータに基づいて各画素の画素値のデータを生成しており、制御判断部４１にて増倍が必要と判断された各画素については、出力選択部４３によって選択された出力値のデータに基づいて各画素の画素値のデータを生成している。
【００４０】
（撮像装置の動作）
次に、撮像装置１の動作について説明する。
図９は、図１の撮像装置における撮像処理の流れを例示するフローチャートである。図１０は、各画素における増倍の要否の判別結果（高輝度画素と低輝度画素の判別結果）を示す説明図である。図１０（Ｂ）は、増倍が必要と判別された各画素（低輝度画素）の出力値及び増倍率のデータを概念的に説明する説明図である。図１０（Ｃ）は、増倍が不要と判別された各画素（高輝度画素）の出力値及び露光時間のデータを説明する説明図である。図１１（Ａ）は、増倍が不要と判別された画素（高輝度画素）の電荷を電荷読み出し部によって読み出す動作状態（フォトダイオードから検出部側に電荷を転送する状態）を説明する説明図であり、図１１（Ｂ）は、その図１１（Ａ）での転送後の状態を説明する説明図である。図１１（Ｃ）は、図１１（Ａ）での転送後の残余の電荷を、電荷転送部によって転送する動作を説明する説明図である。図１２（Ａ）は、増倍が必要と判別された画素（低輝度画素）の電荷の状態を説明する説明図であり、図１２（Ｂ）は、読み出し部による読み出し動作が行われているときの低輝度画素の電荷維持状態を説明する説明図である。図１２（Ｃ）は、低輝度画素の電荷を電荷転送部によって転送する動作を説明する説明図である。図１３は、増倍率の選択方法を説明する説明図である。
【００４１】
図９のＳ１に示すように、通常の露光時間による撮像処理を行う。このＳ１の処理では、露光時間を所定の通常露光時間（第１の時間Ｔ１）に設定して各画素３で受光を行い、その後、各画素３に蓄積された電荷を電荷読み出し部１０によって順次読み出す。電荷読み出し部１０によって各画素３から読み出された電荷は制御部４０の制御判断部４１に入力される。この制御判断部４１は、各画素３から読み出された電荷に基づき、電荷量が閾値（第１規定値）に達している画素（高輝度画素）のアドレスを特定すると共に、電荷量が閾値（第１規定値）に達していない画素（低輝度画素）のアドレスを特定する（Ｓ２）。制御判断部４１での判断結果は図１０（Ａ）のように記憶される。なお、図１０（Ａ）では、各画素のアドレスと判断結果とを対応付けて示しており、高輝度画素については「０」の値を対応付け、低輝度画素については「１」の値を対応付けて記憶している。なお、このＳ１〜Ｓ２の処理が第１モードに相当する。
【００４２】
このように高輝度画素のアドレスと低輝度画素のアドレスを特定した後には、第１の読み出し処理を行う（Ｓ３）。この読み出し処理では、露光時間を通常露光時間（第１の時間Ｔ１）に設定して各画素３で受光を行い、その後、上述のようにアドレスが特定された各高輝度画素（図１０（Ａ）の例では、Ｄ１１、Ｄ１２、Ｄ１３等）の電荷を電荷読み出し部１０によって選択的に読み出す。このＳ３では、各高輝度画素の電荷が図１１（Ａ）のように転送された後、フローティングディフュージョン検出器１４にて上述のように読み出されることになる。
【００４３】
Ｓ３で高輝度画素の電荷を読み出した後には、増倍が必要か否かを判断する（Ｓ４）。具体的には、Ｓ２において、電荷量が閾値（第１規定値）に達していない画素（低輝度画素）が確認されているか否かを判断し、このような低輝度画素が存在する場合にはＳ４にてＹｅｓに進み、Ｓ３での読み出し後における各画素３の残余の電荷を電荷転送部２０によって転送する（Ｓ５）。各低輝度画素の電荷は、Ｓ３では読み出されず、図１２（Ａ）のような露光の際の状態から図１２（Ｂ）のように維持され、このように各低輝度画素に蓄積された電荷は、Ｓ５において図１２（Ｃ）のように転送されることになる。各低輝度画素については、このように電荷転送部２０によって転送される電荷に基づいて得られる出力値が画素値を決定するためのデータとして用いられることになる。また、Ｓ２で高輝度画素と特定された画素については、Ｓ３にて図１１（Ｂ）のように読み出された後の残余の電荷が、Ｓ５にて図１１（Ｃ）のように転送されることになる。なお、高輝度画素については、電荷読み出し部１０からの出力値が画素値を決定するためのデータとして用いられ、電荷転送部２０を介して転送される電荷（図１１（Ｃ）のような残余の電荷）は、画素値を決定するためのデータとしては用いられないことになる。
【００４４】
電荷転送部２０によって各画素３（各低輝度画素及び各高輝度画素）から順次転送される電荷は、上述の電荷増倍部３０によって増倍される。この電荷増倍部３０では、各画素３から転送される電荷が上述の事前増倍部３１にてある程度の増倍率で増倍された後、その増倍された電荷が電荷分割部３９にて複数（例えば４つ）の電荷に分割される。そして、それら分割された各電荷が、並列増倍部３２の各増倍経路を構成する電子増倍型ＣＣＤ３３〜３６によってそれぞれ増倍されることになる。本実施形態では、電荷分割部３９で分割されたいずれかの電荷（第１の電荷）が電子増倍型ＣＣＤ３３にて増倍率１倍で増倍され、この増倍後の出力値がＡＤ変換器６２ａでデジタルデータに変化されて出力選択部４３に入力される。また、電荷分割部３９で分割された他の電荷（第２の電荷）が電子増倍型ＣＣＤ３４にて増倍率１０倍で増倍され、この増倍後の出力値がＡＤ変換器６２ｂでデジタルデータに変化されて出力選択部４３に入力される。また、電荷分割部３９で分割された別の電荷（第３の電荷）が電子増倍型ＣＣＤ３５にて増倍率１００倍で増倍され、この増倍後の出力値がＡＤ変換器６２ｃでデジタルデータに変化されて出力選択部４３に入力される。更に、電荷分割部３９で分割された別の電荷（第４の電荷）が電子増倍型ＣＣＤ３６にて増倍率１０００倍で増倍され、この増倍後の出力値がＡＤ変換器６２ｄでデジタルデータに変化されて出力選択部４３に入力される。なお、第１の電荷、第２の電荷、第３の電荷、第４の電荷は、全てがほぼ同じ値になるように電荷分割部３９によって分割されている。
【００４５】
各電子増倍型ＣＣＤ３３〜３６からのデータ（具体的には、各ＡＤ変換器６２ａ〜６２ｄ）からのデータは出力選択部４３に入力され、この出力選択部４３によって必要なデータが抽出される。この出力選択部４３は、画素３毎に得られる増倍データ（画素３の電荷毎に電子増倍型ＣＣＤ３３〜３６で増倍されたデータ）の内、増倍が必要と判別された画素（即ち、Ｓ２で低輝度画素と判別された画素）のデータを抽出し、増倍が不要と判別された画素（即ち、Ｓ２で高輝度画素と判別された画素）のデータを破棄又は非参照データとする。さらに、各低輝度画素のデータ毎に、電子増倍型ＣＣＤ３３〜３６で増倍されたデータの中から所定の出力基準を満たすデータを抽出する。なお、低輝度画素のデータにおいて所定の出力基準を満たす出力が複数ある場合には、当該所定の出力基準を満たす最も低い出力を選択する。具体的には、各低輝度画素のデータ毎に、電子増倍型ＣＣＤ３３〜３６で増倍されたデータの中から、第１閾値電圧（飽和閾値電圧）以下であって、且つ第２閾値電圧（最低電圧）以上のデータを抽出する。
【００４６】
例えば、図１３の左図のように、低輝度画素の中でも輝度がある程度大きい画素については、増倍率が１０倍、１００倍、１０００倍のライン（ＣＣＤ３４〜３６）からの各出力値が飽和レベル（第１閾値電圧を超えるレベル）に達し、増倍率が１倍のライン（ＣＣＤ３３）からの出力値が第１閾値電圧（飽和閾値電圧）以下であって且つ第２閾値電圧（最低電圧）以上となるようなことが想定される。このような場合には、増倍率が１倍のライン（ＣＣＤ３３）からの出力値を採用データとして抽出する。
【００４７】
また、図１３の中図のように、低輝度画素の中で輝度が中程度の画素については、増倍率が１００倍、１０００倍のライン（ＣＣＤ３５〜３６）からの各出力値が飽和レベル（第１閾値電圧を超えるレベル）に達し、増倍率が１０倍のライン（ＣＣＤ３３）からの出力値が第１閾値電圧（飽和閾値電圧）以下であって且つ第２閾値電圧（最低電圧）以上となり、増倍率が１倍のライン（ＣＣＤ３３）からの各出力値が最低レベル（第２閾値電圧を下回るレベル）未満となることが想定される。このような場合には、増倍率が１０倍のライン（ＣＣＤ３４）からの出力値を採用データとして抽出する。
【００４８】
また、図１３の右図のように、低輝度画素の中でも輝度が小さい画素については、増倍率が１０００倍のライン（ＣＣＤ３６）からの出力値が第１閾値電圧（飽和閾値電圧）以下であって且つ第２閾値電圧（最低電圧）以上となり、増倍率が１倍、１０倍、１００倍のライン（ＣＣＤ３３〜３５）からの各出力値が最低レベル（第２閾値電圧を下回るレベル）未満となることが想定される。このような場合には、増倍率が１０００倍のライン（ＣＣＤ３６）からの出力値を採用データとして抽出する。このように各低輝度画素において採用された増倍率は、図１０（Ｂ）のように各低輝度画素の出力値（採用された増倍率での出力値）と対応付けてそれぞれ記憶する。
【００４９】
なお、本実施形態では、制御部４０が「選択部」の一例に相当し、撮像部の各画素の出力として、電荷読み出し部によって読み出される電荷、又は電荷転送部によって転送され且つ電荷増倍部によって増加される電荷、のいずれかを選択するように機能する。
また、制御部４０は、「出力選択部」の一例に相当し、複数の並列増倍部における各出力の中から、所定の出力基準を満たす出力を選択するように機能しており、特に、複数の並列増倍部からの各出力において、所定の出力基準を満たす出力が複数ある場合には、当該所定の出力基準を満たす最も低い出力を選択するように機能している。
【００５０】
図９に戻り、撮像処理の説明を続けると、Ｓ５での転送動作の後には、Ｓ３で読み出された高輝度画素において飽和画素が存在するか否かを判断する（Ｓ６）。具体的には、Ｓ３で読み出された高輝度画素からの出力値を所定の閾値（飽和電圧値）と比較しており、Ｓ３で読み出された各高輝度画素の出力値のいずれかが閾値（飽和電圧値）を超えている場合には、その閾値を超えている画素（飽和画素）のアドレスを特定する。また、閾値を超えていない画素（非飽和画素）については、各非飽和画素の出力値をそのときの露光時間（その出力値が得られたときの露光時間）と対応付けて記憶する。例えば、通常の露光時間Ｔ１のときの非飽和画素については、各非飽和画素の出力値と露光時間Ｔ１とを対応付けて記憶する。また、Ｓ６でＹｅｓと判断される場合には、現在（そのＹｅｓと判断される際）の露光時間よりも露光時間を短時間に切り替えて露光動作を行うと共に、Ｓ６で特定された各飽和画素の出力値を読み出し、これら画素（前回のＳ６で飽和画素と判断された画素）について上述と同様の処理を行う。即ち、これら画素からの出力値を所定の閾値（飽和電圧値）と比較し、いずれかの画素の出力値が閾値（飽和電圧値）を超えている場合には、その閾値を超えている画素（飽和画素）のアドレスを特定する。また、閾値を超えていない画素（非飽和画素）については、各非飽和画素の出力値をそのときの露光時間（その出力値が得られたときの露光時間）と対応付けて記憶する。このように処理を行うことで、各高輝度画素について図１０（Ｃ）のようなデータが得られ、各高輝度画素の出力値が露光時間（非飽和画素と判断されるときの露光時間）と対応付けて記憶されることになる。
【００５１】
本実施形態では、制御部４０が「判断手段」の一例に相当し、露光時間が一定時間Ｔ１に制御されたときに電荷読み出し部１０によって読み出されるいずれかの画素の電荷が設定値より大きい所定の上限値に達するか否かを判断するように機能する。
また、制御部４０は、「露光制御手段」の一例に相当し、撮像部２での露光時間を制御するように機能する。
【００５２】
そして、各低輝度画素毎に抽出された出力値及び増倍率に基づいて各低輝度画素の画素値を算出する。制御情報が増倍率情報の場合には、画素値Ｖｘｙについては、出力値Ｓｘｙと増倍率Ｍｘｙとに基づいて、Ｖｘｙ＝Ｓｘｙ×（１/Ｍｘｙ）の式により算出される。なお、ここで、ｘは画素の行を示し、ｙは画素の列を示している。また、制御情報が露光時間情報（Ｔｘｙ）の場合は、Ｔ１を標準露光時間（通常露光時間）として、Ｖｘｙ=Ｓｘｙ×（Ｔ/Ｔｘｙ）の式により算出される。そして、このように算出される高輝度画素の画素値及び低輝度画素の画素値を画素の配列に従って配列することで画像データが得られることになる。
なお、本実施形態では、制御部４０はが「算出部」の一例に相当し、上記「選択部」によって選択された各画素の出力に基づいて、各画素の画素値を算出するように機能している。
【００５３】
（第１実施形態の主な効果）
第１実施形態に係る撮像装備１では、撮像部２における複数の画素３からそれぞれ電荷を読み出し可能な電荷読み出し部１０と、撮像部２の各画素３から電荷を順次転送する電荷転送部２０とが設けられており、更に、電荷転送部２０によって順次転送される各画素３の電荷を、共通の経路で増倍する電荷増倍部３０が設けられている。
また、撮像部２の各画素３の出力として、電荷読み出し部１０によって読み出される電荷、又は電荷転送部２０によって転送され且つ電荷増倍部３０によって増倍される電荷、のいずれかを選択する選択部と、選択部によって選択された各画素３の出力に基づいて、各画素３の画素値を算出する算出部とが設けられている。
【００５４】
この構成では、各画素３から転送された電荷を共通の電荷増倍部３０によって増倍しているため、各画素内に増倍用の領域を大きく確保する必要がなく、画素３毎に増倍率を制御する回路を設ける必要もない。従って、画素サイズを効果的に抑えることができ、高画素化を図ることができる。また、各画素内において増倍のために高い電圧を印加する必要が無く、各画素３で使用する電圧を抑えることができるため、高い電圧が各画素３で印加されることに起因する悪影響（例えば画素内で発生するノイズ等）を抑制することができる。また、各画素３の電荷が共通の電荷増倍部３０で増倍されるため、画素間の増倍のばらつきが小さくなる。
【００５５】
更に、電荷転送部２０による転送及び電荷増倍部３０による増倍とは独立して各画素３の電荷を読み出すことができるため、転送、増倍しない場合の各画素３の電荷についても迅速に読み出すことができる。従って、例えば露光時間等の条件を変更した画像を、転送、増倍とは独立して取得することができ、短時間でダイナミックレンジの広い画像を取得しやすくなる。
【００５６】
また、電荷増倍部３０は、電荷転送部２０で転送される各画素３の電荷を複数に分割する電荷分割部３９と、電荷分割部３９によって分割された各電荷をそれぞれ増倍する構成をなし、且つ増倍率がそれぞれ異なるように構成された複数の並列増倍部３２と、複数の並列増倍部３２における各出力の中から、所定の出力基準を満たす出力を選択する出力選択部と、を備えている。
この構成によれば、複数の増倍率で増倍した結果を得ることができ、各画素に適した増倍率の出力を得やすくなる。また、電圧や増倍回数などを細かく複雑に制御せずとも複数の増倍率で増倍した結果を得ることができる。
【００５７】
また、電荷増倍部３０は、電荷転送部２０から転送された電荷を電荷分割部３９による分割の前に増倍する事前増倍部３１を備え、電荷分割部３９は、事前増倍部３１によって増倍された画素３の電荷を複数に分割している。
電荷分割部３９によって電荷を分割すると、各並列増倍部３２を流れる電荷が小さくなることが懸念されるが、上記のように事前増倍部３１を設けることで、分割後に電荷が小さくなりすぎることを抑えることができる。
【００５８】
また、出力選択部は、複数の並列増倍部３２からの各出力において、所定の出力基準を満たす出力が複数ある場合に、当該所定の出力基準を満たす最も低い出力を選択している。
増倍率が高くなるほどノイズの影響が懸念されるため、上記のように出力基準を満たす複数の出力の中で最も低い出力を選択すればノイズの影響を抑えることができる。
【００５９】
また、撮像部２での露光時間を制御する露光制御手段を備え、電荷読み出し手段は、露光制御手段が露光時間を所定の一定時間に制御したときに、各画素３に蓄積された電荷を読み出している。そして、選択部は、露光時間が一定時間に制御されたときに電荷読み出し手段によって各画素３から読み出される各電荷の値を設定値と比較し、電荷の値が当該設定値に達した画素については、電荷読み出し部１０によって読み出される電荷を出力として選択している。
このようにすることで、電荷が一定値（設定値）に達した画素については増倍された電荷出力を用いないようにすることができ、撮像部２内に高輝度の領域が存在する場合に飽和を防ぎやすくなる。
【００６０】
また、露光時間が一定時間に制御されたときに電荷読み出し手段によって読み出されるいずれかの画素の電荷が設定値より大きい所定の上限値に達するか否かを判断する判断手段を備え、露光制御手段は、判断手段によりいずれかの画素の電荷が上限値よりも大きいと判断された場合に、露光時間を一定時間よりも短い所定の短時間に制御し、選択部は、露光時間が一定時間に制御されたときに判断手段によって上限値に達したと判断された対象画素において、露光時間が短時間に制御されたときに当該対象画素の電荷が上限値に達しない場合に、当該対象画素の出力として、露光時間が短時間に制御されたときに電荷読み出し部１０によって当該対象画素から読み出される電荷を用いている。
このようにすることで、一定時間の露光制御によって電荷の値が大きくなりすぎる画素（例えば飽和に達した画素等）が存在する場合に、短時間の露光制御を行うことで電荷の蓄積を抑えることができる。そして、露光時間が短時間に制御されたときに当該画素の電荷が上限値に達しない場合には、このように抑制された電荷を読み出して適切な出力として用いることができる。
【００６１】
［第２実施形態］
次に第２実施形態について説明する。図１４は、第２実施形態に係る撮像装置を概略的に例示するブロック図である。なお、第２実施形態は、電荷増倍部３０の構成のみが第１実施形態と異なり、それ以外は第１実施形態と同様である。よって第１実施形態と同様の部分については、第１実施形態と同一の符号を付して詳細な説明は省略することとし、以下では第１実施形態と異なる点について重点的に説明することとする。
【００６２】
図１４に示すように、第２実施形態に係る撮像装置２００において、電荷増倍部２３０は、入力された電荷を増倍する構成された直列増倍部２３３〜２３５が複数直列接続されてなり、各直列増倍部２３３〜２３５で増倍された電荷が読み出し可能とされている。そして、これら直列増倍部２３３〜２３５から読み出されたデータがＡＤ変換部６２でそれぞれデジタルデータに変換されて出力選択部４３に入力されるようになっている。図１４の例では、直列増倍部２３３は、最終的に各画素の電荷を１０倍の増倍率で増倍した値が出力されるようになっており、直列増倍部２３４は、最終的に各画素の電荷を３０倍の増倍率で増倍した値が出力されるようになっている。また、直列増倍部２３５は、最終的に各画素の電荷を５０倍の増倍率で増倍した値が出力されるようになっている。また、各直列増倍部２３３〜２３５の読み出し部分ＦＧ１〜ＦＧ３は、公知のフローティングゲートアンプとして構成されており、非破壊読み出し構造を採用し、ＣＣＤ内に電荷を保持したまま電荷量を読み出すことができるようになっている。
【００６３】
なお、出力選択部４３は、各画素のデータ（画素のデータ毎に、各直列増倍部２３３〜２３５から出力される出力値）の中から第１実施形態と同様の方法で必要なデータを抽出するようになっている。本実施形態では出力選択部４３を備えた制御部４０が「出力選択部」の一例に相当し、複数の直列増倍部２３３〜２３５における各出力の中から、所定の出力基準を満たす出力を選択するように機能する。
【００６４】
（第２実施形態の主な効果）
本実施形態に係る撮像装置２００でも、第１実施形態と同様の効果を奏することができる。
また、電荷増倍部３０は、入力された電荷を増倍する構成された直列増倍部が複数直列接続されてなり、各直列増倍部で増倍された電荷が読み出し可能とされており、更に、複数の直列増倍部における各出力の中から、所定の出力基準を満たす出力を選択する出力選択部が設けられている。この構成では、転送される電荷の分割等を行う必要が無いため、電荷量が少なくなりすぎず、転送された電荷をより確実に増加させることができる。
【００６５】
［他の実施形態]
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
【００６６】
上記実施形態では、ＣＣＤ転送部をインターライン型の転送部として構成したが、各画素の電荷を転送し得る公知の他の転送構成であってもよく、例えばフレーム転送型の転送部として構成されていてもよい。
【符号の説明】
【００６７】
１…撮像装置
２…撮像部
３…画素
４…フォトダイオード
１０…電荷読み出し部
２０…電荷転送部
３０，２３０…電荷増倍部
３１…事前増倍部
３２…並列増倍部
３９…電荷分割部
４０…制御部（選択部、算出部、出力選択部、露光制御手段、判断手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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