(57)【要約】【課題】広ダイナミックレンジを実現し、混色を抑制し、かつ、高い色再現性を実現する。【解決手段】高感度画素出力信号Ｋ１と第１の閾値とを比較することにより、高感度画素出力信号Ｋ１が高感度画素飽和時出力信号Ｋ０に達しているか否かを判定する。次に、高感度画素出力信号Ｋ１が高感度画素飽和時出力信号Ｋ０に達していない場合、低感度画素出力信号Ｋ２に、高感度画素の感度値を低感度画素の感度値で割り算した感度比を積算してなる低感度画素増幅信号Ｋ４と、高感度画素出力信号Ｋ１との差分値を算出する。差分値の絶対値が第２の閾値よりも小さいか否かに応じて、第１の画像信号Ｋ５又は第２の画像信号Ｋ６を出力する。【選択図】図２
2009303043.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
輝度に対して感度の高い高感度画素と感度の低い低感度画素とが所定の配列形態に従ってマトリクス状に複数個配置され、被写体光によって前記高感度画素及び前記低感度画素に蓄積された信号電荷の各々を電気的な信号に変換して出力する固体撮像装置の信号処理方法であって、  
前記高感度画素に蓄積された信号電荷が電気的な信号に変換された高感度画素出力信号と第１の閾値とを比較することにより、前記高感度画素出力信号が、前記高感度画素に蓄積された信号電荷が飽和しているときの前記高感度画素出力信号である高感度画素飽和時出力信号に達しているか否かを判定するステップ（ａ）と、
前記ステップ（ａ）において、前記高感度画素出力信号が前記高感度画素飽和時出力信号に達していない場合、前記低感度画素に蓄積された信号電荷が電気的な信号に変換された低感度画素出力信号に、前記高感度画素の感度値を前記低感度画素の感度値で割り算した感度比を積算してなる低感度画素増幅信号と、前記高感度画素出力信号との差分値を算出するステップ（ｂ）と、
前記ステップ（ｂ）における前記差分値の絶対値が第２の閾値よりも小さいか否かに応じて、互いに異なる第１の画像信号又は第２の画像信号を出力するステップ（ｃ）とを備える、固体撮像装置の信号処理方法。
【請求項２】
請求項１に記載の固体撮像装置の信号処理方法において、
前記ステップ（ｃ）は、前記ステップ（ｂ）における前記差分値の絶対値が前記第２の閾値よりも小さい場合には、前記高感度画素出力信号と前記低感度画素出力信号とを加算し、前記第１の画像信号として出力する一方で、前記ステップ（ｂ）における前記差分値の絶対値が前記第２の閾値よりも大きい場合には、前記低感度画素増幅信号と前記低感度画素出力信号とを加算し、前記第２の画像信号として出力するステップを含む、固体撮像装置の信号処理方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の固体撮像装置の信号処理方法において、
前記ステップ（ａ）において、前記高感度画素出力信号が前記高感度画素飽和時出力信号に達している場合、前記高感度画素飽和時出力信号又は前記第１の閾値を第３の画像信号として出力するステップ（ｄ）をさらに備える、固体撮像装置の信号処理方法。
【請求項４】
請求項３に記載の固体撮像装置の信号処理方法において、
前記ステップ（ｄ）は、前記低感度画素増幅信号と、前記高感度画素飽和時出力信号又は前記第１の閾値とを加算し、前記第３の画像信号として出力するステップを含む、固体撮像装置の信号処理方法。
【請求項５】
請求項１〜４のうちのいずれか１項に記載の固体撮像装置の信号処理方法において、
前記高感度画素の受光面積は、前記低感度画素の受光面積よりも大きい、固体撮像装置の信号処理方法。
【請求項６】
請求項１〜５のうちのいずれか１項に記載の固体撮像装置の信号処理方法において、
前記高感度画素及び前記低感度画素の感度の高低は、第１の光学的な波長帯域に対するものであり、
前記第１の光学的な波長帯域とは異なる第２の光学的な波長帯域に対して前記高感度画素と前記低感度画素との中間の感度を持つ第１の中間画素と、
前記第１の光学的な波長帯域とは異なる第３の光学的な波長帯域に対して前記高感度画素と前記低感度画素との中間の感度を持つ第２の中間画素とをさらに備え、
前記高感度画素、前記低感度画素、前記第１の中間画素、及び前記第２の中間画素が前記所定の配列形態に組み込まれて複数個配置されている、固体撮像装置の信号処理方法。
【請求項７】
請求項６に記載の固体撮像装置の信号処理方法において、
前記第１の光学的な波長帯域は、人間の目に対して最も比視感度の高い波長を含む波長帯域である、固体撮像装置の信号処理方法。
【請求項８】
請求項７に記載の固体撮像装置の信号処理方法において、
前記第１の光学的な波長帯域は、グリーンである、固体撮像装置の信号処理方法。
【請求項９】
請求項６〜８のうちのいずれか１項に記載の固体撮像装置の信号処理方法において、
前記第２及び第３の光学的な波長帯域のうちのいずれか一方における波長又は吸収長は、前記第１の光学的な波長帯域における波長又は吸収長よりも長い、固体撮像装置の信号処理方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のうちのいずれか１項に記載の固体撮像装置の信号処理方法において、
前記第２の閾値は、前記低感度画素が有するランダムノイズ量の値に対して１よりも大きい倍数値である、固体撮像装置の信号処理方法。
【請求項１１】
輝度に対して感度の高い高感度画素と感度の低い低感度画素とが所定の配列形態に従ってマトリクス状に複数個配置され、被写体光によって前記高感度画素及び前記低感度画素に蓄積された信号電荷の各々を電気的な信号に変換して出力する固体撮像装置であって、
前記高感度画素に蓄積された信号電荷が電気的な信号に変換された高感度画素出力信号と第１の閾値とを比較することにより、前記高感度画素出力信号が、前記高感度画素に蓄積された信号電荷が飽和しているときの前記高感度画素出力信号である高感度画素飽和時出力信号に達しているか否かを判定する第１の判定回路と、
前記第１の判定回路において、前記高感度画素出力信号が前記高感度画素飽和時出力信号に達していないと判定される場合、前記低感度画素に蓄積された信号電荷が電気的な信号に変換された低感度画素出力信号に、前記高感度画素の感度値を前記低感度画素の感度値で割り算した感度比を積算してなる低感度画素増幅信号と、前記高感度画素出力信号との差分値を算出する差分回路と、
前記差分回路において算出された前記差分値の絶対値が第２の閾値よりも小さいか否かを判定する第２の判定回路と、
前記第２の判定回路の判定に応じて、互いに異なる第１の画像信号又は第２の画像信号を出力する加算回路とを備える、固体撮像装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の固体撮像装置において、
前記加算回路は、
前記差分回路において算出された前記差分値の絶対値が前記第２の閾値よりも小さい場合には、前記高感度画素出力信号と前記低感度画素出力信号とを加算し、前記第１の画像信号として出力する第１の加算回路と、
前記差分回路において算出された前記差分値の絶対値が前記第２の閾値よりも大きい場合には、前記低感度画素増幅信号と前記低感度画素出力信号とを加算し、前記第２の画像信号として出力する第２の加算回路とを含む、固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置及びその信号処理方法に関し、特に光ダイナミックレンジが広く、かつ、混色による偽信号を低減可能な構造を有する固体撮像装置及びその信号処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な固体撮像装置では、マトリクス状に配置された複数の画素において、被写体からの入射光は各画素に形成されたフォトダイオードで光電変換され、信号電荷が蓄積される。信号電荷がフォトダイオードから溢れた後は、この信号電荷に基づく出力信号が一定となるため、フォトダイオードの飽和レベル以上の入射光量に対しては、その光学的な波長帯域の輝度を解像できない。特に、チップサイズの縮小や多画素化のために画素サイズの縮小が図られている近年の固体撮像装置においては、フォトダイオードの大きさも縮小されているため、光入力に対するダイナミックレンジが低下している。
【０００３】
このダイナミックレンジを拡大する技術として、次のような技術が提案されている。
【０００４】
図６は、従来の固体撮像装置の構造を示す平面図である。
【０００５】
図６に示す従来の固体撮像装置では、感度の異なる２種類の画素、例えば高感度画素１０１と低感度画素１０２とが水平方向に隣り合って交互に配置されている。この二種類の画素で光電変換された信号電荷は、垂直転送レジスタ１０３に転送された後、水平転送レジスタ１０４に転送される。その後、水平転送レジスタ１０４に転送された電荷は、電荷クリップ用ＯＦＤを備えた転送部及び上部水平転送電極１０５により更に転送され、電荷検出部１０６（出力ゲート電極ＨＯＧ、フローティングディフュージョンＦＤ、リセットゲートＲＧ、リセットドレインＲＤ）及びアンプ部１０７を介して、電圧としての信号量に変換され、撮像信号Ｓ１として出力される（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
図７は、従来の固体撮像装置における信号処理を示すフローチャートである。
【０００７】
上記図６に示した従来の固体撮像装置では、図７に示すように、まず、ステップＳ２０１において、上記高感度画素１０１の出力信号である高感度画素出力信号Ｔ１が飽和しているか否かを判定回路（図示せず）が判定を行う。具体的には、判定回路は、高感度画素出力信号Ｔ１を受け、高感度画素飽和時出力信号Ｔ０よりも小さいか否かを判定する。ここで、高感度画素出力信号Ｔ１が高感度画素飽和時出力信号Ｔ０よりも大きい場合（ステップＳ２０１でＮｏ）には、つまり、高感度画素出力信号Ｔ１が飽和している場合には、ステップＳ２０２に進む。ステップＳ２０２では、高感度画素出力信号Ｔ１よりも小さい閾値と低感度画素１０２の出力信号である低感度画素出力信号Ｔ２とを加算回路（図示せず）によって加算して画素信号Ｔ３として出力する。一方、高感度画素出力信号Ｔ１が高感度画素飽和時出力信号Ｔ０よりも小さい場合（ステップＳ２０１でＹｅｓ）には、つまり、高感度画素出力信号Ｔ１が飽和していない場合には、ステップＳ２０３に進む。ステップＳ２０３では、高感度画素出力信号Ｔ１と低感度画素出力信号Ｔ２とを加算回路（図示せず）によって加算して画素信号Ｔ４として出力する。
【０００８】
以上のように、従来の固体撮像装置における信号処理方法によると、高感度画素１０１の信号電荷が飽和している場合においても、広ダイナミックレンジ化を実現している。
【０００９】
なお、従来の固体撮像装置において、感度の異なる２種類の画素を実現する手段の一般的な方法としては、隣り合う画素のフォトダイオードの大きさを異ならせる方法、又はフォトダイオード上の遮光膜の開口の大きさを異ならせる方法などが提案されている。
【特許文献１】特開平１１−２３４５７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところで、近年の固体撮像装置では、画素サイズの縮小に伴い、隣り合う画素間の素子分離領域（無効領域）を十分に設けることが困難になってきている。このため、隣り合う画素、とりわけ、上部に赤色フィルターが形成されている画素から信号電荷が拡散してくることによって発生する混色を抑制することが困難になってきている。
【００１１】
特に、従来技術において高感度画素を実現するために、広い開口領域を持つフォトダイオードを構成したり、広い面積の蓄積領域を持つフォトダイオードを構成したりすると、隣り合う画素間の素子分離領域の面積が狭まるため、混色が発生しやすくなる。
【００１２】
一方で、高感度画素に関して、混色が発生しないように素子分離領域の面積を広げて構成すると、最大蓄積電荷量が小さくなる。その結果、輝度の高い画素に関してリニアリティを確保できる輝度領域が引き下げられることになるため、全体のダイナミックレンジが小さくなるという問題が生じる。
【００１３】
さらには、上記従来の固体撮像装置における信号処理方法では、高感度の画素は低輝度の入射光に対して使われる一方で、低感度の画素は高輝度の入射光に対して使われる。すなわち、高感度の画素又は低感度の画素で蓄積された信号電荷の使用は輝度の高低に対して択一的であって十分に使用されていない。特に、高感度の画素で蓄積された信号電荷が飽和していない場合に高感度画素出力信号と低感度画素出力信号とを加算した画像信号を単純に用いる方法では、高感度画素出力信号に含まれる偽信号量による混色の問題が顕在化する。このため、輝度に対する解像度及び色再現性を構成する主要な要素である最大蓄積電荷量が現在２．０μｍ以下に画素サイズが縮小し、解像度及び色再現性の双方を保持するのに十分な最大蓄積電荷量を確保し辛い現状においては、従来の固体撮像装置の画素構成は非常に無駄の多い画素構成であると考えられる。したがって、十分な最大蓄積電荷量を確保し辛い画素サイズとなった際には、従来の固体撮像装置では良好な色再現性が得られない。
【００１４】
前記に鑑み、本発明の目的は、広ダイナミックレンジを実現し、混色を抑制し、かつ、高い色再現性を実現する構造を備えた固体撮像装置及びその信号処理方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記の目的を達成するために、輝度に対して感度の高い高感度画素と感度の低い低感度画素とが所定の配列形態に従ってマトリクス状に複数個配置され、被写体光によって高感度画素及び低感度画素に蓄積された信号電荷の各々を電気的な信号に変換して出力する固体撮像装置の信号処理方法であって、高感度画素に蓄積された信号電荷が電気的な信号に変換された高感度画素出力信号と第１の閾値とを比較することにより、高感度画素出力信号が、高感度画素に蓄積された信号電荷が飽和しているときの高感度画素出力信号である高感度画素飽和時出力信号に達しているか否かを判定するステップ（ａ）と、ステップ（ａ）において、高感度画素出力信号が高感度画素飽和時出力信号に達していない場合、低感度画素に蓄積された信号電荷が電気的な信号に変換された低感度画素出力信号に、高感度画素の感度値を低感度画素の感度値で割り算した感度比を積算してなる低感度画素増幅信号と、高感度画素出力信号との差分値を算出するステップ（ｂ）と、ステップ（ｂ）における差分値の絶対値が第２の閾値よりも小さいか否かに応じて、互いに異なる第１の画像信号又は第２の画像信号を出力するステップ（ｃ）とを備える。
【００１６】
本発明の一形態の固体撮像装置の信号処理方法において、ステップ（ｃ）は、ステップ（ｂ）における差分値の絶対値が第２の閾値よりも小さい場合には、高感度画素出力信号と低感度画素出力信号とを加算し、第１の画像信号として出力する一方で、ステップ（ｂ）における差分値の絶対値が第２の閾値よりも大きい場合には、低感度画素増幅信号と低感度画素出力信号とを加算し、第２の画像信号として出力するステップを含む。
【００１７】
本発明の一形態の固体撮像装置の信号処理方法において、ステップ（ａ）において、高感度画素出力信号が高感度画素飽和時出力信号に達している場合、高感度画素飽和時出力信号又は第１の閾値を第３の画像信号として出力するステップ（ｄ）をさらに備える。
【００１８】
本発明の一形態の固体撮像装置の信号処理方法において、ステップ（ｄ）は、低感度画素増幅信号と、高感度画素飽和時出力信号又は第１の閾値とを加算し、第３の画像信号として出力するステップを含む。
【００１９】
本発明の一形態の固体撮像装置の信号処理方法において、高感度画素の受光面積は、低感度画素の受光面積よりも大きい。
【００２０】
本発明の一形態の固体撮像装置の信号処理方法において、高感度画素及び低感度画素の感度の高低は、第１の光学的な波長帯域に対するものであり、第１の光学的な波長帯域とは異なる第２の光学的な波長帯域に対して高感度画素と低感度画素との中間の感度を持つ第１の中間画素と、第１の光学的な波長帯域とは異なる第３の光学的な波長帯域に対して高感度画素と低感度画素との中間の感度を持つ第２の中間画素とをさらに備え、高感度画素、低感度画素、第１の中間画素、及び第２の中間画素が所定の配列形態に組み込まれて複数個配置されている。
【００２１】
本発明の一形態の固体撮像装置の信号処理方法において、第１の光学的な波長帯域は、人間の目に対して最も比視感度の高い波長を含む波長帯域である、固体撮像装置の信号処理方法。
【００２２】
本発明の一形態の固体撮像装置の信号処理方法において、第１の光学的な波長帯域は、グリーンである。
【００２３】
本発明の一形態の固体撮像装置の信号処理方法において、第２及び第３の光学的な波長帯域のうちのいずれか一方における波長又は吸収長は、第１の光学的な波長帯域における波長又は吸収長よりも長い。
【００２４】
本発明の一形態の固体撮像装置の信号処理方法において、第２の閾値は、低感度画素が有するランダムノイズ量の値に対して１よりも大きい倍数値である。
【００２５】
本発明の一形態の固体撮像装置は、輝度に対して感度の高い高感度画素と感度の低い低感度画素とが所定の配列形態に従ってマトリクス状に複数個配置され、被写体光によって高感度画素及び低感度画素に蓄積された信号電荷の各々を電気的な信号に変換して出力する固体撮像装置であって、高感度画素に蓄積された信号電荷が電気的な信号に変換された高感度画素出力信号と第１の閾値とを比較することにより、高感度画素出力信号が、高感度画素に蓄積された信号電荷が飽和しているときの高感度画素出力信号である高感度画素飽和時出力信号に達しているか否かを判定する第１の判定回路と、第１の判定回路において、高感度画素出力信号が高感度画素飽和時出力信号に達していないと判定される場合、低感度画素に蓄積された信号電荷が電気的な信号に変換された低感度画素出力信号に、高感度画素の感度値を低感度画素の感度値で割り算した感度比を積算してなる低感度画素増幅信号と、高感度画素出力信号との差分値を算出する差分回路と、差分回路において算出された差分値の絶対値が第２の閾値よりも小さいか否かを判定する第２の判定回路と、第２の判定回路の判定に応じて、互いに異なる第１の画像信号又は第２の画像信号を出力する加算回路とを備える。
【００２６】
本発明の一形態の固体撮像装置において、加算回路は、差分回路において算出された差分値の絶対値が第２の閾値よりも小さい場合には、高感度画素出力信号と低感度画素出力信号とを加算し、第１の画像信号として出力する第１の加算回路と、差分回路において算出された差分値の絶対値が第２の閾値よりも大きい場合には、低感度画素増幅信号と低感度画素出力信号とを加算し、第２の画像信号として出力する第２の加算回路とを含む。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によると、広ダイナミックレンジを実現し、混色を抑制し、かつ、高い色再現性を実現する構造を備えた固体撮像装置及びその信号処理方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の各実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２９】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置及びその信号処理方法について、図１〜図３を参照しながら以下に説明する。
【００３０】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置１０における画素構成を示している。
【００３１】
図１に示すように、輝度に対して感度の高い（第１の光学的な波長帯域に対して感度の高い）高感度画素１１と、輝度に対して感度の低い（第１の光学的な波長帯域に対して感度の低い）低感度画素１２とが所定の配列形態に従ってマトリクス状に複数個配置されている。高感度画素１１及び低感度画素１２内には、それぞれ、例えば遮光膜の開口面積を変化させるなどの方法で実現され、例えば受光面積が大きい高感度のフォトダイオード１１ａ及び例えば受光面積がフォトダイオード１１ａに対して小さい低感度のフォトダイオード１２ａが形成されている。ここで、高感度画素１１と低感度画素１２との感度比は、低感度画素１２の感度値を１とした場合に、高感度画素１１の感度値は２〜５であるとしている。なお、図１の画素構成では、一例としてベイヤー配列のカラーフィルターを用いた場合であって、高感度画素１１及び低感度画素１２がＧ（Green）の画素、フォトダイオード１３ａを有する画素１３の一方がＲ（Red）の画素（第１の光学的な波長帯域と異なる第２の光学的な波長帯域に対して高感度画素１１と低感度画素１２の中間の感度を持つ画素）であって、他方がＢ（Blue）の画素（第１の光学的な波長帯域と異なる第３の光学的な波長帯域に対して高感度画素１１と低感度画素１２の中間の感度を持つ画素）を示している。ただし、本発明はこの例に限定されるものではなく、上記のようにベイヤー配列の場合には元々存在する２つのＧの画素に高感度画素及び低感度画素を設ける配列形態とする構成の他に、ＲＧＢのそれぞれの画素内に高感度画素と低感度画素とを設ける配列形態とする構成としてもよい。
【００３２】
また、図１では、従来例で用いた図６に示した垂直転送レジスタ、水平転送レジスタ、及び電荷検出部などを図示していないが、本発明においても同様の構成を備える場合であっても、他の構成を備える場合であってもよい。すなわち、本発明は、固体撮像装置１０として、ＣＣＤ型固定撮像装置及びＭＯＳ型固体撮像装置の双方に適用可能であるし、さらには、裏面照射型撮像装置に対しても適用可能である。
【００３３】
次に、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置１０における信号処理方法について説明する。
【００３４】
図２は、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置１０における信号処理方法のフローチャートを示している。また、図３は、図２に示す本実施形態に係る信号処理方法を実現するための固体撮像装置１０における必要な回路構成のブロック図を示している。
【００３５】
図２及び図３に示すように、被写体光によって高感度画素１１及び低感度画素１２の各フォトダイオード１１ａ及び１２ａに蓄積された信号電荷をそれぞれ電気的な信号に変換して、固体撮像装置１０から高感度画素出力信号Ｋ１及び低感度画素出力信号Ｋ２を出力している。
【００３６】
まず、ステップＳ２１では、判定回路３１（第１の判定回路）において、高感度画素出力信号Ｋ１と第１の閾値とを比較して、高感度画素出力信号Ｋ１が、高感度画素１１の飽和時の出力信号である高感度画素飽和時出力信号Ｋ０よりも小さいか否かを判定することにより、高感度画素出力信号Ｋ１が飽和しているか否かを判定する。高感度画素出力信号Ｋ１が高感度画素飽和時出力信号Ｋ０よりも大きい場合（ステップＳ２１でＮｏ）、すなわち、高感度画素出力信号Ｋ１が飽和している場合には、ステップＳ２２に進む。この場合、ステップＳ２２において、高感度画素飽和時出力信号Ｋ０又は第１の閾値を出力し、画像信号Ｋ３とする。ここで、ステップＳ２２において、高感度画素飽和時出力信号Ｋ０を画像信号Ｋ３（第３の画像信号）として出力する場合には、飽和させる輝度よりも高い輝度に対しても、その増加に対して緩やかにその信号は増加することになる。ただし、画素によって飽和する電荷量にばらつきがある場合には、画素の飽和ばらつきとして現れるところ、ステップＳ２２において第１の閾値として一定値を出力する場合には、画素の飽和ばらつきを防止することができるが、高輝度領域の輝度の解像度に関して制限を受けることとなる面がある。
【００３７】
一方、高感度画素出力信号Ｋ１が高感度画素飽和時出力信号Ｋ０よりも小さい場合（ステップＳ２１でＹｅｓ）、すなわち、高感度画素出力信号Ｋ１が飽和していない場合には、ステップＳ２４に進む。
【００３８】
次に、ステップＳ２４では、差分回路３４において、高感度画素出力信号Ｋ１と低感度画素増幅信号Ｋ４との差分絶対値を算出し、ステップＳ２５に進む。ここで、ステップ２４における低感度画素増幅信号Ｋ４は、ステップＳ２３によって得られる。すなわち、ステップＳ２３では、積算回路３３において、入力される低感度画素出力信号Ｋ２に、メモリ３２に記憶された感度比を積算して、低感度画素増幅信号Ｋ４として出力する。感度比とは、高感度画素１１の感度値を低感度画素１２の感度値で割り算した値である。
【００３９】
次に、ステップＳ２５では、判定回路３５（第２の判定回路）において、差分回路３４にて得られた差分絶対値が、混色による偽信号量を判定するための第２の閾値（混色判定閾値）よりも小さいか否かを判定する。ここで、第２の閾値は、低感度画素１２が持っているランダムノイズ量に対する、１よりも大きい倍数の値に設定することが好ましい。ただし、第２の閾値は、外部からの操作によって撮像状況に応じて設定可能としてもよい。そして、判定回路３５において、差分値絶対値が第２の閾値よりも小さいと判定された場合（ステップＳ２５でＹｅｓ）には、例えば隣り合う画素１３（例えばＲ画素）に対する光学的な波長の長い又は吸収長の長い光が高感度画素１１に漏れ込むことで生じる混色による偽信号量が少ないと判断して、ステップＳ２６に進む一方、判定回路３５において、差分値絶対値が第２の閾値よりも大きいと判定された場合（ステップＳ２５でＮｏ）には、上記混色による偽信号量が多いと判断して、ステップＳ２７に進む。
【００４０】
次に、ステップＳ２５からステップＳ２６に進んだ場合には、判定回路３５から差分絶対値が第２の閾値よりも小さいとの信号を受け、加算回路３６（第１の加算回路）は、高感度画素出力信号Ｋ１と低感度画素出力信号Ｋ２とを加算し、画像信号Ｋ５（第１の画像信号）として出力する。一方、ステップＳ２５からステップＳ２７に進んだ場合には、判定回路３５から差分絶対値が第２の閾値よりも大きいとの信号を受け、加算回路３７（第２の加算回路）は、高感度画素出力信号Ｋ１の代わりに、上記混色による偽信号量の少ない低感度画素増幅信号Ｋ４と低感度画素出力信号Ｋ２とを加算し、画像信号Ｋ６（第２の画像信号）として出力する。
【００４１】
以上のように、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置及びその信号処理方法によると、被写体からの入射光が低輝度である領域、すなわち、高感度画素出力信号Ｋ１が高感度画素出力信号Ｋ１の飽和時の出力信号である高感度画素飽和時出力信号Ｋ０に到達しない場合（高感度画素に蓄積される信号電荷が飽和していない場合）には、低感度画素出力信号Ｋ２に感度比を積算した低感度画素増幅出力信号Ｋ４と高感度画素出力信号Ｋ１との差分値を用いて、その差分値の絶対値が所定の閾値（第２の閾値）よりも小さい場合は、混色による偽信号量が少ないと判断し、高感度画素出力信号Ｋ１と低感度画素出力信号Ｋ２とを加算して画像信号Ｋ５として出力する。したがって、このとき得られる画像信号Ｋ５は混色による偽信号が少なく、かつ、被写体からの入射光が低輝度であっても高感度画素１１の出力でダイナミックレンジを確保することができる。一方、差分値の絶対値が所定の閾値（第２の閾値）よりも大きい場合は、高感度画素出力信号Ｋ１には混色による偽信号量が多いと判断し、高感度画素出力信号Ｋ１の代わりに、混色による偽信号の少ない低感度画素増幅出力信号Ｋ４を用い、低感度画素出力信号Ｋ２と加算して画像信号Ｋ６として出力する。したがって、このとき得られる出力信号も混色による偽信号が少なく、かつ、被写体からの入射光が低輝度であっても低感度画素増幅出力でダイナミックレンジを確保することができる。
【００４２】
ここで、上記の信号処理方法では、所定の閾値（第２の閾値）を基準に出力信号を変化させているが、特に混色によって発生するノイズ量に依存して出力信号を切り替えている。これは、波長の長い可視光は一般に、吸収長が長く、隣り合う画素に漏れ込んで混色を発生させやすいことから、隣り合う画素が例えば波長の長い光を受光帯域とする画素であり、その光の輝度が高い場合においても、上記信号処理方法によると、混色を抑えた画像を再現することが可能となる。よって、輝度の高い画素の素子分離領域の面積を広げて構成することなく、十分な最大蓄積電荷量の確保が可能である。
【００４３】
一方、被写体からの入射光が高輝度である領域、すなわち、高感度画素出力信号Ｋ１が高感度画素飽和時出力信号Ｋ０に到達している場合（高感度画素に蓄積される信号電荷が飽和している場合）には、高感度画素飽和時出力信号又は第１の閾値を出力するため、高感度画素が飽和した後であってもダイナミックレンジを確保することができ。また、第１の閾値の一定値を用いた場合には、上記のように、画素毎の飽和特性ばらつきを抑ることができる。
【００４４】
以上のように、本発明の第１の実施形態の固体撮像装置及びその信号処理方法によると、広ダイナミックレンジを実現しつつ、混色を抑制し、かつ、高い色再現性を実現することができる。
【００４５】
−変形例−
以下に、本発明の第１の実施形態の変形例に係る固体撮像装置の信号処理方法について、図４及び図５を参照しながら説明する。
【００４６】
図４は、本発明の第１の実施形態の変形例に係る固体撮像装置１０における信号処理方法のフローチャートを示している。また、図５は、図４に示す本実施形態に係る信号処理方法を実現するための固体撮像装置１０における必要な回路構成のブロック図を示している。ただし、図４及び図５に示すフローチャート及びブロック図は、上記図２及び図３に示したフローチャート及びブロック図並びにその説明と共通する部分が多いため、以下では、本変形例の信号処理方法に特有の部分を中心に説明し、その他の部分は上述と同様である。なお、本変形例に係る固体撮像装置１０の画素構成についても図１及びその説明と同様である。
【００４７】
図４及び図５に示すように、本変形例の信号処理方法では、ステップＳ２１において、高感度画素信号Ｋ１が高感度画素飽和時出力信号Ｋ０よりも大きいと判定された場合（ステップＳ２１においてＮｏ）に、ステップＳ２８に進み、加算回路３８において、高感度画素飽和時出力信号Ｋ０又は第１の閾値と、低感度画素出力信号Ｋ２とを加算し、画像信号Ｋ７（第３の画像信号）とする。このように、画像信号Ｋ７は、図２に示した画像信号Ｋ３と比較すると、低感度画素１２からの低感度画素出力信号Ｋ２が加算されているため、図２のステップＳ２２において第１の閾値を画像信号Ｋ３とした場合と比較して、高輝度の領域における解像度を広げている。
【００４８】
以上のように、本変形例によると、低輝度の場合に加えて、高輝度の場合においても、高感度画素と低感度画素の両方の画素信号を十分に使っているので、より色再現性の高い画像を実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、例えばデジタルカメラの信号処理方法等にとって有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置における画素構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の信号処理方法を示すフローチャートである。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の信号処理のための回路構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の第１の実施形態の変形例に係る固体撮像装置の信号処理方法を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第１の実施形態の変形例に係る固体撮像装置の信号処理のための回路構成を示すブロック図である。
【図６】従来の固体撮像装置における画素構成図である。
【図７】従来の固体撮像装置における信号処理方法を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５１】
１１      高感度画素
１１ａ    フォトダイオード
１２      低感度画素
１２ａ    フォトダイオード
１３      （中間）画素
１３ａ    フォトダイオード
Ｋ０      高感度画素飽和時出力信号
Ｋ１      高感度画素出力信号
Ｋ２      低感度画素出力信号
Ｋ３      画像信号
Ｋ４      低感度画素増幅信号
Ｋ５      画像信号
Ｋ６      画像信号
３１      判定回路
３２      メモリ
３３      積算回路
３４      差分回路
３５      判定回路
３６      加算回路
３７      加算回路
Ｋ７      画像信号
３８      加算回路
【図１】
2009303043.tif 000003
【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】
2009303043.tif 000008
【図７】
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