JP2010171867A - Imaging apparatus - Google Patents

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祐士 豊村
Kazuyuki Matoba
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an imaging apparatus for outputting a high-quality image while avoiding over-exposure or the like in accordance with the situation of a subject. <P>SOLUTION: The imaging apparatus 1 includes: an imaging mode switching section 5 and a control section 6. The imaging mode switching section 5 switches an imaging mode of each of pixel circuits 211 between a narrow dynamic range (NDR) mode and a wide dynamic range (WDR) mode. During the NDR mode, when the quantity of received light of a photodiode 211a is less than a predetermined quantity of light, an output signal is linearly increased with increase in the quantity of received light and when the quantity of received light of the photodiode 211a is equal to or more than the predetermined quantity of light, an output signal is saturated. During the WDR mode, when the quantity of received light of the photodiode 211a is equal to or more than the predetermined quantity of light, an output signal is not saturated. On the basis of an output signal at a time when the pixel circuit 211 captures an image in the NDR mode, for the imaging mode switching section 5, the control section 6 designates the imaging mode of each of the pixel circuits 211 to the NDR mode or to the WDR mode. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、出力特性を切り替えて撮像することができる撮像装置に関する。   The present invention relates to an imaging apparatus capable of imaging by switching output characteristics.

従来より、CCDやCMOSイメージセンサ等の半導体撮像素子(以下、単に撮像素子ともいう)を備えた撮像装置は、種々の装置に用いられており、一例としてテレビドアフォンやネットワークカメラを挙げることができる。この撮像装置は、撮像素子内に格子状に配置された複数の受光素子を備え、受光した光を各受光素子によって電気信号に変換することにより、この電気信号に基づいた画像を出力する。詳しくは、撮像素子は、予め設定された電荷蓄積期間中に、各受光素子で受光した受光量に応じた量の電荷を蓄積すると共に、その蓄積した電荷(以下、蓄積電荷ともいう)の量に応じた電気信号を出力する。撮像装置は、撮像素子から出力された電気信号に基づいて面画像としてのフレームを構成し、それを時系列に連続させることによって動画像を出力する。ここで、撮像素子は、一般的に、受光した光量(以下、受光光量ともいう)に比例する量の電荷を蓄積する特性を有しており、そのため、撮像素子から出力される電気信号は、受光光量の増加に伴って線形的に増加する、いわゆる線形特性を示すが、撮像素子の電荷を蓄積することができる容量(以下、電荷蓄積容量ともいう)に達するまで電荷が蓄積されてしまうと(以下、飽和状態ともいう)、撮像素子から出力される電気信号は、所定の飽和電位で一定になってしまう。こうして撮像素子のダイナミックレンジが規定されてしまうため、飽和状態に至らないように相対的に暗い被写体を撮像したときには、各撮像素子から出力された電気信号の大きさに応じた明るさの階調が画像に現れる一方で、飽和状態に至ってしまうような相対的に明るい被写体を撮像したときには画像が真っ白、つまり白飛びしてしまうことになる。そこで、被写体の明るさに応じて電荷蓄積期間を変更することによって、比較的狭いダイナミックレンジであっても、画像の白飛びを回避するようにした撮像装置が知られている。すなわち、この撮像装置では、明るい被写体を撮像するときには電荷蓄積期間を短くすることによって、電荷の蓄積が飽和状態に至らないようにして白飛びを回避するようにしている。   2. Description of the Related Art Conventionally, an image pickup apparatus including a semiconductor image pickup device (hereinafter also simply referred to as an image pickup device) such as a CCD or a CMOS image sensor has been used in various devices, and examples thereof include a TV door phone and a network camera. . This image pickup apparatus includes a plurality of light receiving elements arranged in a grid pattern in the image pickup element, and converts the received light into an electric signal by each light receiving element, thereby outputting an image based on the electric signal. Specifically, the image sensor accumulates an amount of charge corresponding to the amount of light received by each light receiving element during a preset charge accumulation period, and the amount of the accumulated charge (hereinafter also referred to as accumulated charge). The electric signal according to is output. The imaging device forms a frame as a plane image based on the electrical signal output from the imaging element, and outputs a moving image by continuing the frame in time series. Here, the image sensor generally has a characteristic of accumulating an amount of electric charge proportional to the amount of received light (hereinafter also referred to as the amount of received light). Therefore, an electrical signal output from the image sensor is Although it shows a so-called linear characteristic that increases linearly with the increase in the amount of received light, if charge is accumulated until it reaches a capacity (hereinafter also referred to as charge storage capacity) that can store the charge of the image sensor. An electrical signal output from the image sensor (hereinafter also referred to as a saturated state) becomes constant at a predetermined saturation potential. Since the dynamic range of the image sensor is defined in this way, when a relatively dark subject is imaged so as not to reach saturation, the gradation of brightness according to the magnitude of the electrical signal output from each image sensor Appears in the image, but when a relatively bright subject that is in a saturated state is imaged, the image is completely white, that is, whites are blown out. In view of this, there is known an imaging apparatus that avoids whiteout of an image even in a relatively narrow dynamic range by changing the charge accumulation period according to the brightness of the subject. That is, in this imaging apparatus, when a bright subject is imaged, the charge accumulation period is shortened so that the accumulation of charges does not reach a saturation state to avoid overexposure.

しかしながら、例えば太陽を背にした人を撮像するときのように、一視野内に明暗差が大きい箇所を含む被写体を撮像する時には、明るい箇所に合わせて電荷蓄積期間を短くすると、暗い箇所が真っ黒、つまり黒潰れしてしまう一方、暗い箇所に合わせて電荷蓄積期間を長くすると、明るい箇所が白飛びしてしまう。   However, when imaging a subject that includes a part with a large difference in brightness in one field of view, such as when imaging a person with the sun behind, if the charge accumulation period is shortened according to the bright part, the dark part is completely black. In other words, the black portion is crushed, but if the charge accumulation period is lengthened in accordance with the dark portion, the bright portion will be blown out.

そこで、種々の方法により、線形特性とは異なる出力特性を得ることで、撮像素子のダイナミックレンジを拡大させる(以下、ワイドダイナミックレンジともいう)ことが試みられている。   Therefore, attempts have been made to expand the dynamic range of the image sensor (hereinafter also referred to as a wide dynamic range) by obtaining output characteristics different from the linear characteristics by various methods.

例えば、特許文献1に開示された撮像素子では、受光素子で生成、蓄積される電荷の量が多いとき(より具体的には、フォトダイオードで生成され、蓄積された電荷が、予め設定された電位障壁を越えて外部に溢れた場合)には、その電荷蓄積期間の所定の中間タイミングで、それまでに蓄積された蓄積電荷の全てを一旦排出する、いわゆる電荷排出動作を行うことによって、電気信号の出力タイミングにおける飽和状態を回避し、そのことでワイドダイナミックレンジを実現している。   For example, in the image sensor disclosed in Patent Document 1, when the amount of charge generated and accumulated by the light receiving element is large (more specifically, the charge generated and accumulated by the photodiode is set in advance). In the case of overflowing to the outside beyond the potential barrier), at a predetermined intermediate timing of the charge accumulation period, by performing a so-called charge discharging operation that discharges all of the accumulated charges accumulated so far, Saturation at the signal output timing is avoided, thereby realizing a wide dynamic range.

また、例えば、特許文献2には、受光光量に応じて発生した光電流を入力するMOSトランジスタと、このMOSトランジスタを閾値電圧以下でかつサブスレッショルド電流が流れうる状態にバイアスするバイアス手段とを備え、当該MOSトランジスタによって光電流を対数圧縮変換することで、ワイドダイナミックレンジ化を実現する技術が開示されている。
特許第3996618号公報 特開平03−192764号公報
Further, for example, Patent Document 2 includes a MOS transistor that inputs a photocurrent generated according to the amount of received light, and a bias unit that biases the MOS transistor to a state that is equal to or lower than a threshold voltage and allows a subthreshold current to flow. A technique for realizing a wide dynamic range by logarithmically compressing a photocurrent with the MOS transistor is disclosed.
Japanese Patent No. 3996618 Japanese Patent Laid-Open No. 03-192864

ところで、前記特許文献1に開示されている撮像素子では、受光光量が所定の光量を超えている場合には、電荷蓄積期間の所定の中間タイミングにて蓄積電荷を(受光光量が大きければ大きいほど、加速度的に)一旦排出してしまい、その後の残存期間に再蓄積された電荷に基づいて出力電位を決定するため、受光光量の大きさや電荷排出タイミングの始期、終期や電荷排出期間の長さ等によっては、最終的な出力信号において階調逆転が生じることが懸念される。例えば、1つの出力フレームが明暗差の大きい階調グラデーションで構成される場合を考える。このとき、暗部では電荷排出が行なわれず、受光光量の増加に応じて、その出力は徐々に線形的に増加(線形特性)するとしても、一旦電荷排出動作が行なわれると、その過程で蓄積電荷は加速度的に排出されるから、階調グラデーションの途中でそれまで単調増加していた出力は、一転してゼロになる。この結果、再蓄積された電荷の量を、電荷排出後に設定される再蓄積期間と電荷蓄積期間全体の比に基づいて補正しようとしても、(出力がゼロとなる点がある限り)階調グラデーションは、その暗から明の階調変化のいずれかの部分で階調逆転を生じうることとなる。   By the way, in the imaging device disclosed in Patent Document 1, when the amount of received light exceeds a predetermined amount of light, the accumulated charge is increased at a predetermined intermediate timing of the charge accumulation period (the larger the amount of received light). (Accelerated), because the output potential is determined based on the charge that has been discharged once and then re-accumulated during the remaining period, the magnitude of the amount of received light, the beginning and end of the charge discharge timing, and the length of the charge discharge period For example, there is a concern that gradation inversion occurs in the final output signal. For example, consider a case where one output frame is composed of gradation gradations having a large contrast. At this time, the charge is not discharged in the dark part, and the output gradually increases linearly (linear characteristics) as the amount of received light increases. Is discharged at an accelerated rate, so the output that was monotonically increasing up to the middle of the gradation gradation turns to zero. As a result, even if an attempt is made to correct the amount of re-accumulated charge based on the ratio of the re-accumulation period set after discharging the charge and the entire charge accumulation period, gradation gradation (as long as there is a point where the output becomes zero) In this case, tone reversal can occur in any part of the dark to bright tone change.

一方、特許文献2に開示されている撮像素子の出力は、飽和電位に漸近するような対数特性を示す。この撮像素子は理論的には極めて大きなダイナミックレンジを実現可能だが、例えば光量比として1:10(約120[dB])といったワイドダイナミックレンジにおいても飽和状態を確実に回避するために、受光光量が大きくなるほど出力が圧縮されるため、受光光量が同じであっても、線形特性の撮像素子が出力する電気信号よりも出力が小さくなる。このため、この撮像素子を備えた撮像装置では、飽和状態に至らないような比較的暗い被写体を撮像したときには、線形特性を有する撮像素子の場合よりもコントラストが低下すると共に、上述した出力の圧縮によって実質的な階調数も低下してしまう。 On the other hand, the output of the image sensor disclosed in Patent Document 2 exhibits logarithmic characteristics that asymptotically approach a saturation potential. This image sensor can theoretically realize a very large dynamic range, but in order to reliably avoid saturation even in a wide dynamic range such as a light amount ratio of 1:10 6 (about 120 [dB]), for example, Since the output is compressed as the value becomes larger, the output becomes smaller than the electric signal output from the linear imaging device even if the amount of received light is the same. For this reason, in an imaging apparatus equipped with this imaging device, when a relatively dark subject that does not reach saturation is imaged, the contrast is lower than that of an imaging device having linear characteristics, and the output compression described above is performed. As a result, the substantial number of gradations also decreases.

このコントラストの低下や階調数の減少といった課題に対して、アナログアンプによって出力を増幅することが考えられるが、このようにすると、ノイズ成分も同時に増幅されることとなり、線形特性とは異なる出力特性を有する撮像素子は、線形の出力特性を有する撮像素子と比べてノイズが大きくなる場合がある。   In response to issues such as a decrease in contrast and a decrease in the number of gradations, it is conceivable to amplify the output with an analog amplifier. However, in this way, the noise component is also amplified at the same time, and the output differs from the linear characteristic. An image sensor having characteristics may have a larger noise than an image sensor having linear output characteristics.

以上のように、ワイドダイナミックレンジの撮像素子を備えた撮像装置は、ダイナミックレンジが広いという利点が得られる一方で、例えば階調の低下やノイズの増大といった不利益を被ることになる。   As described above, an image pickup apparatus provided with an image pickup element having a wide dynamic range has an advantage of a wide dynamic range, but suffers from disadvantages such as a decrease in gradation and an increase in noise.

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、被写体の状況に応じて白飛び等を回避しつつも、高画質の撮像が可能な撮像装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide an imaging device capable of high-quality imaging while avoiding overexposure depending on the state of the subject. It is in.

本願発明者らは、例えば特許文献1の撮像素子は、製造プロセスを適切に設定して作成することで、電荷排出動作を実行しても、それまでに蓄積された蓄積電荷の全てが排出されることなく、受光光量に基づく電荷生成と電荷排出が平衡状態に近くなって対数特性に類似する出力特性を発現させうること、および電荷排出動作の実行と非実行を指定するスイッチ素子のオンオフ(更には、スイッチ素子のゲート電位)を適宜制御することによって、線形の出力特性でダイナミックレンジが相対的に狭い動作と、対数特性に類似する出力特性でダイナミックレンジが相対的に広い動作とを容易に切り替え得ることに気付いた。そこで、出力特性を切り替えて動作可能な撮像装置において、それらの動作を適切に切り替えながら撮像を行うことに着目した。   The inventors of the present application, for example, by creating an image pickup device of Patent Document 1 by appropriately setting a manufacturing process, even if a charge discharging operation is executed, all of the accumulated charges accumulated so far are discharged. Without charge generation and charge discharge based on the amount of received light, and an output characteristic similar to a logarithmic characteristic can be developed, and on / off of a switch element specifying execution / non-execution of the charge discharge operation ( Furthermore, by appropriately controlling the gate potential of the switch element, it is easy to operate with a relatively narrow dynamic range with linear output characteristics and with a relatively wide dynamic range with output characteristics similar to logarithmic characteristics. I noticed that I could switch to Therefore, in an imaging apparatus that can operate by switching output characteristics, attention was paid to performing imaging while appropriately switching these operations.

第1の発明では、撮像装置は、それぞれ受光することによって電荷を生じると共に、複数のラスタを構成するように格子状に配置された複数の受光素子と、該受光素子のそれぞれに対応して設けられると共に、前記受光素子で生じた電荷を蓄積しかつ、その電荷の蓄積量に応じた出力信号を出力する複数の画素回路と、を有し、前記出力信号に基づいて構成されるフレームを、時系列に連続して出力する撮像素子と、前記撮像素子に対し、前記各画素回路の撮像モードを、前記受光素子の受光光量が所定の光量よりも小さい時には、前記受光光量の増加に伴い前記出力信号が線形的に増加する一方、前記受光素子の受光光量が前記所定の光量以上の時には、前記出力信号が飽和する第1撮像モードと、前記受光素子の前記受光光量が前記所定の光量以上の時に、前記出力信号が飽和しない第2撮像モードと、の間で切り替える撮像モード切替部と、前記画素回路が第1撮像モードで撮像したときの前記出力信号に基づいて、前記撮像モード切替部に対して、前記各画素回路の撮像モードを前記第1又は前記第2撮像モードに指定する制御部と、を備えている。   In the first invention, the imaging device generates charges by receiving light, and is provided corresponding to each of the plurality of light receiving elements arranged in a lattice pattern so as to form a plurality of rasters. And a plurality of pixel circuits for accumulating charges generated in the light receiving element and outputting an output signal corresponding to the accumulated amount of the charges, and configured based on the output signal, For the image sensor that continuously outputs in time series, and for the image sensor, the imaging mode of each pixel circuit is set to increase the amount of received light when the amount of received light of the light receiving element is smaller than a predetermined amount of light. While the output signal increases linearly, when the received light amount of the light receiving element is equal to or greater than the predetermined light amount, the first imaging mode in which the output signal is saturated, and the received light amount of the light receiving element is the predetermined light amount. The imaging mode switching unit that switches between the second imaging mode in which the output signal is not saturated when the amount of light is greater than the light amount, and the imaging mode based on the output signal when the pixel circuit images in the first imaging mode And a control unit that designates the imaging mode of each of the pixel circuits as the first or second imaging mode with respect to the switching unit.

第1撮像モードは、受光素子の受光光量が所定の光量よりも小さい時には、受光光量の増加に伴い出力信号が線形的に増加する。そのため、出力信号が飽和に至らないような比較的暗い被写体を第1撮像モードで撮像したときには、撮像装置は、コントラストが高くかつ高階調の画像を出力する。一方、第1撮像モードにおいて、受光素子の受光光量が所定の光量以上の時には、出力信号が飽和する。そのため、第1撮像モードで比較的明るい被写体を撮像したときには、画像が白飛びする場合がある。つまり、この第1撮像モードは、ダイナミックレンジが相対的に狭い動作状態に相当する。   In the first imaging mode, when the amount of light received by the light receiving element is smaller than a predetermined amount of light, the output signal increases linearly as the amount of received light increases. Therefore, when a relatively dark subject whose output signal does not reach saturation is imaged in the first imaging mode, the imaging device outputs an image with high contrast and high gradation. On the other hand, in the first imaging mode, the output signal is saturated when the amount of light received by the light receiving element is greater than or equal to a predetermined amount of light. For this reason, when a relatively bright subject is imaged in the first imaging mode, the image may be blown out. That is, the first imaging mode corresponds to an operation state in which the dynamic range is relatively narrow.

これに対し、第2撮像モードは、受光素子の受光光量が所定の光量以上の時に飽和しない撮像モードであり、従って、第1撮像モードで撮像したときには画像が白飛びするような比較的明るい被写体でも、第2撮像モードで撮像したときには、画像が白飛びしない。つまり、この第2撮像モードは、ダイナミックレンジが相対的に広い動作状態に相当する。   On the other hand, the second imaging mode is an imaging mode that does not saturate when the amount of light received by the light receiving element is greater than or equal to a predetermined amount of light. Therefore, a relatively bright subject in which an image is blown out when captured in the first imaging mode. However, when the image is captured in the second imaging mode, the image is not overexposed. That is, the second imaging mode corresponds to an operation state in which the dynamic range is relatively wide.

第1の発明の撮像装置によると、制御部は、第1撮像モードで撮像したときの出力信号に基づいて、撮像モード切替部に対し各画素回路の撮像モードを指定し、それによって、撮像素子の撮像モードを第1撮像モードと第2撮像モードとの間で切り替える。このことによって、ダイナミックレンジが相対的に狭い第1撮像モードで撮像しても出力される画像に何ら問題が生じないときには第1撮像モードで撮像を行う。こうすることによって、第2撮像モードで撮像した場合に生じ得る不都合(例えば、低コントラストや階調数減少、また、ノイズ増大等)が回避される。一方、第1撮像モードで撮像したときに、例えば白飛び等の問題が生じ得るときには、ダイナミックレンジが相対的に広い第2撮像モードに切り替えて撮像を行うことによって、白飛び等を回避した鮮明な画像を出力することができる。こうして、第1の発明の撮像装置は、ダイナミックレンジが相対的に狭い動作状態とダイナミックレンジが相対的に広い動作状態とを適切に切り替えて撮像することによって、それぞれの動作の利点を活かしながら、それぞれの動作の欠点を補うことができる。   According to the imaging device of the first invention, the control unit designates the imaging mode of each pixel circuit to the imaging mode switching unit based on the output signal when imaging is performed in the first imaging mode, and thereby the imaging device The imaging mode is switched between the first imaging mode and the second imaging mode. Thus, when no problem occurs in the output image even if the first imaging mode with a relatively narrow dynamic range is used, imaging is performed in the first imaging mode. By doing so, inconveniences (for example, low contrast, a decrease in the number of gradations, an increase in noise, etc.) that may occur when imaging in the second imaging mode are avoided. On the other hand, when a problem such as overexposure may occur when the image is captured in the first image capture mode, by switching to the second image capture mode with a relatively wide dynamic range and performing image capture, a clear image that avoids overexposure etc. Can output a simple image. Thus, the imaging device of the first invention takes advantage of the advantages of each operation by appropriately switching between the operation state with a relatively narrow dynamic range and the operation state with a relatively wide dynamic range, The shortcomings of each operation can be compensated.

第2の発明では、第1の発明において、前記撮像素子は、所定の数のフレームを出力する毎に、前記各画素回路が前記第1撮像モードで撮像した前記出力信号に基づく撮像モード判定フレームを出力し、前記制御部は、前記撮像モード判定フレームに含まれる前記出力信号を撮像モード判定対象として所定の判定を行うと共に、その判定結果に基づいて、以降における前記各画素回路の撮像モードを指定する。   According to a second aspect, in the first aspect, the imaging element outputs an imaging mode determination frame based on the output signal captured by the pixel circuit in the first imaging mode every time a predetermined number of frames are output. The control unit makes a predetermined determination using the output signal included in the imaging mode determination frame as an imaging mode determination target, and determines the imaging mode of each pixel circuit thereafter based on the determination result. specify.

こうすることで、撮像素子は、所定の数のフレームを出力する毎に第1撮像モードでの撮像に基づく撮像モード判定フレームを出力する。このときに、撮像素子の撮像モードが第1撮像モードであるときには、そのまま第1撮像モードでの撮像に基づく撮像モード判定フレームを出力すればよい。これとは異なり、撮像素子の撮像モードが第2撮像モードであるときには、撮像モード判定フレームの出力タイミングにおいて、撮像素子の撮像モードを一時的に第1撮像モードに切り替えて撮像モード判定フレームを出力すればよい。そうして、制御部は、その撮像モード判定フレームに含まれる第1撮像モードの出力信号に基づいて撮像モード判定フレーム以降の各画素回路の撮像モードを指定することができる。つまり、第1及び第2撮像モードのいずれが適切であるのかの判定を周期的に行うことによって、被写体の状況が変化したときにでも、その変化に応じて、撮像素子の撮像モードを適切に切り替えることが可能になる。   By doing so, the imaging device outputs an imaging mode determination frame based on imaging in the first imaging mode every time a predetermined number of frames are output. At this time, when the imaging mode of the imaging device is the first imaging mode, an imaging mode determination frame based on imaging in the first imaging mode may be output as it is. In contrast, when the imaging mode of the imaging device is the second imaging mode, the imaging mode determination frame is output by temporarily switching the imaging mode of the imaging device to the first imaging mode at the output timing of the imaging mode determination frame. do it. Thus, the control unit can specify the imaging mode of each pixel circuit after the imaging mode determination frame based on the output signal of the first imaging mode included in the imaging mode determination frame. That is, by periodically determining which of the first and second imaging modes is appropriate, even when the state of the subject changes, the imaging mode of the image sensor is appropriately set according to the change. It becomes possible to switch.

第3の発明では、第1の発明において、前記撮像素子は、所定の数のフレームを出力する毎に、前記画素回路が前記第1撮像モードで撮像した前記出力信号に基づいて構成される第1撮像モードラスタと、前記画素回路が前記第2撮像モードで撮像した前記出力信号に基づいて構成される第2撮像モードラスタと、を含んで構成される撮像モード判定フレームを出力し、前記制御部は、前記撮像モード判定フレームにおける前記第1撮像モードラスタを構成する前記出力信号を判定対象として所定の判定を行うと共に、その判定結果に基づいて、以降における前記各画素回路の撮像モードを指定する。   In a third aspect based on the first aspect, the imaging device is configured based on the output signal captured by the pixel circuit in the first imaging mode every time a predetermined number of frames are output. An imaging mode determination frame configured to include an imaging mode raster and a second imaging mode raster configured based on the output signal captured by the pixel circuit in the second imaging mode, and the control The unit performs a predetermined determination using the output signal constituting the first imaging mode raster in the imaging mode determination frame as a determination target, and specifies an imaging mode of each pixel circuit thereafter based on the determination result To do.

こうすることで、撮像モード判定フレームに含まれる全ての出力信号に基づいて適切な撮像モードを判定するのではなく、撮像モード判定フレームに含まれる一部の出力信号に基づいて適切な撮像モードを判定するため、判定対象の出力信号の数がその分減少し、撮像モードの判定に係る処理が軽減する。このことは、処理時間及び処理リソースの点で有利であり、特に高解像度の撮像素子であればあるほど有効になる。   By doing so, an appropriate imaging mode is not determined based on all output signals included in the imaging mode determination frame, but an appropriate imaging mode is determined based on a part of output signals included in the imaging mode determination frame. In order to make a determination, the number of output signals to be determined is reduced by that amount, and the processing related to the determination of the imaging mode is reduced. This is advantageous in terms of processing time and processing resources. In particular, the higher the resolution of the image sensor, the more effective.

第4の発明では、第2又は第3の発明において、前記各画素回路の出力信号をデジタル信号に変換した撮像データを含んで構成される前記フレームを出力する出力信号処理部をさらに備え、前記制御部は、前記出力信号処理部から出力された前記撮像モード判定フレームの判定対象に対応する前記撮像データの最大値が所定の閾値を超えているか否かを判定すると共に、前記最大値が前記所定の閾値を超えているときには、前記撮像モード切替部に対して、前記各画素回路の撮像モードを前記第2撮像モードに指定する。   According to a fourth invention, in the second or third invention, further comprising an output signal processing unit that outputs the frame configured to include imaging data obtained by converting the output signal of each pixel circuit into a digital signal, The control unit determines whether the maximum value of the imaging data corresponding to the determination target of the imaging mode determination frame output from the output signal processing unit exceeds a predetermined threshold, and the maximum value is When the predetermined threshold value is exceeded, the imaging mode switching unit designates the imaging mode of each pixel circuit as the second imaging mode.

この構成によると、制御部は、撮像モード判定フレームの判定対象に対応する撮像データの最大値が所定の閾値以下の場合には、撮像モード切替部に対して各画素回路の撮像モードを第1撮像モードに指定する一方、撮像モード判定フレームの判定対象に対応する撮像データの最大値が所定の閾値を超えているときには、撮像モード切替部に対して各画素回路の撮像モードを第2撮像モードに指定する。つまり、撮像モード判定フレームの中に比較的明るく、第1撮像モードでの撮像では白飛びしてしまう箇所が含まれているときには、以降の撮像を第2撮像モードで行うことになる。これによって、画像内に白飛び箇所が含まれることが確実に防止される。   According to this configuration, when the maximum value of the imaging data corresponding to the determination target of the imaging mode determination frame is equal to or less than the predetermined threshold, the control unit sets the imaging mode of each pixel circuit to the imaging mode switching unit. When the imaging mode is designated and the maximum value of the imaging data corresponding to the determination target of the imaging mode determination frame exceeds a predetermined threshold, the imaging mode of each pixel circuit is set to the second imaging mode with respect to the imaging mode switching unit. Is specified. That is, when the imaging mode determination frame is relatively bright and includes a portion that is overexposed in imaging in the first imaging mode, the subsequent imaging is performed in the second imaging mode. As a result, it is possible to reliably prevent white spots from being included in the image.

第5の発明では、第4の発明において、前記制御部は、前記撮像モード判定フレームの判定対象に対応する前記撮像データの平均値を算出しかつ、その平均値が所定値よりも大きいか否かをさらに判定すると共に、前記平均値が前記所定値以下のときには、前記最大値が前記所定の閾値を超えていたときでも、前記撮像モード切替部に対して、前記各画素回路の撮像モードを前記第1撮像モードに指定する。   In a fifth aspect based on the fourth aspect, the control unit calculates an average value of the imaging data corresponding to the determination target of the imaging mode determination frame, and whether the average value is greater than a predetermined value. When the average value is equal to or less than the predetermined value, the image pickup mode of each pixel circuit is set to the image pickup mode switching unit even when the maximum value exceeds the predetermined threshold. The first imaging mode is designated.

この構成によると、制御部は、判定対象に対応する撮像データの最大値のみに基づくのではなく、判定対象に対応する撮像データの平均値も考慮して、適切な撮像モードを判定する。つまり前記最大値が所定の閾値を超えており且つ、前記平均値が所定値よりも大きい場合にのみ、撮像モード切替部に対して、各画素回路の撮像モードを第2撮像モードに指定し、それ以外のとき、特に前記最大値が所定の閾値を超えていたとしても、前記平均値が所定値以下のときには、各画素回路の撮像モードを第1撮像モードに指定する。従って、撮像装置は、白飛び箇所がフレーム中の比較的広い範囲に拡がっているときには、第2撮像モードで撮像を行う一方、フレームの中に白飛び箇所が含まれていても、その白飛び箇所が局所的であれば第1撮像モードで撮像する。このことにより、より人間の視覚に近い画像を出力することができる。   According to this configuration, the control unit determines an appropriate imaging mode not only based on the maximum value of the imaging data corresponding to the determination target but also considering the average value of the imaging data corresponding to the determination target. That is, only when the maximum value exceeds a predetermined threshold and the average value is larger than the predetermined value, the imaging mode of each pixel circuit is designated as the second imaging mode for the imaging mode switching unit, In other cases, even when the maximum value exceeds a predetermined threshold, when the average value is equal to or less than the predetermined value, the imaging mode of each pixel circuit is designated as the first imaging mode. Therefore, the imaging apparatus captures an image in the second imaging mode when the white spot is spread over a comparatively wide range in the frame, while the white spot is included even if the white spot is included in the frame. If the location is local, imaging is performed in the first imaging mode. As a result, an image closer to human vision can be output.

第6の発明では、第4の発明において、前記制御部は、前記撮像モード判定フレームの判定対象に対応する前記撮像データについて、所定の判定値以下の前記撮像データの発生頻度を計数しかつ、その発生頻度が所定の基準値よりも小さいか否かをさらに判定すると共に、前記発生頻度が所定の基準値以上のときには、前記撮像データの最大値が前記所定の閾値を超えていたときでも、前記撮像モード切替部に対して、前記各画素回路の撮像モードを前記第1撮像モードに指定する。   In a sixth aspect based on the fourth aspect, the control unit counts the occurrence frequency of the imaging data that is equal to or less than a predetermined determination value for the imaging data corresponding to the determination target of the imaging mode determination frame, and Further determining whether or not the occurrence frequency is less than a predetermined reference value, and when the occurrence frequency is greater than or equal to a predetermined reference value, even when the maximum value of the imaging data exceeds the predetermined threshold, The imaging mode switching unit designates the imaging mode of each pixel circuit as the first imaging mode.

この構成によると、制御部は、判定対象に対応する撮像データの最大値に加えて、判定対象に対応する撮像データであって、所定の判定値以下の撮像データの発生頻度に基づいて、適切な撮像モードを判定する。つまり、前記最大値が所定の閾値を超えており且つ、前記発生頻度が所定の基準値よりも小さい場合にのみ、撮像モード切替部に対して撮像モードを第2撮像モードに指定し、それ以外のとき、特に前記最大値が所定の閾値を超えていたとしても、前記発生頻度が所定の基準値以上のときには、各画素回路の撮像モードを第1撮像モードに指定する。従って、前記第5の発明と同様に、撮像装置は、白飛び箇所がフレーム中の比較的広い範囲に拡がっているときには、第2撮像モードで撮像を行う一方、フレームの中に白飛び箇所が含まれていても、その白飛び箇所が局所的であって、比較的暗い箇所が大部分を占めるときには第1撮像モードで撮像することになり、このことにより、より人間の視覚に近い画像を出力することができる。   According to this configuration, in addition to the maximum value of the imaging data corresponding to the determination target, the control unit appropriately captures the imaging data corresponding to the determination target based on the occurrence frequency of the imaging data equal to or less than the predetermined determination value. A proper imaging mode is determined. That is, only when the maximum value exceeds a predetermined threshold and the occurrence frequency is smaller than a predetermined reference value, the imaging mode is designated as the second imaging mode for the imaging mode switching unit, and otherwise At this time, even if the maximum value exceeds a predetermined threshold value, when the occurrence frequency is equal to or higher than a predetermined reference value, the imaging mode of each pixel circuit is designated as the first imaging mode. Accordingly, as in the fifth aspect of the invention, the imaging device performs imaging in the second imaging mode when the white spot is spread over a relatively wide range in the frame, while the white spot is present in the frame. Even if it is included, when the white spot is local and the relatively dark part occupies the majority, the first imaging mode is used to capture an image closer to human vision. Can be output.

第7の発明では、第2又は第3の発明において、前記各画素回路の出力信号をデジタル信号に変換した撮像データを含んで構成される前記フレームを出力する出力信号処理部をさらに備え、前記制御部は、前記出力信号処理部から出力された撮像モード判定フレームの判定対象に対応する前記撮像データについて、前記飽和に相当する上限値に達している前記撮像データが前記フレームに含まれているか否かを判定すると共に、前記上限値に達している前記撮像データが前記フレームに含まれているときには、前記撮像モード切替部に対して、前記各画素回路の撮像モードを前記第2撮像モードに指定する。   According to a seventh invention, in the second or third invention, further comprising an output signal processing unit that outputs the frame configured to include imaging data obtained by converting the output signal of each pixel circuit into a digital signal, The control unit includes, for the imaging data corresponding to the determination target of the imaging mode determination frame output from the output signal processing unit, whether the imaging data that has reached the upper limit value corresponding to the saturation is included in the frame When the imaging data that has reached the upper limit value is included in the frame, the imaging mode of each pixel circuit is set to the second imaging mode with respect to the imaging mode switching unit. specify.

この構成によると、制御部は、飽和に相当する上限値に達している撮像データがフレームに含まれていないときには、撮像モード切替部に対して各画素回路の撮像モードを第1撮像モードに指定する一方、前記上限値に達している撮像データがフレームに含まれているときには、撮像モード切替部に対して各画素回路の撮像モードを第2撮像モードに指定する。つまり、第1撮像モードでの撮像では、出力信号が飽和するような明るい箇所がフレーム中に含まれているときには、第2撮像モードで撮像することになるため、画像内に白飛び箇所が含まれることが確実に防止される。   According to this configuration, the control unit designates the imaging mode of each pixel circuit as the first imaging mode with respect to the imaging mode switching unit when imaging data that has reached the upper limit value corresponding to saturation is not included in the frame. On the other hand, when the imaging data that has reached the upper limit value is included in the frame, the imaging mode switching unit designates the imaging mode of each pixel circuit as the second imaging mode. In other words, in imaging in the first imaging mode, when a bright portion where the output signal is saturated is included in the frame, the image is captured in the second imaging mode, and thus an overexposed portion is included in the image. Is reliably prevented.

第8の発明では、第7の発明において、前記制御部は、前記撮像モード判定フレームの判定対象に対応する前記撮像データの平均値を算出しかつ、その平均値が所定値よりも大きいか否かをさらに判定すると共に、前記平均値が前記所定値以下のときには、前記上限値に達している前記撮像データが前記フレームに含まれているときでも、前記撮像モード切替部に対して、前記各画素回路の撮像モードを前記第1撮像モードに指定する。   In an eighth aspect based on the seventh aspect, the control unit calculates an average value of the imaging data corresponding to the determination target of the imaging mode determination frame, and whether the average value is greater than a predetermined value. Further, when the average value is equal to or less than the predetermined value, each of the image capturing mode switching unit is configured to perform each of the image capturing mode switching units even when the image capturing data reaching the upper limit value is included in the frame. The imaging mode of the pixel circuit is designated as the first imaging mode.

この構成によると、制御部は、前記上限値に達している撮像データがフレームに含まれているか否かだけでなく、判定対象に対応する撮像データの平均値も考慮して、適切な撮像モードを判定する。つまり、前記上限値に達している撮像データがフレームに含まれており且つ、フレームに含まれる撮像データの平均値が所定値よりも大きいときには、撮像モード切替部に対して、各画素回路の撮像モードを第2撮像モードに指定する一方、それ以外の、特に上限値に達している撮像データがフレームに含まれていても、前記平均値が所定値以下のときには、各画素回路の撮像モードを第1撮像モードに指定する。従って、撮像装置は、白飛び箇所がフレーム中の比較的広い範囲に拡がっているときには、第2撮像モードで撮像を行う一方、フレームの中に白飛び箇所が含まれていても、その白飛び箇所が局所的であるときには、第1撮像モードで撮像することになり、より人間の視覚に近い画像を出力することができる。   According to this configuration, the control unit considers not only whether the imaging data that has reached the upper limit value is included in the frame, but also an appropriate imaging mode in consideration of the average value of imaging data corresponding to the determination target. Determine. That is, when the image data that has reached the upper limit value is included in the frame and the average value of the image data included in the frame is greater than a predetermined value, the image capturing of each pixel circuit is performed with respect to the image capturing mode switching unit. While the mode is designated as the second imaging mode, the imaging mode of each pixel circuit is set when the average value is equal to or less than the predetermined value even if the other imaging data that has reached the upper limit value is included in the frame. The first imaging mode is designated. Therefore, the imaging apparatus captures an image in the second imaging mode when the white spot is spread over a comparatively wide range in the frame, while the white spot is included even if the white spot is included in the frame. When the location is local, imaging is performed in the first imaging mode, and an image closer to human vision can be output.

第9の発明では、第7の発明において、前記制御部は、前記撮像モード判定フレームの判定対象に対応する前記撮像データについて、所定の判定値以下の前記撮像データの発生頻度を計数しかつ、その発生頻度が所定の基準値よりも小さいか否かをさらに判定すると共に、前記発生頻度が所定の基準値以上のときには、前記上限値に達している前記撮像データが前記フレームに含まれているときでも、前記撮像モード切替部に対して、前記各画素回路の撮像モードを前記第1撮像モードに指定する。   In a ninth aspect based on the seventh aspect, the control unit counts the frequency of occurrence of the imaging data equal to or less than a predetermined determination value for the imaging data corresponding to the determination target of the imaging mode determination frame, and It is further determined whether or not the occurrence frequency is lower than a predetermined reference value. When the occurrence frequency is equal to or higher than the predetermined reference value, the image data that has reached the upper limit value is included in the frame. Sometimes, the imaging mode switching unit designates the imaging mode of each pixel circuit as the first imaging mode.

この構成によると、制御部は、前記上限値に達している撮像データがフレームに含まれているか否かに加えて、所定の判定値以下の撮像データの発生頻度をも判定条件に加えて、適切な撮像モードを判定する。つまり、上限値に達している撮像データがフレームに含まれており且つ、前記発生頻度が所定の基準値よりも小さい場合にのみ、撮像モード切替部に対して撮像モードを第2撮像モードに指定する一方、それ以外の、特に上限値に達している撮像データがフレームに含まれていても、前記発生頻度が所定の基準値以上のときには、各画素回路の撮像モードを第1撮像モードに指定する。従って、前記第8の発明と同様に、撮像装置は、白飛び箇所がフレーム中の比較的広い範囲に拡がっているときには、第2撮像モードで撮像を行う一方、フレームの中に白飛び箇所が含まれていても、その白飛び箇所が局所的であれば第1撮像モードで撮像することになり、このことにより、より人間の視覚に近い画像を出力することができる。   According to this configuration, in addition to whether or not the imaging data that has reached the upper limit value is included in the frame, the control unit also adds the occurrence frequency of imaging data equal to or less than a predetermined determination value to the determination condition, Determine an appropriate imaging mode. That is, the imaging mode is designated as the second imaging mode for the imaging mode switching unit only when imaging data that has reached the upper limit value is included in the frame and the occurrence frequency is smaller than a predetermined reference value. On the other hand, even when other imaging data that has reached the upper limit value is included in the frame, if the occurrence frequency is equal to or higher than a predetermined reference value, the imaging mode of each pixel circuit is designated as the first imaging mode. To do. Accordingly, as in the eighth aspect, the imaging device performs imaging in the second imaging mode when the white spot is spread over a relatively wide range in the frame, while the white spot is present in the frame. Even if it is included, if the white spot is local, the image is captured in the first imaging mode, which makes it possible to output an image closer to human vision.

第10の発明では、撮像装置は、それぞれ受光することによって電荷を生じると共に、複数のラスタを構成するように格子状に配置された複数の受光素子と、該受光素子のそれぞれに対応して設けられると共に、前記受光素子で生じた電荷を蓄積しかつ、その電荷の蓄積量に応じた出力信号を出力する複数の画素回路と、を有する撮像素子と、前記撮像素子に対し、前記各画素回路の撮像モードを、前記受光素子の受光光量が所定の光量よりも小さい時には、前記受光光量の増加に伴い前記出力信号が線形的に増加する一方、前記受光素子の受光光量が前記所定の光量以上の時には、前記出力信号が飽和する第1撮像モードと、前記受光素子の前記受光光量が前記所定の光量以上の時に、前記出力信号が飽和しない第2撮像モードと、の間で前記ラスタの単位で切り替える撮像モード切替部と、を備え、前記撮像素子は、前記第1撮像モードで撮像した前記出力信号に基づく第1撮像モードラスタと、前記第2撮像モードで撮像した前記出力信号に基づく第2撮像モードラスタと、を含んで構成されるフレームを時系列に連続して出力し、前記フレームに含まれる前記第1撮像モードラスタと前記第2撮像モードラスタのうち、一方のラスタに含まれる前記出力信号に基づいて、選択されるべき撮像モードを判定するとともに、この判定結果に基づいて、当該フレーム及びその直前に撮像されたフレームから、前記第1撮像モードラスタ又は前記第2撮像モードラスタを選択しかつ、それらを合成したフレームを作成する制御部をさらに備えている。ここで、時系列に隣接する前記フレーム間において、前記第1撮像モードラスタと第2撮像モードラスタの位置を入れ替えるようにすればよい。   In the tenth invention, the imaging device generates charges by receiving light, and is provided corresponding to each of the plurality of light receiving elements arranged in a lattice pattern so as to form a plurality of rasters. A plurality of pixel circuits for accumulating charges generated in the light receiving element and outputting an output signal corresponding to the accumulated amount of the charges, and each pixel circuit for the image sensor When the received light amount of the light receiving element is smaller than a predetermined light amount, the output signal increases linearly as the received light amount increases, while the received light amount of the light receiving element is equal to or greater than the predetermined light amount. Between the first imaging mode in which the output signal is saturated and the second imaging mode in which the output signal is not saturated when the amount of received light of the light receiving element is equal to or greater than the predetermined amount of light. An imaging mode switching unit that switches in units of rasters, and the imaging element includes a first imaging mode raster based on the output signal imaged in the first imaging mode and the output imaged in the second imaging mode. A frame including the second imaging mode raster based on the signal is continuously output in time series, and one of the first imaging mode raster and the second imaging mode raster included in the frame is output. The imaging mode to be selected is determined based on the output signal included in the raster, and based on the determination result, the first imaging mode raster or the first imaging mode is determined from the frame and the frame imaged immediately before. The image processing apparatus further includes a control unit that selects the two imaging mode rasters and creates a frame obtained by combining the rasters. Here, the positions of the first imaging mode raster and the second imaging mode raster may be switched between the frames adjacent in time series.

この第10の発明の撮像装置によると、各フレームは第1撮像モードラスタと第2撮像モードラスタとの双方を含んでいるため、制御部は、各フレームに含まれる第1撮像モードラスタ又は第2撮像モードラスタに含まれる出力信号に基づいて、第1及び第2撮像モードのいずれが適切であるのかをフレーム毎に判定することができる。そうして、第1撮像モードが適切な撮像モードであると判定されたときには、現在のフレーム及びその直前に出力されたフレームから第1撮像モードラスタを抽出して、その抽出した第1撮像モードラスタにより第1撮像モードのフレームを合成する一方、第2撮像モードが適切な撮像モードであると判定されたときには、現在のフレーム及びその直前に出力されたフレームから第2撮像モードラスタを抽出して、その抽出した第2撮像モードラスタにより第2撮像モードのフレームを合成する。こうして、撮像装置は、第1撮像モードで撮像したフレームと、第2撮像モードで撮像したフレームと、を被写体の状況に応じて適切に切り替えて出力するので、撮像モード判定フレームを出力するようなことをしなくても白飛び等を回避した鮮明な画像を出力することができる。   According to the imaging device of the tenth aspect of the invention, since each frame includes both the first imaging mode raster and the second imaging mode raster, the control unit includes the first imaging mode raster or the first imaging mode raster included in each frame. Based on the output signal included in the two imaging mode raster, it can be determined for each frame which of the first and second imaging modes is appropriate. When it is determined that the first imaging mode is an appropriate imaging mode, the first imaging mode raster is extracted from the current frame and the frame output immediately before it, and the extracted first imaging mode is extracted. When the second imaging mode is determined to be an appropriate imaging mode while the first imaging mode frame is synthesized by the raster, the second imaging mode raster is extracted from the current frame and the frame output immediately before it. Then, the second imaging mode frame is synthesized by the extracted second imaging mode raster. In this way, the imaging apparatus appropriately switches and outputs the frame captured in the first imaging mode and the frame captured in the second imaging mode according to the state of the subject, so that the imaging mode determination frame is output. It is possible to output a clear image avoiding overexposure without having to do anything.

第11の発明では、第10の発明において、前記撮像モード切替部は、前記第1撮像モードラスタと第2撮像モードラスタとを、前記各フレームにおいて相互に隣接するよう交互に配置する。   In an eleventh aspect based on the tenth aspect, the imaging mode switching unit alternately arranges the first imaging mode raster and the second imaging mode raster so as to be adjacent to each other in each frame.

こうすることで、第1撮像モードラスタと第2撮像モードラスタとが均等にされた状態でフレームを構成するので、フレームの部分的な特定箇所の出力信号の状態ではなく、フレーム全体の出力信号の状態に基づいて、撮像モードの判定をすることができる。   In this way, the frame is configured with the first imaging mode raster and the second imaging mode raster being equalized, so that the output signal of the entire frame is not the state of the output signal at a specific part of the frame. The imaging mode can be determined based on the state.

第12の発明では、第11の発明において、前記撮像モード切替部は、時系列に隣接する前記フレーム間において、前記第1撮像モードラスタと第2撮像モードラスタの位置を入れ替える。   In a twelfth aspect based on the eleventh aspect, the imaging mode switching unit swaps the positions of the first imaging mode raster and the second imaging mode raster between the frames adjacent in time series.

撮像モード判定対象となるラスタ(第1撮像モードラスタ又は第2撮像モードラスタ)の位置が時間の経過に対して入れ替わるため、フレーム内の特定位置の状況に基づいて判定し続けることが回避され、被写体の状況変化に対応して、撮像モードの判定を適切に行い得る。   Since the position of the raster that is the imaging mode determination target (first imaging mode raster or second imaging mode raster) is changed with the passage of time, it is avoided to continue determination based on the situation of the specific position in the frame, The imaging mode can be appropriately determined in response to a change in the situation of the subject.

第13の発明では、第1ないし第12の何れかの発明において、前記撮像素子は、前記各画素回路に蓄積されている電荷の一部を、前記出力信号の出力前に排出させる蓄積電荷排出動作を実行可能な蓄積電荷排出回路をさらに有し、前記撮像モード切替部は、前記制御部によって指定された撮像モードに基づいて、前記蓄積電荷排出回路の蓄積電荷排出動作の実行及び非実行を切り替える。   According to a thirteenth aspect, in any one of the first to twelfth aspects, the image pickup device discharges a part of the charge accumulated in each pixel circuit before discharging the output signal. And a storage charge discharging circuit capable of executing an operation, wherein the imaging mode switching unit performs execution and non-execution of the storage charge discharging operation of the storage charge discharging circuit based on an imaging mode designated by the control unit. Switch.

この構成によると、蓄積電荷排出回路による蓄積電荷排出動作を非実行としたときには、各画素回路に対して電荷が線形的に蓄積されると共に、受光光量が大きいときには電荷の蓄積が飽和することになる。従って、蓄積電荷排出動作を非実行としたときには、受光素子の受光光量が所定の光量よりも小さい場合に出力信号が線形的に増加する一方、受光素子の受光光量が所定の光量以上の場合に出力信号が飽和する第1撮像モードでの動作を行い得る。   According to this configuration, when the stored charge discharging operation by the stored charge discharging circuit is not executed, the charge is linearly stored in each pixel circuit, and the charge storage is saturated when the amount of received light is large. Become. Therefore, when the accumulated charge discharging operation is not executed, the output signal increases linearly when the amount of light received by the light receiving element is smaller than the predetermined amount of light, while when the amount of received light of the light receiving element is equal to or greater than the predetermined amount of light. Operation in the first imaging mode in which the output signal is saturated can be performed.

一方、蓄積電荷排出回路の蓄積電荷排出動作を実行するときには、各画素回路に蓄積されている電荷の一部が排出されるため、各画素回路において蓄積電荷が飽和することが回避され、受光素子の受光光量が所定の光量以上の場合でも出力信号が飽和しなくなり、第2撮像モードでの動作を行い得る。   On the other hand, when the stored charge discharging operation of the stored charge discharging circuit is executed, a part of the charge stored in each pixel circuit is discharged, so that it is avoided that the stored charge is saturated in each pixel circuit. Even when the amount of received light is greater than or equal to the predetermined amount, the output signal does not saturate and the operation in the second imaging mode can be performed.

第14の発明では、第13の発明において、前記蓄積電荷排出回路は、蓄積電荷を排出する経路の途中に設けられると共に、トランジスタで構成された電荷排出ゲートを含み、前記電荷排出ゲートは、前記第2撮像モードにおいて、前記第1撮像モードよりも、前記受光素子の受光光量が小さい段階で電荷の排出を開始するよう制御される。   In a fourteenth aspect based on the thirteenth aspect, the accumulated charge discharging circuit is provided in the middle of a path for discharging accumulated charges, and includes a charge discharging gate configured by a transistor, In the second imaging mode, the discharge is controlled to start discharging when the amount of light received by the light receiving element is smaller than in the first imaging mode.

この構成によると、蓄積電荷排出回路は、画素回路に蓄積されている電荷を電荷排出ゲートを通じて排出する。このとき、電荷排出ゲートを制御することにより、第1撮像モードよりも受光光量が小さい段階から電荷の排出を開始させることによって、第1撮像モードで撮像すると出力信号が飽和するような受光光量においても、出力信号が飽和しないようにすることができる。これによって、第2撮像モードを実現することができる。   According to this configuration, the accumulated charge discharging circuit discharges the charges accumulated in the pixel circuit through the charge discharging gate. At this time, by controlling the charge discharge gate to start discharging charges from a stage where the received light amount is smaller than that in the first imaging mode, the received light amount is such that the output signal is saturated when the image is captured in the first imaging mode. However, it is possible to prevent the output signal from being saturated. Thereby, the second imaging mode can be realized.

以上説明したように、本発明の撮像装置では、ダイナミックレンジが相対的に狭い動作状態とダイナミックレンジが相対的に広い動作状態とを適切に切り替えて撮像することができ、それによって、それぞれの動作状態の利点を活かしつつ、それぞれの欠点を補うことができる。   As described above, in the imaging apparatus of the present invention, it is possible to appropriately switch between an operation state with a relatively narrow dynamic range and an operation state with a relatively wide dynamic range, and thereby each operation While taking advantage of the state, each defect can be compensated.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The following description of the preferred embodiment is merely exemplary in nature.

本発明の撮像装置1は、図1に示すように、入射した光を電気信号に変換して撮像データとして出力する撮像素子2と、該撮像素子2から出力された撮像データを一時的に格納するバッファメモリ3と、該バッファメモリ3から撮像データが転送されて、その撮像データに基づき画像データを構築する画像処理部4と、撮像素子2の撮像モードを、詳しくは後述するが、ダイナミックレンジが相対的に狭いNDR(Narrow Dynamic Range)モードとダイナミックレンジが相対的に広いWDR(Wide Dynamic Range)モードとに切り替える撮像モード切替部5と、バッファメモリ3に格納された撮像データに基づいて撮像モード切替部5に対して撮像モードを指定すると共に、撮像素子2の動作全体を制御する制御部6と、を備えている。   As shown in FIG. 1, the imaging apparatus 1 of the present invention temporarily stores the imaging element 2 that converts incident light into an electrical signal and outputs it as imaging data, and imaging data output from the imaging element 2. The buffer memory 3, the imaging data transferred from the buffer memory 3, and the image processing unit 4 for constructing the image data based on the imaging data, and the imaging mode of the imaging device 2 will be described in detail later. An imaging mode switching unit 5 that switches between a narrow dynamic range (NDR) mode and a wide dynamic range (WDR) mode with a relatively wide dynamic range, and imaging based on imaging data stored in the buffer memory 3 The imaging mode is designated to the mode switching unit 5 and the overall operation of the imaging device 2 is controlled. A control unit 6 which comprises a.

撮像素子2は、図1に示すように、主走査方向(図1における上下方向)及びそれに直交する副走査方向(図1における左右方向)のそれぞれの方向に並んで配置されることによって行列状に配設された複数の画素回路211と、該画素回路211に連設された蓄積電荷排出回路212と、を有するセンサエリア21と、該センサエリア21の、図1においては右側に配設された出力信号処理部22と、センサエリア21の、図1においては下側に配設された周辺回路23と、を備えている。   As shown in FIG. 1, the image pickup device 2 is arranged in a matrix by being arranged side by side in the main scanning direction (vertical direction in FIG. 1) and the sub-scanning direction (horizontal direction in FIG. 1) orthogonal thereto. A sensor area 21 having a plurality of pixel circuits 211 arranged in the pixel circuit 211 and an accumulated charge discharging circuit 212 connected to the pixel circuit 211, and the sensor area 21 arranged on the right side in FIG. The output signal processing unit 22 and the peripheral circuit 23 disposed below the sensor area 21 in FIG. 1 are provided.

画素回路211は、図1,図2に示すように(尚、図2は図1に対して90°時計回りに回転させた状態を示している)、等間隔(例えば7.8μm間隔)となるように主走査方向に、例えば640個、副走査方向に、例えば480個配置されており、これにより、画素回路211は、1つの撮像素子2内に、合計640×480個設けられている。これによって、この撮像素子2は、いわゆる1/3インチの撮像素子を構成すると共に、撮像装置1はVGA相当の解像度をもつ画像を出力することができる。   As shown in FIGS. 1 and 2 (where FIG. 2 shows a state in which the pixel circuit 211 is rotated 90 ° clockwise with respect to FIG. 1), the pixel circuits 211 are equally spaced (for example, at an interval of 7.8 μm). For example, 640 pixels are arranged in the main scanning direction and 480 pixels are arranged in the sub-scanning direction, so that a total of 640 × 480 pixel circuits 211 are provided in one image sensor 2. . As a result, the imaging device 2 constitutes a so-called 1/3 inch imaging device, and the imaging device 1 can output an image having a resolution equivalent to VGA.

各画素回路211は、図3に示すように、受光素子としてのフォトダイオード211aと、該フォトダイオード211aで生成されかつ第1ノードN1に蓄積された電荷を第2ノードN2に転送するための転送ゲート211bと、第2ノードN2に蓄積されている電荷をクリアし得るリセットスイッチ211cと、第2ノードN2の電位に対応する信号を増幅して出力するアンプ211dと、該アンプ211dと出力ノードNOとの間に配設されて、前記アンプ211dにより増幅した信号を所定のタイミングで画素回路211から出力する画素選択スイッチ211eと、を備えている。   As shown in FIG. 3, each pixel circuit 211 has a photodiode 211a as a light receiving element and a transfer for transferring the charge generated by the photodiode 211a and accumulated in the first node N1 to the second node N2. A gate 211b, a reset switch 211c that can clear charges accumulated in the second node N2, an amplifier 211d that amplifies and outputs a signal corresponding to the potential of the second node N2, an amplifier 211d and an output node NO And a pixel selection switch 211e that outputs a signal amplified by the amplifier 211d from the pixel circuit 211 at a predetermined timing.

フォトダイオード211aは、半導体のpn接合によって構成されており、いわゆる光起電力効果によって、入射光を受けて、その受光光量に応じた量の電荷を発生させる。このフォトダイオード211aのカソード側は第1ノードN1に接続されている一方、アノード側は接地電位VSSを供給する接地ノードN4に接続されて接地電位VSSにバイアスされている。従って、フォトダイオード211aで発生する電荷は負電荷となり、この負電荷が、フォトダイオード211aの電荷を蓄積できる容量としての第1ノードN1に蓄積される。   The photodiode 211a is composed of a semiconductor pn junction, and receives incident light by a so-called photovoltaic effect and generates an amount of electric charge corresponding to the amount of received light. The cathode side of the photodiode 211a is connected to the first node N1, while the anode side is connected to the ground node N4 that supplies the ground potential VSS and is biased to the ground potential VSS. Accordingly, the charge generated in the photodiode 211a becomes a negative charge, and this negative charge is stored in the first node N1 as a capacitor capable of storing the charge of the photodiode 211a.

転送ゲート211bは、第1ノードN1と第2ノードN2との間に介設されかつ、例えばトランジスタによって構成されるスイッチ素子であり、転送制御信号TGによってそのオン、オフが制御される。これによって転送ゲート211bは、第1ノードN1に蓄積されている電荷の、第1ノードN1から第2ノードN2への転送のタイミングを制御する機能を有している。   The transfer gate 211b is a switch element that is interposed between the first node N1 and the second node N2 and is configured by, for example, a transistor, and its on / off state is controlled by the transfer control signal TG. As a result, the transfer gate 211b has a function of controlling the transfer timing of the charge accumulated in the first node N1 from the first node N1 to the second node N2.

リセットスイッチ211cは、第2ノードN2と電源電位VDDを供給する電源電位ノードN3との間に介設されかつ、例えばトランジスタによって構成されるスイッチ素子であり、リセット制御信号RFによってそのオン、オフが制御される。これによって、リセットスイッチ211cは、所定のタイミングで(つまり、第1ノードN1から第2ノードN2に電荷を転送する前に)第2ノードN2の電荷を除去する機能を有している。尚、電源電位VDDは、第2ノードN2の電荷が負電荷であるので正電位とされている。   The reset switch 211c is a switch element that is interposed between the second node N2 and the power supply potential node N3 that supplies the power supply potential VDD, and is configured by, for example, a transistor. The reset switch 211c is turned on and off by a reset control signal RF. Be controlled. Accordingly, the reset switch 211c has a function of removing the charge at the second node N2 at a predetermined timing (that is, before transferring the charge from the first node N1 to the second node N2). The power supply potential VDD is set to a positive potential because the charge at the second node N2 is a negative charge.

アンプ211dは、前述したように、第2ノードN2の電荷に対応する信号を増幅して出力するものであり、その入力ノードが第2ノードN2と接続されると共に、その出力ノードが、画素選択スイッチ211eを介して出力ノードNOに接続されており、例えばソースフォロア回路によって構成される。   As described above, the amplifier 211d amplifies and outputs a signal corresponding to the electric charge of the second node N2, the input node is connected to the second node N2, and the output node is connected to the pixel selection. It is connected to the output node NO via the switch 211e, and is constituted by, for example, a source follower circuit.

画素選択スイッチ211eは、アンプ211dと出力ノードNOとの間に介設されかつ、例えばトランジスタによって構成されるスイッチ素子であり、画素選択制御信号PSによってそのオン、オフが制御される。これによって、画素選択スイッチ211eは、アンプ211dによって増幅された信号の、当該アンプ211dから出力ノードNOへの、ひいては出力信号処理部22への出力タイミングを制御する機能を有している。   The pixel selection switch 211e is a switch element that is interposed between the amplifier 211d and the output node NO and is configured by, for example, a transistor, and the ON / OFF of the pixel selection switch 211e is controlled by the pixel selection control signal PS. Thus, the pixel selection switch 211e has a function of controlling the output timing of the signal amplified by the amplifier 211d from the amplifier 211d to the output node NO, and hence to the output signal processing unit 22.

蓄積電荷排出回路212は、図1,図2に示すように、この実施形態においては、1つの画素回路211に対し1つ設けられている。   As shown in FIGS. 1 and 2, one accumulated charge discharging circuit 212 is provided for one pixel circuit 211 in this embodiment.

蓄積電荷排出回路212は、第1ノードN1に蓄積されている電荷を、必要に応じて排出させるための回路であり、図3に示すように、接地電位VSSを供給する接地ノードN4によって接地電位VSSにバイアスされたオーバーフロードレイン212bと、オーバーフロードレイン容量としての第5ノードN5と前記画素回路211の第1ノードN1との間に介設される電荷排出ゲート212aと、第5ノードN5と電源電位VDD2を供給する電源電位ノードN6との間に介設されるクリアスイッチ212cと、その入力ノードが第5ノードN5に接続されると共に、その出力ノードが電荷排出ゲート212aに接続される反転アンプ212dと、を備えている。   The accumulated charge discharging circuit 212 is a circuit for discharging the charges accumulated in the first node N1 as necessary, and as shown in FIG. 3, the ground potential is supplied by the ground node N4 that supplies the ground potential VSS. The overflow drain 212b biased to VSS, the charge drain gate 212a interposed between the fifth node N5 as the overflow drain capacitance and the first node N1 of the pixel circuit 211, the fifth node N5 and the power supply potential A clear switch 212c interposed between the power supply potential node N6 for supplying VDD2 and an inverting amplifier 212d whose input node is connected to the fifth node N5 and whose output node is connected to the charge discharge gate 212a. And.

ここで、電源電位VDD2は切り替え可能な電源電位であり、撮像モード切替部5によって電源電位VDD、又はこれより低い中間電位としての電源電位(但し、正電位)のいずれかに切り替えられる。   Here, the power supply potential VDD2 is a switchable power supply potential, and is switched by the imaging mode switching unit 5 to either the power supply potential VDD or a power supply potential (however, a positive potential) as an intermediate potential lower than the power supply potential VDD.

電荷排出ゲート212aは、第1ノードN1に蓄積されている電荷の、第1ノードN1から第5ノードN5への転送(つまり、排出)を制御する機能を有する。本実施形態では、この電荷排出ゲート212aは、等価的に可変抵抗として機能するトランジスタによって構成され、詳しくは後述するが、反転アンプ212dの出力電位Vgに基づいて制御されることによって、電荷排出ゲート212aによって構成されるポテンシャル障壁の高さが変化して電荷排出動作が変更制御されることになる。   The charge discharge gate 212a has a function of controlling transfer (that is, discharge) of charges accumulated in the first node N1 from the first node N1 to the fifth node N5. In the present embodiment, the charge discharging gate 212a is configured by a transistor equivalently functioning as a variable resistor. As will be described in detail later, the charge discharging gate 212a is controlled based on the output potential Vg of the inverting amplifier 212d. The height of the potential barrier constituted by 212a changes and the charge discharging operation is changed and controlled.

オーバーフロードレイン212bは、第1ノードN1から電荷排出ゲート212aを通って第5ノードN5に転送された電荷を蓄積する。   The overflow drain 212b accumulates the charge transferred from the first node N1 to the fifth node N5 through the charge discharge gate 212a.

クリアスイッチ212cは、トランジスタによって構成されるスイッチ素子であり、クリア制御信号ROによって、そのオン、オフが制御される。クリアスイッチ212cがオンのときには、電源電位ノードN6から供給される電源電位VDD2によって第5ノードN5の電荷を消滅させる一方、クリアスイッチ212cがオフのときには、第5ノードN5の電荷が消滅しないため、第1ノードN1から排出されてオーバーフロードレイン212bに電荷(電子)が蓄積されるに伴い、第5ノードN5の電位が低下することになる。尚、詳しくは後述するが、電源電位VDD2の電源電位の切り替え制御、及びこのクリアスイッチ212cの制御によって、撮像素子2(各画素回路211)の撮像モードを、NDRモードとWDRモードとの間で切り替えることができる。   The clear switch 212c is a switch element constituted by a transistor, and its on / off state is controlled by a clear control signal RO. When the clear switch 212c is on, the power supply potential VDD2 supplied from the power supply potential node N6 causes the charge of the fifth node N5 to disappear, whereas when the clear switch 212c is off, the charge of the fifth node N5 does not disappear. As electric charges (electrons) are discharged from the first node N1 and accumulated in the overflow drain 212b, the potential of the fifth node N5 decreases. Although described in detail later, the imaging mode of the imaging device 2 (each pixel circuit 211) is changed between the NDR mode and the WDR mode by the switching control of the power supply potential of the power supply potential VDD2 and the control of the clear switch 212c. Can be switched.

尚、撮像モード切替部5が出力するクリア制御信号ROは、撮像素子2における主走査方向(図3においては図の上下方向)に連なる各蓄積電荷排出回路212のクリアスイッチ212cに共通に入力されており、主走査方向に連なる各蓄積電荷排出回路212は、クリア制御信号ROをHiレベルに制御することで同時に電荷排出動作を実行する。撮像素子2は、このような構成単位を副走査方向(図3においては図の左右方向)に複数行有しており(図示せず)、副走査方向において各行の電荷排出動作は、撮像モード切替部5が出力するRO_1,RO_2・・・によって独立して制御される。   The clear control signal RO output from the imaging mode switching unit 5 is commonly input to the clear switch 212c of each accumulated charge discharging circuit 212 connected in the main scanning direction (the vertical direction in FIG. 3) in the imaging element 2. The accumulated charge discharging circuits 212 connected in the main scanning direction simultaneously execute the charge discharging operation by controlling the clear control signal RO to the Hi level. The image sensor 2 has a plurality of such structural units in the sub-scanning direction (left-right direction in the drawing in FIG. 3) (not shown), and the charge discharging operation in each row in the sub-scanning direction is performed in the imaging mode. It is independently controlled by RO_1, RO_2,.

即ち、本実施形態では、主走査方向に連なる各蓄積電荷排出回路212を一単位として、撮像モードをNDRモードとWDRモードとの間で切り替えることができ、後述の1フレーム中の副走査方向において、NDRモードで撮像する行とWDRモードで撮像する行とを混在させることができる(図11等を参照)。   That is, in the present embodiment, the image pickup mode can be switched between the NDR mode and the WDR mode with each accumulated charge discharging circuit 212 connected in the main scanning direction as one unit, and in the sub scanning direction in one frame described later. In addition, it is possible to mix a row imaged in the NDR mode and a row imaged in the WDR mode (see FIG. 11 and the like).

反転アンプ212dは、入力電位としての第5ノードN5の電位が高いときには出力電位Vgが低くなり、逆に第5ノードN5の電位が低いときには出力電位Vgが高くなるように構成されている。この出力電位Vgが電荷排出ゲート212aを構成するトランジスタのゲートに印加される。これによって、電荷排出ゲート212aの抵抗値(ポテンシャル障壁)は、第5ノードN5の電位に応じて変化することになる。   The inverting amplifier 212d is configured such that the output potential Vg is low when the potential of the fifth node N5 as the input potential is high, and conversely, the output potential Vg is high when the potential of the fifth node N5 is low. This output potential Vg is applied to the gate of the transistor constituting the charge discharge gate 212a. As a result, the resistance value (potential barrier) of the charge discharging gate 212a changes according to the potential of the fifth node N5.

ここで、センサエリア21の動作について説明する。センサエリア21に光が入射すると、フォトダイオード211aで電荷が発生し、その電荷が第1ノードN1に蓄積される。この第1ノードN1の電荷は、1フレーム期間中に設定される所定の電荷蓄積期間においてフォトダイオード211aに光が入射している間、蓄積され続ける。そうして、第1ノードN1における電荷の蓄積量が電荷排出ゲート212aが有する電位としてのポテンシャル障壁を越えると、第1ノードN1から第5ノードN5へ電荷が溢れる。   Here, the operation of the sensor area 21 will be described. When light enters the sensor area 21, a charge is generated in the photodiode 211a, and the charge is accumulated in the first node N1. The charges at the first node N1 are continuously accumulated while light is incident on the photodiode 211a in a predetermined charge accumulation period set during one frame period. Thus, when the accumulated amount of charge at the first node N1 exceeds the potential barrier as the potential of the charge discharge gate 212a, the charge overflows from the first node N1 to the fifth node N5.

ここで、電源電位VDD2は切り替え可能に構成された電源電位であって、本実施形態では、予め2系統の電源(その電位は、例えばVDDと、VDD×3/4)を用意しておき、撮像モード切替部5が出力する信号(図示せず)に基づき、これらの系統を切り替えることでVDD2の電位をいずれかに設定する。尚、この系統の切り替えは、ラスタ単位で可能とされている。   Here, the power supply potential VDD2 is a power supply potential configured to be switchable. In the present embodiment, two power sources (the potentials are, for example, VDD and VDD × 3/4) are prepared in advance. Based on a signal (not shown) output by the imaging mode switching unit 5, the potential of VDD2 is set to one by switching these systems. Note that this system switching is possible in units of rasters.

この電源電位VDD2の切り替えについては、系統をVDDと、VDD×αとしておき、後者を撮像モード切替部5に備えたDAコンバータで生成するようにしてもよい。   Regarding the switching of the power supply potential VDD2, the system may be set to VDD and VDD × α, and the latter may be generated by a DA converter provided in the imaging mode switching unit 5.

さて、電源電位VDD2の電位を電源電位VDDと同じ電位に切り替え設定し、かつクリアスイッチ212cがオンのときには、第5ノードN5の電位が電源電位VDDと略同じであるので、第1ノードN1から第5ノードN5に溢れた電荷は第5ノードN5に吸引され消滅する(つまり、VDDがクリア電位となる)。従って、第5ノードN5の電位は、電源電位VDDのままで変わらないので、反転アンプ212dの出力電位Vgは、低いままであり、電荷排出ゲート212aが有するポテンシャル障壁は、高いままで変化しない。そのため、クリアスイッチ212cがオンの状態では、第1ノードN1の蓄積電荷の量は、フォトダイオード211aの受光光量の増加に伴って線形的に増加し、所定の受光光量でフォトダイオード211aの電荷蓄積容量に達して飽和する。従って、画素回路211から出力される前記出力信号もフォトダイオード211aの受光光量の増加に伴って線形的に増加し、所定の受光光量で飽和するような特性となる(このようにして飽和に達した出力信号の電位を「飽和電位」とも呼称する)。この出力特性は、ダイナミックレンジが相対的に狭いという欠点を有するものの、飽和に至らないような所定の受光光量以下においては、線形的な出力特性が得られるという利点がある。このように、クリアスイッチ212cをオンにした状態では、撮像素子2の撮像モードが、第1撮像モードとしてのNDRモードになる。   When the potential of the power supply potential VDD2 is switched to the same potential as the power supply potential VDD and the clear switch 212c is on, the potential of the fifth node N5 is substantially the same as the power supply potential VDD. The electric charge overflowing to the fifth node N5 is attracted to the fifth node N5 and disappears (that is, VDD becomes a clear potential). Accordingly, since the potential of the fifth node N5 remains unchanged at the power supply potential VDD, the output potential Vg of the inverting amplifier 212d remains low, and the potential barrier of the charge discharge gate 212a remains high and does not change. Therefore, when the clear switch 212c is on, the amount of accumulated charge at the first node N1 increases linearly as the amount of light received by the photodiode 211a increases, and the amount of charge accumulated at the photodiode 211a at a predetermined amount of received light is obtained. It reaches capacity and saturates. Therefore, the output signal output from the pixel circuit 211 also increases linearly with the increase in the amount of light received by the photodiode 211a and becomes saturated at a predetermined amount of received light (in this way, reaches saturation). The potential of the output signal is also referred to as “saturation potential”). Although this output characteristic has a drawback that the dynamic range is relatively narrow, there is an advantage that a linear output characteristic can be obtained below a predetermined received light quantity that does not lead to saturation. Thus, in a state where the clear switch 212c is turned on, the imaging mode of the imaging device 2 is the NDR mode as the first imaging mode.

これに対し、クリアスイッチ212cをオフにしたときには、第1ノードN1から第5ノードN5に排出された電荷は、オーバーフロードレイン212bに蓄積されることになり、その排出量に応じて第5ノードN5の電位は次第に低くなる。このため、反転アンプ212dの出力電位Vgは次第に高くなり、それに伴い電荷排出ゲート212aのポテンシャル障壁は次第に低くなる。このことにより、第1ノードN1から第5ノードN5への電荷の排出が促進される。そうして電荷の排出が促進されることに伴い、第5ノードN5の電位がさらに低下し、電荷排出ゲート212aのポテンシャル障壁の高さもさらに低くなる。こうして、第1ノードN1から第5ノードN5への電荷の排出が加速度的に促進されることになる。   On the other hand, when the clear switch 212c is turned off, the electric charge discharged from the first node N1 to the fifth node N5 is accumulated in the overflow drain 212b, and according to the discharge amount, the fifth node N5 is stored. The potential of becomes gradually lower. For this reason, the output potential Vg of the inverting amplifier 212d gradually increases, and accordingly, the potential barrier of the charge discharge gate 212a gradually decreases. This facilitates discharge of charges from the first node N1 to the fifth node N5. As the charge discharge is promoted, the potential of the fifth node N5 is further lowered, and the potential barrier height of the charge discharge gate 212a is further lowered. Thus, the discharge of charges from the first node N1 to the fifth node N5 is accelerated at an accelerated rate.

尚、本実施形態においては、クリアスイッチ212cをオフする前の所定期間において、電源電位VDD2を電源電位VDDより低い電位(例えば、クリア電位はVDD×3/4)に切り替え、クリアスイッチ212cをオンすることで、オーバーフロードレイン212bに蓄積された排出電荷を一旦クリアする。こうすることで、第5ノードN5の電位は電源電位VDDより低い電位に設定され、前記所定期間において反転アンプ212dを経て出力される出力電位Vgは、少なくとも上述したNDRモードのときよりも高くなる。従って、電荷排出ゲート212aが形成するポテンシャル障壁の高さはNDRモードの場合よりも低くなる。その結果、飽和電位に達する前に第1ノードN1から第5ノードN5に電荷が溢れることとなる。つまり、機能的に表現すると、電荷排出ゲート212aはNDRモードのときよりも、受光光量が小さい段階で電荷の排出を開始するよう制御される、ということである。   In this embodiment, in a predetermined period before the clear switch 212c is turned off, the power supply potential VDD2 is switched to a potential lower than the power supply potential VDD (for example, the clear potential is VDD × 3/4), and the clear switch 212c is turned on. As a result, the discharge charges accumulated in the overflow drain 212b are once cleared. Thus, the potential of the fifth node N5 is set to a potential lower than the power supply potential VDD, and the output potential Vg output through the inverting amplifier 212d in the predetermined period becomes at least higher than that in the above-described NDR mode. . Therefore, the height of the potential barrier formed by the charge discharging gate 212a is lower than that in the NDR mode. As a result, the charge overflows from the first node N1 to the fifth node N5 before reaching the saturation potential. That is, in terms of function, the charge discharge gate 212a is controlled to start discharging charges when the amount of received light is smaller than in the NDR mode.

更に、本実施形態においては、電荷排出ゲート212aのゲート幅およびゲート長を電荷移動を制限するように(即ち、ゲート幅を狭く、又はかつゲート長を長くするように)調整することで、仮に電荷排出ゲート212aが開放(反転アンプ212dの出力Vgが大きくなり電荷を完全に排出し得る状態、つまりポテンシャル障壁の高さが最低となった状態)された場合であっても、予め定められた電荷排出期間において第1ノードN1に蓄積された電荷がオーバーフロードレイン212bに全て排出されない程度に、電荷排出量(あるいは電荷排出速度)を抑制するようにしている。つまり、本実施形態の撮像装置1においては、電荷排出動作を行なっても、それまでに第1ノードN1に蓄積された電荷は全て排出されず、その一部のみが排出されることとなる。   Furthermore, in the present embodiment, the gate width and gate length of the charge discharging gate 212a are adjusted so as to limit the charge transfer (that is, the gate width is narrowed or the gate length is lengthened). Even when the charge discharge gate 212a is opened (a state in which the output Vg of the inverting amplifier 212d is increased and the charge can be discharged completely, that is, a state where the height of the potential barrier is minimum), the charge discharge gate 212a is predetermined. The charge discharge amount (or charge discharge speed) is suppressed to such an extent that the charge accumulated in the first node N1 is not discharged to the overflow drain 212b during the charge discharge period. That is, in the imaging device 1 of the present embodiment, even if the charge discharging operation is performed, not all of the charges accumulated in the first node N1 so far are discharged, and only a part thereof is discharged.

尚、電荷移動を制限する方法としては、上述したゲート部分の物理的形状を調整する以外に、電荷排出ゲート212aを構成するトランジスタの不純物濃度を低く調整するようにしてもよい。   As a method for limiting the charge transfer, in addition to adjusting the physical shape of the gate portion described above, the impurity concentration of the transistor constituting the charge discharge gate 212a may be adjusted low.

以上説明してきたように、オーバーフロードレイン212bを一旦中間電位でクリアする制御、及び電荷排出を抑制する構成を導入したことで、本実施形態の撮像素子は、
i)受光光量が小さく、フォトダイオード211aで生成された電荷が電荷排出ゲート212aのポテンシャル障壁(上述のように、NDRモードよりも障壁の高さは低い)を越えて溢れない場合は、出力特性は線形特性を示し、
ii)受光光量が大きくなり、フォトダイオード211aで生成された電荷が電荷排出ゲート212aのポテンシャル障壁を越えて溢れた場合は、フォトダイオード211aで新たに生成される電荷の量に応じて電荷排出量が動的に(しかも自律的に)調整される、
という新規な作用をもたらす。
As described above, by introducing the control that once clears the overflow drain 212b at the intermediate potential and the configuration that suppresses the discharge of the electric charge, the imaging device of the present embodiment
i) When the amount of received light is small and the charge generated by the photodiode 211a does not overflow beyond the potential barrier of the charge discharge gate 212a (as described above, the barrier height is lower than that of the NDR mode), the output characteristics Indicates a linear characteristic,
ii) When the amount of received light increases and the charge generated by the photodiode 211a overflows beyond the potential barrier of the charge discharge gate 212a, the charge discharge amount depends on the amount of charge newly generated by the photodiode 211a. Is dynamically adjusted (and autonomously)
This brings about a new action.

従って、電荷蓄積期間中の少なくとも一部の期間において、クリアスイッチ212cをオフにすることによって、第1ノードN1の蓄積電荷の量は、フォトダイオード211aの受光光量の増加に伴って線形的に増加せずに、受光光量が増加しても飽和が抑制される。このとき、画素回路211から出力される出力信号は、フォトダイオード211aの受光光量の増加に伴って、その飽和に対応する上限値に漸近するような、対数特性に類似する特性を示すようになる。このように本実施形態の撮像素子は、受光光量が小さい場合の出力は線形特性を示すが、受光光量が大きくなるとその出力は対数特性を示し、これらの特性が所定の光量(フォトダイオード211aで生成された電荷が電荷排出ゲート212aのポテンシャル障壁を越えて溢れ始める光量)において繋がった、ハイブリッドな出力特性を備える。これによって、通常の対数特性を備える撮像素子と同様にワイドダイナミックレンジを確保できると共に、単に対数特性を備える撮像素子と比較して、線形特性部分が存在する分、高輝度領域の圧縮の程度が小さくなり、高輝度領域における階調性が確保されるという効果を奏する。   Accordingly, by turning off the clear switch 212c during at least a part of the charge accumulation period, the amount of charge accumulated at the first node N1 increases linearly with an increase in the amount of light received by the photodiode 211a. Without saturation, saturation is suppressed even if the amount of received light increases. At this time, the output signal output from the pixel circuit 211 exhibits a characteristic similar to the logarithmic characteristic that gradually approaches the upper limit value corresponding to the saturation as the amount of light received by the photodiode 211a increases. . As described above, in the image pickup device of the present embodiment, the output when the amount of received light is small exhibits a linear characteristic, but when the amount of received light increases, the output exhibits a logarithmic characteristic. It has a hybrid output characteristic in which the generated charges are connected at a light amount that starts to overflow beyond the potential barrier of the charge discharging gate 212a. As a result, a wide dynamic range can be secured in the same way as an image pickup device having a normal logarithmic characteristic, and the degree of compression in a high-luminance region can be reduced by the presence of a linear characteristic portion as compared to an image pickup device having a logarithmic characteristic. As a result, the gradation becomes smaller and the gradation in the high luminance region is ensured.

更に、上述のように、オーバーフロードレイン212bをクリアする電位を調整可能(VDD×α)とすれば、電荷排出ゲート212aのポテンシャル障壁の高さを任意に設定できるため、線形特性から対数特性に切り替えるポイント設定の自由度が高まり、あらゆる撮像条件に対応することが可能となる。   Further, as described above, if the potential for clearing the overflow drain 212b can be adjusted (VDD × α), the height of the potential barrier of the charge discharging gate 212a can be arbitrarily set, so the linear characteristic is switched to the logarithmic characteristic. The degree of freedom of point setting increases, and it becomes possible to cope with all imaging conditions.

このように、クリアスイッチ212cをオフにする期間を設けることによって、撮像素子2の撮像モードが第2撮像モードとしてのWDRモードになる。   Thus, by providing a period during which the clear switch 212c is turned off, the imaging mode of the imaging device 2 becomes the WDR mode as the second imaging mode.

しかしながら、この出力特性は、ダイナミックレンジが相対的に広いという利点を有するものの、飽和に至らないような所定の受光光量以下においては出力を圧縮している点において変わりなく、コントラストの低下や階調の低下を招くという課題が残存する。   However, although this output characteristic has the advantage of a relatively wide dynamic range, it does not change in that the output is compressed below a predetermined received light quantity that does not lead to saturation. The problem of incurring a decrease in the temperature remains.

そうして所定の電荷蓄積期間が経過した後に、転送制御信号TGによって転送ゲート211bをオンにし、第1ノードN1の蓄積電荷を第2ノードN2に転送する。第2ノードN2に転送された電荷に対応する信号は、所定のタイミングでアンプ211dによって増幅されて出力ノードNOから出力信号として出力される。   After a predetermined charge accumulation period elapses, the transfer control signal TG turns on the transfer gate 211b to transfer the accumulated charge at the first node N1 to the second node N2. The signal corresponding to the charge transferred to the second node N2 is amplified by the amplifier 211d at a predetermined timing and output as an output signal from the output node NO.

続いて、撮像素子2のセンサエリア21以外の構成要素について説明する。   Next, components other than the sensor area 21 of the image sensor 2 will be described.

出力信号処理部22は、図示省略のCDSと、ADコンバータと、を備えている。   The output signal processing unit 22 includes a CDS (not shown) and an AD converter.

CDSとADコンバータは、各画素回路211に対応して主走査方向にそれぞれ640個設けられている。   640 CDSs and AD converters are provided in the main scanning direction corresponding to each pixel circuit 211.

CDSは、出力ノードNOから出力された出力信号に含まれるノイズをいわゆる相関二重サンプルにより除去する。   The CDS removes noise included in the output signal output from the output node NO by so-called correlated double samples.

ADコンバータは、出力ノードNOから出力された出力信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する。   The AD converter converts the output signal output from the output node NO from an analog signal to a digital signal.

周辺回路23は、画素回路211が撮像するときの同期をとるタイミング信号を出力する。このタイミング信号には、前記の転送制御信号TG、リセット制御信号RF及び画素選択制御信号PSも含まれている。   The peripheral circuit 23 outputs a timing signal for synchronization when the pixel circuit 211 captures an image. This timing signal also includes the transfer control signal TG, the reset control signal RF, and the pixel selection control signal PS.

ここで、撮像素子2の動作について説明する。まず、周辺回路23から主走査方向(図3においては図面の上下方向)に延びる画素行(以下、ラスタともいう)ごとにタイミング信号が出力される。周辺回路23から出力されたタイミング信号は、図示省略の制御信号線を通って各画素回路211及び各蓄積電荷排出回路212に出力される。次に、タイミング信号に基づいて各画素回路211で撮像が行われる。このとき、前述したように各画素回路211から出力信号が出力される。撮像は、主走査方向に連なる複数の画素回路211等で構成されるラスタ単位で副走査方向にずらしながら480列走査され、これによって1フレーム分の640×480画素の出力信号を得ることができる。この出力信号は、読出信号線を通って出力信号処理部22に出力され、この出力信号処理部22でノイズ除去とデジタル信号化が行われる。そうして、このデジタル信号化された出力信号(以下、撮像データともいう)が撮像データパスを介してバッファメモリ3に転送される。尚、出力信号処理部22は、全てのラスタ(480本)について共有されており、本実施形態の撮像素子2には640個の出力信号処理部22が搭載されている。   Here, the operation of the image sensor 2 will be described. First, a timing signal is output from the peripheral circuit 23 for each pixel row (hereinafter also referred to as a raster) extending in the main scanning direction (the vertical direction in FIG. 3). The timing signal output from the peripheral circuit 23 is output to each pixel circuit 211 and each accumulated charge discharging circuit 212 through a control signal line (not shown). Next, imaging is performed in each pixel circuit 211 based on the timing signal. At this time, an output signal is output from each pixel circuit 211 as described above. The image is scanned in 480 columns while being shifted in the sub-scanning direction in units of rasters composed of a plurality of pixel circuits 211 and the like that are continuous in the main scanning direction, whereby an output signal of 640 × 480 pixels for one frame can be obtained. . This output signal is output to the output signal processing unit 22 through the readout signal line, and the output signal processing unit 22 performs noise removal and digitization. Then, this digital output signal (hereinafter also referred to as imaging data) is transferred to the buffer memory 3 through the imaging data path. The output signal processing unit 22 is shared by all the rasters (480), and 640 output signal processing units 22 are mounted on the image sensor 2 of the present embodiment.

尚、本実施形態では、各画素回路211に1つの蓄積電荷排出回路212を設けているが、図14のように、主走査方向及び副走査方向に隣接する4つの画素回路211によって1つの画素グループを構成し、その画素グループで1つの蓄積電荷排出回路212を共有してもよい。ここで、第1ノードN1に電荷を蓄積する電荷蓄積期間は、いわゆる電子シャッタを切るタイミングによって決定されるが、この電子シャッタを切る方法としていわゆるローリングシャッタ動作を用いると、ラスタ単位でシャッタを切るので、副走査方向に隣接するラスタの画素回路211間で、同じ蓄積電荷排出回路212に電荷を排出するタイミングが重畳し、そのことが画素回路211からの電荷排出動作に悪影響を及ぼす虞がある。これを回避するには、蓄積電荷排出回路212が跨る2つのラスタ単位でシャッタを切るローリングシャッタ動作を行うことが好ましい。また、4つの画素回路211から排出される電荷が1つのオーバーフロードレイン212bに蓄積されるため、オーバーフロードレイン212bの電荷を蓄積できる容量を超える虞がある。この場合には、電荷がオーバーフロードレイン212bから周囲のフォトダイオード211aに溢れ出て、撮像装置1から出力される画像の画質が劣化する。この点について、図2のように、各画素回路211に対して1つの蓄積電荷排出回路212を設けた構成は、1つの画素回路211に対して十分なオーバーフロードレイン容量を確保することができる点で有利である。また、図2のように、蓄積電荷排出回路212を複数の画素回路211で共有せずに各画素回路211に対して1つの蓄積電荷排出回路212を設けることは、蓄積電荷排出回路212に排出される電荷が周囲の画素回路211に影響を及ぼさないので、1ラスタ単位でローリングシャッタ動作を行うことができる点でも有利になる。   In this embodiment, each pixel circuit 211 is provided with one accumulated charge discharging circuit 212. However, as shown in FIG. 14, one pixel is formed by four pixel circuits 211 adjacent in the main scanning direction and the sub-scanning direction. A group may be configured, and one accumulated charge discharging circuit 212 may be shared by the pixel group. Here, the charge accumulation period for accumulating charges in the first node N1 is determined by the timing at which the so-called electronic shutter is released. If a so-called rolling shutter operation is used as a method for releasing this electronic shutter, the shutter is released in units of rasters. Therefore, the timing of discharging charges is superimposed on the same accumulated charge discharging circuit 212 between the raster pixel circuits 211 adjacent in the sub-scanning direction, which may adversely affect the charge discharging operation from the pixel circuit 211. . In order to avoid this, it is preferable to perform a rolling shutter operation in which the shutter is released in units of two rasters that the accumulated charge discharging circuit 212 straddles. Further, since the charges discharged from the four pixel circuits 211 are accumulated in one overflow drain 212b, there is a possibility that the capacity that can accumulate the charges in the overflow drain 212b may be exceeded. In this case, the charge overflows from the overflow drain 212b to the surrounding photodiode 211a, and the image quality of the image output from the imaging device 1 deteriorates. In this regard, as shown in FIG. 2, the configuration in which one accumulated charge discharging circuit 212 is provided for each pixel circuit 211 can secure a sufficient overflow drain capacity for one pixel circuit 211. Is advantageous. In addition, as shown in FIG. 2, providing the one accumulated charge discharging circuit 212 for each pixel circuit 211 without sharing the accumulated charge discharging circuit 212 with the plurality of pixel circuits 211 causes the accumulated charge discharging circuit 212 to discharge. Since the generated charge does not affect the surrounding pixel circuit 211, it is advantageous in that a rolling shutter operation can be performed in units of one raster.

また、図15のように、画素回路211に対して蓄積電荷排出回路212を千鳥に配設し、4つの画素回路211で実質2つの蓄積電荷排出回路212を割り当ててもよい。こうすることで、図14の構成をとるよりも、1つの画素回路211に対するオーバーフロードレイン容量を大きくすることができる。しかしながら、ローリングシャッタ動作を用いる場合には、ラスタ単位でシャッタを切るので、隣接するラスタの画素回路211から同じ蓄積電荷排出回路212に電荷が排出されるタイミングがずれることによる影響が副走査方向に隣接する画素回路211だけでなく、全画素回路211に拡がる虞がある。このため、撮像素子2に搭載された全ての画素回路211について同一のタイミングで電子シャッタ動作を行なう、いわゆるグローバルシャッタ動作を用いるほうが好ましい。   Further, as shown in FIG. 15, the accumulated charge discharging circuits 212 may be arranged in a staggered manner with respect to the pixel circuit 211, and substantially two accumulated charge discharging circuits 212 may be assigned by the four pixel circuits 211. By doing so, it is possible to increase the overflow drain capacity for one pixel circuit 211 compared to the configuration of FIG. However, when the rolling shutter operation is used, since the shutter is released in units of rasters, the effect of shifting the timing at which charges are discharged from the pixel circuit 211 of the adjacent raster to the same accumulated charge discharging circuit 212 is affected in the sub-scanning direction. There is a risk of spreading not only to adjacent pixel circuits 211 but also to all pixel circuits 211. For this reason, it is preferable to use a so-called global shutter operation in which the electronic shutter operation is performed at the same timing for all the pixel circuits 211 mounted on the image sensor 2.

さらに、図16ように、4つの画素回路211で実質4つの蓄積電荷排出回路212を割り当ててもよい。こうすることで、1つの画素回路211に対するオーバーフロードレイン容量をさらに大きくすることができる。しかしながら、前記と同様に、隣接するラスタの画素回路211から同じ蓄積電荷排出回路212に電荷が排出されるタイミングがずれることによる影響が全画素回路211に拡がるため、グローバルシャッタ動作を用いるほうが好ましい。   Further, as shown in FIG. 16, substantially four accumulated charge discharging circuits 212 may be assigned by four pixel circuits 211. In this way, the overflow drain capacity for one pixel circuit 211 can be further increased. However, the global shutter operation is preferably used because the influence of the timing at which charges are discharged from the pixel circuit 211 of the adjacent raster to the same accumulated charge discharging circuit 212 is spread to all the pixel circuits 211 as described above.

尚、図14ないし図16のように、1つの蓄積電荷排出回路212を複数の画素回路211によって共有する場合には、図4に示すように、各画素回路211と蓄積電荷排出回路212との間に電荷排出ゲート212aを設ければよい。   14 to 16, when one accumulated charge discharging circuit 212 is shared by a plurality of pixel circuits 211, each pixel circuit 211 and the accumulated charge discharging circuit 212 are connected as shown in FIG. A charge discharging gate 212a may be provided between them.

また、図14ないし図16のような構成においても、上述したように電荷排出ゲート212aにおける電荷排出能力を抑制するように構成することが好ましい。   14 to 16, it is preferable that the charge discharging capability of the charge discharging gate 212a is suppressed as described above.

次に、撮像装置1の撮像素子2以外の構成要素について説明する。バッファメモリ3は、前述したように、撮像素子2から出力された撮像データを一時的に格納する記憶装置であり、本実施形態では2フレーム分の記憶容量を有するデュアルポートメモリである。   Next, components other than the imaging device 2 of the imaging device 1 will be described. As described above, the buffer memory 3 is a storage device that temporarily stores the imaging data output from the imaging device 2, and is a dual port memory having a storage capacity of two frames in this embodiment.

画像処理部4は、バッファメモリ3から転送される撮像データを画像処理することにより画像データに変換する機能を有する。この画像処理部4で行われる画像処理には、例えば図5に示すように、光が撮像素子2に入射する前に、画素回路211に対応するように、緑のフィルタを千鳥に配置すると共に、その緑のフィルタの間に赤及び青のフィルタを交互に配置した、いわゆるベイヤ配列のカラーフィルタに通しておいて、それによって得られる赤、緑、青の色情報を有する撮像データに対して、対象とする撮像データの実際の色を周囲の撮像データの色から推測する、いわゆる補間処理がある。この画像処理部4は、前記のような画像処理を行うために、撮像データ(いわゆるRAWデータ)を格納するための記憶装置を有している。尚、この記憶装置をバッファメモリ3として用いてもよい。   The image processing unit 4 has a function of converting imaging data transferred from the buffer memory 3 into image data by performing image processing. In the image processing performed by the image processing unit 4, for example, as illustrated in FIG. 5, before the light enters the image sensor 2, green filters are arranged in a staggered manner so as to correspond to the pixel circuit 211. The image data having red, green, and blue color information obtained by passing through a so-called Bayer color filter in which red and blue filters are alternately arranged between the green filters is obtained. There is a so-called interpolation process in which the actual color of target imaging data is estimated from the color of surrounding imaging data. The image processing unit 4 has a storage device for storing imaging data (so-called RAW data) in order to perform image processing as described above. Note that this storage device may be used as the buffer memory 3.

撮像モード切替部5は、制御部6からの制御信号に基づいて、クリアスイッチ212cをオン、オフするためのクリア制御信号ROを撮像素子2に送り、それによって各撮像素子2の撮像モードをNDRモード又はWDRモードにする機能を有する。但し、上述したように、撮像モードの切替は、主走査方向に連なる各電荷排出回路212を一単位として列単位に行なわれる。   The imaging mode switching unit 5 sends a clear control signal RO for turning on and off the clear switch 212c to the imaging device 2 based on a control signal from the control unit 6, thereby changing the imaging mode of each imaging device 2 to NDR. It has a function to set the mode or WDR mode. However, as described above, switching of the imaging mode is performed in units of columns with each charge discharging circuit 212 connected in the main scanning direction as one unit.

制御部6は、図示は省略するがCPUと、いわゆるワイヤードロジックで構成される演算部と、を備えて構成され、出力信号処理部22と周辺回路23とを制御することによって、撮像素子2の動作全体を制御する。制御部6はまた、本実施形態に係る撮像装置1において特徴的な点として、各画素回路211について適切な撮像モードを判断し、撮像モード切替部5に対して判断した撮像モードにするように命令する機能を有する。尚、図例では、制御部6とは別に、撮像モード切替部5の機能ブロックを設けているが、この制御部6の中に撮像モード切替部5の機能を含めてもよい。   Although not shown, the control unit 6 includes a CPU and a calculation unit configured by so-called wired logic. The control unit 6 controls the output signal processing unit 22 and the peripheral circuit 23 to control the imaging device 2. Control the whole operation. Further, as a characteristic point in the imaging apparatus 1 according to the present embodiment, the control unit 6 determines an appropriate imaging mode for each pixel circuit 211 and sets the imaging mode determined for the imaging mode switching unit 5. Has the function of commanding. In the illustrated example, the function block of the imaging mode switching unit 5 is provided separately from the control unit 6, but the function of the imaging mode switching unit 5 may be included in the control unit 6.

次に、制御部6が実行する撮像モードの判断処理について、図7に示すフローチャートを参照しながら説明する。   Next, imaging mode determination processing executed by the control unit 6 will be described with reference to the flowchart shown in FIG.

前述したように、撮像素子2から出力される撮像データは、640(画素)×480(ラスタ)のフレームを構成する。そうして、撮像装置1は、1秒間に30フレームを出力することによって動画を提供する。制御部6は、適切な撮像モードの判断を、撮像モード判定フレームに基づいて行う。そのために制御部6は、図6に示すように、所定枚数のフレームを出力する毎に撮像モード判定フレームを挿入することを命令する。本実施形態では、撮像装置1が30フレーム/秒に設定されているのに対し、0.5秒毎に適切な撮像モードの判断を行うべく、制御部6は、14枚のフレームを出力する毎に撮像モード判定フレームを挿入することを命令する。撮像モード判定フレームは、各画素回路211が第1撮像モードで撮像を行ったときの撮像データによって構成され、制御部6は、基本的には、その撮像モード判定フレーム内に飽和状態の撮像データが含まれているか否かに基づいて、適切な撮像モードを判断する。   As described above, the imaging data output from the imaging device 2 constitutes a frame of 640 (pixels) × 480 (raster). Thus, the imaging device 1 provides a moving image by outputting 30 frames per second. The control unit 6 determines an appropriate imaging mode based on the imaging mode determination frame. Therefore, as shown in FIG. 6, the control unit 6 instructs to insert an imaging mode determination frame every time a predetermined number of frames are output. In the present embodiment, while the imaging apparatus 1 is set to 30 frames / second, the control unit 6 outputs 14 frames in order to determine an appropriate imaging mode every 0.5 seconds. It is instructed to insert an imaging mode determination frame every time. The imaging mode determination frame is configured by imaging data when each pixel circuit 211 performs imaging in the first imaging mode, and the control unit 6 basically includes imaging data in a saturated state within the imaging mode determination frame. An appropriate imaging mode is determined on the basis of whether or not is included.

先ず、図7に示すフローチャートにおける各変数を定義すると、FCは撮像したフレーム数をカウントするフレームカウンタ、INSERTは撮像モード判定フレームの挿入の有無を示す挿入フラグ、INSERT_Rは撮像モード判定フレームを挿入するタイミングを制御する制御定数であり、ここでは15に設定している。また、PMは撮像モードを示すパラメータ、TEMPはパラメータPMを退避する退避変数である。   First, when each variable in the flowchart shown in FIG. 7 is defined, FC is a frame counter for counting the number of captured frames, INSERT is an insertion flag indicating whether or not an imaging mode determination frame is inserted, and INSERT_R is an imaging mode determination frame. This is a control constant for controlling the timing, and is set to 15 here. PM is a parameter indicating the imaging mode, and TEMP is a save variable for saving the parameter PM.

同フローチャートにおいて先ず、ステップS1では、以下のステップで使用する変数の初期化を行う。具体的には、フレームカウンタFCに0を、挿入フラグINSERTに0を、パラメータPMにNDRモードをそれぞれ入力する。   In the flowchart, first, in step S1, variables used in the following steps are initialized. Specifically, 0 is input to the frame counter FC, 0 is input to the insertion flag INSERT, and the NDR mode is input to the parameter PM.

続くステップS2では、ユーザーから撮像の指示がされているか否かを判定する。ユーザーから撮像の指示がされている場合には、ステップS3に移行する一方、ユーザーから撮像の指示がされていない場合には、処理を終了する。尚、撮像装置1がランタイムモニタ等のオペレーティングシステムを搭載している場合には、所定のブレーク期間を経て、ステップS1又はステップS2に戻るループを構成してもよい。   In the subsequent step S2, it is determined whether or not an instruction for imaging has been given by the user. If the user has instructed imaging, the process proceeds to step S3. On the other hand, if the user has not instructed imaging, the process ends. When the imaging apparatus 1 is equipped with an operating system such as a runtime monitor, a loop that returns to step S1 or step S2 after a predetermined break period may be configured.

前記ステップS3では、撮像モード判定フレームの挿入を行うか否かを判定する。具体的には、挿入フラグINSERTが0の場合にはステップS4に移行して撮像モード判定フレームの挿入を行う一方、挿入フラグINSERTが0でない場合にはステップS12に移行して撮像モード判定フレームの挿入を行わない。   In step S3, it is determined whether or not an imaging mode determination frame is to be inserted. Specifically, when the insertion flag INSERT is 0, the process proceeds to step S4 to insert an imaging mode determination frame, whereas when the insertion flag INSERT is not 0, the process proceeds to step S12 and the imaging mode determination frame is inserted. Do not insert.

まず、撮像モード判定フレームの挿入を行う(つまり、挿入フラグINSERTが0の場合)として説明を続けると、前記ステップS4では、パラメータPMを退避変数TEMPに退避する。   First, when the description is continued assuming that an imaging mode determination frame is inserted (that is, when the insertion flag INSERT is 0), in step S4, the parameter PM is saved in the save variable TEMP.

続くステップS5では、撮像モード切替部5に対して撮像モードをNDRモードにするように命令し、撮像を行う。このため、これまでNDRモードで撮像を行っていた場合は、そのままNDRモードで撮像を行うことになるのに対し、これまでWDRモードで撮像を行っていた場合は、NDRモードに切り替わることになる。これによって得られるNDRモードのフレームが撮像モード判定フレームとなる。   In subsequent step S5, the imaging mode switching unit 5 is instructed to set the imaging mode to the NDR mode, and imaging is performed. For this reason, when the image is captured in the NDR mode until now, the image is captured as it is in the NDR mode, whereas when the image is captured in the WDR mode so far, the mode is switched to the NDR mode. . An NDR mode frame obtained as a result is an imaging mode determination frame.

続くステップS6では、前記ステップS5で得られた撮像モード判定フレームをバッファメモリ3に格納する。   In subsequent step S6, the imaging mode determination frame obtained in step S5 is stored in the buffer memory 3.

続くステップS7では、バッファメモリ3に格納した撮像モード判定フレームの中に飽和状態の撮像データが含まれているか否かを判定(以下、飽和判定ともいう)する。このとき、撮像データが飽和状態にあるとは、例えば撮像データが8ビットで出力されているのであれば、その上限値である255のときであるとしてもよい。また、所定の値(例えば、250)を超えたときには、撮像データが飽和状態にあると判断してもよい。こうすることで、アンプ211dや出力信号処理部22のADコンバータで、出力信号に生じ得る誤差の影響を回避することができる。尚、撮像データが飽和状態にあるとは、換言すれば、その撮像データを画像として出力したときに白飛びするということである。   In subsequent step S7, it is determined whether or not the imaging mode determination frame stored in the buffer memory 3 includes imaging data in a saturated state (hereinafter also referred to as saturation determination). At this time, the fact that the imaging data is in a saturated state may be, for example, the upper limit value of 255 if the imaging data is output in 8 bits. Further, when a predetermined value (for example, 250) is exceeded, it may be determined that the imaging data is in a saturated state. By doing so, it is possible to avoid the influence of an error that may occur in the output signal in the amplifier 211d and the AD converter of the output signal processing unit 22. Note that the imaging data is in a saturated state, in other words, when the imaging data is output as an image, whiteout occurs.

飽和判定は、撮像モード判定フレームに含まれる全ての撮像データを対象として行ってもよいが、一部の撮像データに対してのみ行ってもよい。例えば、前述したベイヤ配列のカラーフィルタによって得られる赤、緑、青の色情報を有する撮像データのうち、緑の色情報をもつ撮像データのみを対象として判定を行ってもよい。緑の色情報は、人の視覚特性において輝度との相関が最も高くかつ、1フレーム内に千鳥に配置されるため判定対象の撮像データの数が半減し、判定に要する処理時間や処理リソースの点で有利になる。また、厳密性を求める場合には、撮像データの赤、緑、青の色情報から輝度成分(Y成分)を計算(YC分離)し、その輝度成分に基づいて飽和判定を行ってもよい。また、飽和判定は、撮像モード判定フレームから最も大きい値を有する撮像データを抽出し、その撮像データが所定の値を超えているか否かによって判定してもよい。さらに、飽和状態の撮像データが所定数以上存在しているときに、撮像モード判定フレームに飽和状態の撮像データが含まれていると判定してもよい。   The saturation determination may be performed on all the imaging data included in the imaging mode determination frame, but may be performed on only a part of the imaging data. For example, determination may be made only for imaging data having green color information among imaging data having red, green, and blue color information obtained by the Bayer array color filter described above. Green color information has the highest correlation with luminance in human visual characteristics, and is arranged in a staggered manner within one frame, so the number of image data to be determined is halved, and the processing time and processing resources required for determination are reduced. This is advantageous in terms. Further, when calculating the strictness, the luminance component (Y component) may be calculated (YC separation) from the red, green, and blue color information of the imaging data, and the saturation determination may be performed based on the luminance component. Further, the saturation determination may be performed by extracting imaging data having the largest value from the imaging mode determination frame and determining whether or not the imaging data exceeds a predetermined value. Furthermore, when there is a predetermined number or more of saturated imaging data, it may be determined that the imaging mode determination frame includes saturated imaging data.

そうして、撮像モード判定フレームに飽和状態の撮像データが含まれていると判断されるときは、ステップS8に移行する一方、撮像モード判定フレームに飽和状態の撮像データが含まれていないと判断されるときは、ステップS9に移行する。   If it is determined that the imaging mode determination frame includes saturated imaging data, the process proceeds to step S8, while the imaging mode determination frame does not include saturation imaging data. If so, the process proceeds to step S9.

前記ステップS8では、撮像モード判定フレームに飽和状態の撮像データが含まれているため、より詳細には、撮像素子2の受光光量が大きく、NDRモードで撮像すると飽和状態になる撮像データが出力されるため、パラメータPMにWDRモードを入力する。そうして、ステップS10に移行する。   In Step S8, since the imaging mode determination frame includes the imaging data in the saturated state, more specifically, the imaging data that has a large amount of light received by the imaging device 2 and is saturated when imaging in the NDR mode is output. Therefore, the WDR mode is input to the parameter PM. Then, the process proceeds to step S10.

前記ステップS9では、撮像モード判定フレームに飽和状態の撮像データが含まれてないため、より詳細には、撮像素子2の受光光量が小さく、NDRモードで撮像しても飽和状態の撮像データが出力されないため、パラメータPMにNDRモードを入力する。そうして、ステップS14に移行する。   In step S9, since the imaging mode determination frame does not include saturated imaging data, more specifically, the amount of light received by the imaging device 2 is small, and saturated imaging data is output even when imaging is performed in the NDR mode. Therefore, the NDR mode is input to the parameter PM. Then, the process proceeds to step S14.

前記ステップS10では、前記ステップS4で退避変数TEMPに退避しておいたパラメータPMがWDRモードであるか否かを判定する。そうして、退避変数TEMPがWDRモードのときは、ステップS11に移行する一方、退避変数TEMPがWDRモードでないときは、ステップS14に移行する。   In step S10, it is determined whether or not the parameter PM saved in the save variable TEMP in step S4 is in the WDR mode. Thus, when the save variable TEMP is in the WDR mode, the process proceeds to step S11. On the other hand, when the save variable TEMP is not in the WDR mode, the process proceeds to step S14.

前記ステップS11では、バッファメモリ3から前記ステップS6で格納した撮像モード判定フレームの1つ前に格納したフレームを取り出して画像処理部4に出力する。そうして、ステップS15に移行する。一方、前記ステップS14では、直近にバッファメモリ3に格納されたフレームを画像処理部4に出力する。つまり、前記ステップS6でバッファメモリ3に格納した撮像モード判定フレームを画像処理部4に出力する。そうして、ステップS15に移行する。   In step S 11, the frame stored immediately before the imaging mode determination frame stored in step S 6 is extracted from the buffer memory 3 and output to the image processing unit 4. Then, the process proceeds to step S15. On the other hand, in step S14, the most recently stored frame in the buffer memory 3 is output to the image processing unit 4. That is, the imaging mode determination frame stored in the buffer memory 3 in step S6 is output to the image processing unit 4. Then, the process proceeds to step S15.

ここで、ステップS11における撮像モード判定フレームの1つ前にバッファメモリ3に格納したフレームとは、退避変数TEMPが示すWDRモードで撮像したフレームのことである。つまり、撮像モード判定フレームが挿入される前に画像処理部4に出力されたフレームを2回続けて画像処理部4に出力することになる。すなわち、図8の(a)に示すように、撮像モード判定フレームを挿入する前に画像処理部4に出力されたフレームの撮像モードがWDRモードで、撮像モード判定フレームを挿入した後に画像処理部4に出力するフレームの撮像モードもWDRモードのときには、この状態のままフレームを画像処理部4に出力すると、連続して出力されるWDRモードのフレームの間に飽和状態の撮像データを含むNDRモードのフレームが画像処理部4に出力される。この撮像モードが一瞬切り替わる状態を動画として出力すると、動画を見ている人は一瞬白飛びした画像を見ることになり、違和感を感じてしまう。このことを防止するため、NDRモードの撮像モード判定フレームを画像処理部4に出力する代わりに、撮像モード判定フレームを挿入する前に画像処理部4に出力したWDRモードのフレームを2回続けて出力している。   Here, the frame stored in the buffer memory 3 immediately before the imaging mode determination frame in step S11 is a frame captured in the WDR mode indicated by the save variable TEMP. That is, the frame output to the image processing unit 4 before the imaging mode determination frame is inserted is output twice to the image processing unit 4. That is, as shown in FIG. 8A, the imaging mode of the frame output to the image processing unit 4 before inserting the imaging mode determination frame is the WDR mode, and the image processing unit after inserting the imaging mode determination frame When the imaging mode of the frame output to 4 is also in the WDR mode, if the frame is output to the image processing unit 4 in this state, the NDR mode including the imaging data in the saturated state between the frames of the WDR mode that are continuously output Are output to the image processing unit 4. If a state in which the imaging mode is switched for a moment is output as a moving image, a person watching the moving image will see a white-out image for a moment and feel uncomfortable. In order to prevent this, instead of outputting the NDR mode imaging mode determination frame to the image processing unit 4, the WDR mode frame output to the image processing unit 4 before inserting the imaging mode determination frame is continued twice. Output.

これに対し、図8の(b)に示す、撮像モード判定フレームを挿入する前に画像処理部4に出力されたフレームの撮像モードがNDRモードで、撮像モード判定フレームを挿入した後に画像処理部4に出力するフレームの撮像モードもNDRモードのときや、図8の(c)に示す、撮像モード判定フレームを挿入する前に画像処理部4に出力されたフレームの撮像モードがNDRモードで、撮像モード判定フレームを挿入した後に画像処理部4に出力するフレームの撮像モードがWDRモードのときや、図8の(d)に示す、撮像モード判定フレームを挿入する前に画像処理部4に出力されたフレームの撮像モードがWDRモードで、撮像モード判定フレームを挿入した後に画像処理部4に出力するフレームの撮像モードがNDRモードのときには、前述した撮像モードが一瞬だけ切り替わる状態が起きないので、ステップS14において、撮像モード判定フレームをそのまま画像処理部4に出力している。   On the other hand, the imaging mode of the frame output to the image processing unit 4 before inserting the imaging mode determination frame shown in FIG. 8B is the NDR mode, and the image processing unit after inserting the imaging mode determination frame When the imaging mode of the frame to be output to 4 is also the NDR mode, or the imaging mode of the frame output to the image processing unit 4 before inserting the imaging mode determination frame shown in FIG. When the imaging mode of the frame output to the image processing unit 4 after the imaging mode determination frame is inserted is the WDR mode, or before the imaging mode determination frame is inserted as shown in FIG. The imaging mode of the selected frame is the WDR mode, and the imaging mode of the frame output to the image processing unit 4 after inserting the imaging mode determination frame is the NDR mode. The, since not occur the state in which imaging mode described above is switched a moment, in step S14, and outputs the image pickup mode determining frame as it is to the image processing unit 4.

尚、本実施形態では、上述のように撮像モード判定フレームとしてNDRモードで撮像したフレームを用いているが、これに換えて、WDRモードで撮像したフレームを用いることが可能である。何故ならば、NDRモードで撮像した際に出力が丁度飽和する状態をWDRモードで撮像すれば、NDRモードで飽和が発生するときのWDRモードにおける撮像データの値を特定することが可能だからである。   In the present embodiment, as described above, a frame imaged in the NDR mode is used as the imaging mode determination frame. However, a frame imaged in the WDR mode can be used instead. This is because it is possible to specify the value of imaging data in the WDR mode when saturation occurs in the NDR mode by imaging in the WDR mode when the output is just saturated when imaging in the NDR mode. .

さて、撮像モード判定フレームとしてWDRモードで撮像したフレームを用いた場合に問題となるのは、NDRモードで撮像していた状態で、WDRモードの撮像モード判定フレームを挿入し、ここで以降の撮像モードとしてNDRモードで撮像するよう判定された場合である。この場合は、上述のステップS11においてNDRモードで撮像したフレームを2回出力するように制御すればよい。これを一般化すると、撮像モード判定フレームの前後に連続するフレームが、撮像モード判定フレームで用いる撮像モードと異なる撮像モードで撮像されている場合は、撮像モード判定フレームを破棄して、撮像モード判定フレームの直前のフレームを再度出力するように制御する、ということになる。   Now, when a frame imaged in the WDR mode is used as the imaging mode determination frame, the problem is that the imaging mode determination frame in the WDR mode is inserted in the state where the image is captured in the NDR mode, and the subsequent imaging is performed here. This is a case where it is determined that an image is captured in the NDR mode as a mode. In this case, it is only necessary to perform control so that the frame imaged in the NDR mode is output twice in step S11 described above. To generalize this, if frames that are continuous before and after the imaging mode determination frame are captured in an imaging mode that is different from the imaging mode used in the imaging mode determination frame, the imaging mode determination frame is discarded and the imaging mode determination is performed. That is, control is performed so that the frame immediately before the frame is output again.

更に、上述したように撮像モード判定フレームとして、NDRモードのみならずWDRモードで撮像したフレームも採用できるのであるから、現在の(即ち、撮像モード判定フレームを挿入する直前に撮像されたフレームの)撮像モードがWDRモードであれば撮像モード判定フレームをWDRモードとし、現在の撮像モードがNDRモードであれば撮像モード判定フレームをNDRモードとして挿入すれば、図8(a)に示すような撮像モード判定フレームとその前後で撮像モードが切り替わるという不具合を解消することが可能となる。当該制御を採用した場合は、上述したような、同一フレームを2回にわたって出力することが回避される。   Furthermore, as described above, since the frame captured in the WDR mode as well as the NDR mode can be adopted as the imaging mode determination frame, the current (that is, the frame captured immediately before the imaging mode determination frame is inserted). When the imaging mode is the WDR mode, the imaging mode determination frame is set to the WDR mode. When the current imaging mode is the NDR mode, the imaging mode determination frame is inserted as the NDR mode. It is possible to eliminate the problem that the imaging mode is switched between the determination frame and before and after the determination frame. When this control is employed, it is possible to avoid outputting the same frame twice as described above.

尚、撮像モード判定フレームは、撮像モードの判定にのみ用い、画像処理部4には出力しないように、画素回路2から出力する単位時間当たりのフレーム数を、撮像装置1から出力する単位時間当たりのフレーム数よりも多くしてもよい。例えば、画素回路2が、1秒間に32フレームを出力するように構成することによって、撮像モード判定フレーム(尚、撮像モード判定フレームは1秒間に2枚である)を画像処理部4に出力しなくても、撮像装置1としては1秒間に30フレームを出力することが可能である。この場合は前述したフローチャートにおけるステップS11のような、同一フレームを2回にわたって出力することが回避される。   Note that the imaging mode determination frame is used only for determination of the imaging mode, and is not output to the image processing unit 4. The number of frames per unit time output from the pixel circuit 2 is determined per unit time output from the imaging device 1. It may be more than the number of frames. For example, by configuring the pixel circuit 2 to output 32 frames per second, the imaging mode determination frame (two imaging mode determination frames are output per second) is output to the image processing unit 4. Even without this, the imaging apparatus 1 can output 30 frames per second. In this case, output of the same frame twice as in step S11 in the flowchart described above is avoided.

前記ステップS11及び前記ステップS14から移行してきた前記ステップS15では、フレームカウンタFCに1加算する。   In step S15 which has shifted from step S11 and step S14, 1 is added to the frame counter FC.

続くステップS16では、フレームカウンタFCを制御定数INSERT_Rで割り、その余りを挿入フラグINSERTに入力する。そうして、前記ステップS2に戻る。尚、本実施形態では、INSERT_Rを15に設定しており、14枚のフレームを出力する毎に、撮像モード判定フレームを挿入することができる。尚、制御定数INSERT_Rは、適宜変更してもよい。即ち、撮像装置1に別途ユーザー指定によるモード設定を設け、例えば、高速で動く被写体に対しては、制御定数INSERT_Rの値を小さくし、NDRモードとWDRモードの切換え機会を増加するような制御とすることが好ましい。   In subsequent step S16, the frame counter FC is divided by the control constant INSERT_R, and the remainder is input to the insertion flag INSERT. Then, the process returns to step S2. In this embodiment, INSERT_R is set to 15, and an imaging mode determination frame can be inserted every time 14 frames are output. Note that the control constant INSERT_R may be changed as appropriate. That is, a mode setting by user designation is separately provided in the image pickup apparatus 1. For example, for a subject moving at high speed, the control constant INSERT_R is decreased, and control for increasing the switching opportunity between the NDR mode and the WDR mode is performed. It is preferable to do.

次に、挿入フラグINSERTが0でなく、撮像モード判定フレームの挿入を行わない場合は、前記ステップS3からステップS12に移行する。   Next, when the insertion flag INSERT is not 0 and the imaging mode determination frame is not inserted, the process proceeds from step S3 to step S12.

前記ステップS12では、撮像モード切替部5に対して撮像モードをパラメータPMの値にするように命令し、撮像を行う。従って、NDRモードで撮像している最中ではそのままNDRモードで撮像が行われ、WDRモードで撮像している最中ではそのままWDRモードで撮像が行われる。   In step S12, the imaging mode switching unit 5 is instructed to set the imaging mode to the value of the parameter PM, and imaging is performed. Therefore, the image is captured in the NDR mode as it is while the image is captured in the NDR mode, and the image is captured in the WDR mode as it is while the image is captured in the WDR mode.

続くステップS13では、前記ステップS12で得られるフレームをバッファメモリ3に格納する。そうして、前記ステップS14に移行する。   In the subsequent step S13, the frame obtained in step S12 is stored in the buffer memory 3. Then, the process proceeds to step S14.

前記ステップS14では、前述したように、直近にバッファメモリ3に格納されたフレームを画像処理部4に出力する。つまり、前記ステップS12でバッファメモリ3に格納したフレームを画像処理部4に出力する。そうして、ステップS15及びステップS16を経て、ステップS2に戻る。   In step S14, as described above, the most recently stored frame in the buffer memory 3 is output to the image processing unit 4. That is, the frame stored in the buffer memory 3 in step S12 is output to the image processing unit 4. Then, it returns to step S2 through step S15 and step S16.

このようにして、撮像装置1による撮像中には、NDRモードによって撮像された撮像データにより構成される撮像モード判定フレームに基づいて、適切な撮像モードが、NDRモードであるか、WDRモードであるかが判断され、その判断結果に基づいて、撮像素子2の撮像モードが適切な撮像モードに設定される。つまり、ダイナミックレンジが相対的に狭いNDRモードでの撮像が可能なときには、NDRモードで撮像が行われ、NDRモードでの撮像では飽和してしまうときには、ダイナミックレンジが相対的に広いWDRモードでの撮像が行われる。こうして、NDRモードとWDRモードとのそれぞれの利点を活かしつつ、それぞれの欠点を補うことができる。   In this manner, during imaging by the imaging apparatus 1, an appropriate imaging mode is the NDR mode or the WDR mode based on the imaging mode determination frame configured by imaging data captured in the NDR mode. Is determined, and the imaging mode of the imaging device 2 is set to an appropriate imaging mode based on the determination result. In other words, when imaging in the NDR mode with a relatively narrow dynamic range is possible, imaging is performed in the NDR mode. Imaging is performed. In this way, the respective disadvantages can be compensated while utilizing the advantages of the NDR mode and the WDR mode.

尚、本実施形態では、撮像モード判定フレームに飽和状態の撮像データが含まれているか否かを判定することのみに基づいて、それ以降に出力するフレームの撮像モードを決定しているが、例えば図9に示すように、前記ステップS7で撮像モード判定フレームに飽和状態の撮像データが含まれていると判断された場合には、撮像モード判定フレームに含まれる全撮像データの平均値が所定値よりも大きいか否かを判定するステップS7Aに移行するようにしてもよい。   In the present embodiment, the imaging mode of a frame to be output after that is determined based only on whether or not the imaging mode determination frame includes saturated imaging data. As shown in FIG. 9, when it is determined in step S7 that the imaging mode determination frame includes saturated imaging data, the average value of all the imaging data included in the imaging mode determination frame is a predetermined value. You may make it transfer to step S7A which determines whether it is larger than this.

前記ステップS7Aでは、撮像モード判定フレームに含まれる全撮像データの平均値が所定値よりも大きいときに前記ステップS8に移行して、以降の撮像モードをWDRモードに設定する一方、撮像モード判定フレームに含まれる全撮像データの平均値が所定値以下のときには前記ステップS9に移行して、以降の撮像モードをNDRモードに設定する。これによって、撮像モード判定フレームに飽和状態の撮像データが含まれており且つ、撮像モード判定フレームに含まれる全撮像データの平均値が所定値よりも大きいときにのみ、撮像モードをWDRモードとし、それ以外のときには、撮像モード判定フレームに飽和状態の撮像データが含まれていても、撮像モードをNDRモードとする。このことにより、撮像モード判定フレームにおいて飽和状態(つまり、高輝度)の撮像データが比較的広い範囲に拡がっているとき(平均値が所定値よりも大きいとき)には、白飛びの領域が広くなることから、撮像モードをWDRモードとして画像の白飛びを回避する一方、その飽和状態の撮像データが局所的にしかないとき(平均値が所定値以下のとき)には、白飛びの領域が局所的であることから、撮像モードをNDRモードとする。こうすることで、より人間の視覚に近い画像を得ることができる。   In step S7A, when the average value of all the imaging data included in the imaging mode determination frame is larger than a predetermined value, the process proceeds to step S8, and the subsequent imaging mode is set to the WDR mode, while the imaging mode determination frame is set. When the average value of all the imaging data included in is less than or equal to a predetermined value, the process proceeds to step S9, and the subsequent imaging mode is set to the NDR mode. As a result, the imaging mode is set to the WDR mode only when the imaging mode determination frame includes saturated imaging data and the average value of all the imaging data included in the imaging mode determination frame is greater than a predetermined value. In other cases, even when saturated imaging data is included in the imaging mode determination frame, the imaging mode is set to the NDR mode. As a result, when the imaging data in a saturated state (that is, high brightness) is spread over a relatively wide range (when the average value is larger than the predetermined value) in the imaging mode determination frame, the overexposed area is wide. Therefore, when the imaging mode is set to the WDR mode to avoid over-exposure of the image, and when the imaging data in the saturated state is only local (when the average value is equal to or less than a predetermined value), the over-exposed region is localized. Therefore, the imaging mode is set to the NDR mode. By doing so, an image closer to human vision can be obtained.

尚、人間は一般に画像の中央部を注視する傾向があるため、ステップS7Aにおいては、撮像モード判定フレームに含まれる全撮像データの平均値ではなく、撮像モード判定フレームの中央部に含まれる撮像データの平均値が所定値よりも大きいか否かを判定してもよい。このようにすることで人間の感覚とマッチングした撮像モードの判定が可能となる。   Note that since humans generally tend to gaze at the center of the image, in step S7A, not the average value of all the imaging data included in the imaging mode determination frame, but the imaging data included in the center of the imaging mode determination frame. It may be determined whether the average value of is greater than a predetermined value. In this way, it is possible to determine the imaging mode that matches the human sense.

また、図9に示す制御と同じ内容の制御であれば適宜変更してもよく、例えばステップS7とステップS7Aとの順序を入れ替えてもよい。   Moreover, as long as it is the control of the same content as the control shown in FIG. 9, you may change suitably, for example, you may replace the order of step S7 and step S7A.

さらに、図10に示すように、前記ステップS7で撮像モード判定フレームに飽和状態の撮像データが含まれていると判断されたときには、所定の値以下の撮像データの発生頻度が所定の基準値よりも小さいか否かを判定するステップS7Bに移行するようにしてもよい。   Furthermore, as shown in FIG. 10, when it is determined in step S7 that the imaging mode determination frame includes saturated imaging data, the frequency of occurrence of imaging data below a predetermined value is greater than a predetermined reference value. Alternatively, the process may proceed to step S7B for determining whether the value is smaller.

前記ステップS7Bでは、撮像モード判定フレームにおいて所定の値以下の撮像データの発生頻度が所定の基準値よりも小さい場合に前記ステップS8に移行して、以降の撮像モードをWDRモードに設定する一方、撮像データの発生頻度が所定の基準値以上の場合には前記ステップS9に移行して、以降の撮像モードをNDRモードに設定する。これによって、撮像モード判定フレームに飽和状態の撮像データが含まれており且つ、撮像モード判定フレームにおいて所定の値以下の撮像データの発生頻度が所定の基準値よりも小さいときにのみ、撮像モードをWDRモードとし、それ以外のときには、撮像モード判定フレームに飽和状態の撮像データが含まれていても、撮像モードをNDRモードとする。すなわち、前記と同様に、撮像モード判定フレームにおいて飽和状態の撮像データが比較的広い範囲に拡がっているとき(発生頻度が基準値よりも小さいとき)には、白飛びの領域が広くなることから、撮像モードをWDRモードとして画像の白飛びを回避する一方、撮像モード判定フレームにおいて飽和状態の撮像データが局所的にしかないとき(発生頻度が基準値以上のとき)には、白飛びの領域が局所的であり、画像全体としては暗いと判断されることから撮像モードをNDRモードとする。   In step S7B, when the occurrence frequency of imaging data below a predetermined value in the imaging mode determination frame is smaller than a predetermined reference value, the process proceeds to step S8, and the subsequent imaging mode is set to the WDR mode. If the occurrence frequency of the imaging data is greater than or equal to a predetermined reference value, the process proceeds to step S9, and the subsequent imaging mode is set to the NDR mode. Thus, the imaging mode is changed only when the imaging mode determination frame includes saturated imaging data and the frequency of occurrence of imaging data below a predetermined value in the imaging mode determination frame is smaller than a predetermined reference value. In the WDR mode, otherwise, the imaging mode is set to the NDR mode even when the imaging mode determination frame includes saturated imaging data. That is, as described above, when the imaging data in the saturation state in the imaging mode determination frame is spread over a relatively wide range (when the occurrence frequency is smaller than the reference value), the whiteout region becomes wide. When the imaging mode is set to the WDR mode to avoid overexposure of the image, and when the imaging data in the imaging mode determination frame is only in a saturated state (when the occurrence frequency is equal to or higher than the reference value), the overexposed region is Since it is determined to be local and the entire image is dark, the imaging mode is set to the NDR mode.

尚、このステップS7Bにおいても、前記と同様に撮像モード判定フレームの中央部に含まれる撮像データのみを頻度計測する対象としてもよい。   In step S7B as well, only the imaging data included in the central portion of the imaging mode determination frame may be subject to frequency measurement in the same manner as described above.

また、図10に示す制御と同じ内容の制御であれば適宜変更してもよく、例えば前記ステップS7Bにおいては、所定の値以上の撮像データの発生頻度が所定値よりも大きいか否かを判定し、所定の値以上の撮像データの発生頻度が所定値よりも大きいときに撮像モードをWDRモードにする処理にしたり、ステップS7とステップS7Bとの順序を入れ替えたりしてもよい。   Further, the control may be appropriately changed as long as the control has the same content as the control shown in FIG. Then, when the occurrence frequency of imaging data greater than or equal to a predetermined value is greater than the predetermined value, the imaging mode may be changed to the WDR mode, or the order of step S7 and step S7B may be switched.

また、本実施形態では、飽和判定の結果に基づいて、撮像モード判定フレームの次のフレーム以降のフレームの撮像モードを決定し、リアルタイムに撮像モードの変更を行っているが、例えば撮像モード判定フレームで判定した結果を所定の時間(例えば0.5秒間)だけ保留し、その後もう一度飽和判定をして、双方の結果が一致した場合にのみ、飽和判定により決定した撮像モードで以降に出力するフレームを撮像してもよい。こうすることで、通常、マクロな入射光量は緩やかに変化するのに対し、例えば撮像データに含まれるノイズ等の影響により、撮像データが飽和状態の境で前後して飽和判定の結果がその判定毎に入れ替わったとしても、実際の撮像モードが頻繁に入れ替わることを防止することができる。   Further, in the present embodiment, the imaging mode of a frame subsequent to the imaging mode determination frame is determined based on the saturation determination result, and the imaging mode is changed in real time. Frames that are output in the imaging mode determined by the saturation determination only when the result determined in is held for a predetermined time (for example, 0.5 seconds), and then the saturation determination is performed again and both results match. May be imaged. In this way, the amount of incident light normally changes gradually, but the result of the saturation determination is that the result of the saturation determination before and after the saturation of the imaging data due to the noise included in the imaging data, for example. Even if they are changed every time, it is possible to prevent the actual imaging mode from being changed frequently.

さらに、本実施形態では、撮像モード判定フレームの画素全体をNDRモードの撮像データで構成しているが、本撮像素子2は、図3等に示すように、画素回路211と蓄積電荷排出回路212とが1:1対応であって、画素回路211毎に、個別にNDRモードとWDRモードとを設定し得る構成であることを利用して、例えば図11の(a)に示すように、撮像モード判定フレームを、NDRモードの撮像データで構成されるラスタとWDRモードで構成されるラスタとが交互になるように構成してもよい。こうすることで、飽和判定をするときには当該撮像モード判定フレームにおける半数の撮像データを判定対象として飽和判定をすることができる。また、その内の緑の色情報をもつ撮像データをさらに抽出して、それを判定対象として飽和判定をしてもよい。これによって、処理時間の短縮や処理リソースの軽減を図ることができる。このことは、撮像装置のコストを低減する点で有利である。尚、飽和判定の判定対象を減少させるサンプリングは、本実施形態のように640×480画素のVGA相当の撮像素子においても有効であると共に、例えば1280×1024画素(いわゆるSXGA)や1600×1200画素(いわゆるUXGA)のような高解像度の撮像素子を用いる場合に、特に有効である。   Furthermore, in the present embodiment, the entire pixels of the imaging mode determination frame are configured by imaging data in the NDR mode. However, the imaging device 2 includes a pixel circuit 211 and an accumulated charge discharging circuit 212 as shown in FIG. Is compatible with 1: 1, and an NDR mode and a WDR mode can be individually set for each pixel circuit 211, for example, as shown in FIG. The mode determination frame may be configured such that rasters configured with imaging data in the NDR mode and rasters configured in the WDR mode are alternated. In this way, when performing saturation determination, saturation determination can be performed using half of the imaging data in the imaging mode determination frame as a determination target. In addition, it is also possible to further extract image data having green color information, and perform saturation determination using the extracted image data as a determination target. As a result, processing time can be shortened and processing resources can be reduced. This is advantageous in reducing the cost of the imaging apparatus. Note that the sampling for reducing the determination target of saturation determination is effective even in an image sensor equivalent to a VGA of 640 × 480 pixels as in the present embodiment, and for example, 1280 × 1024 pixels (so-called SXGA) or 1600 × 1200 pixels. This is particularly effective when a high-resolution image sensor such as (so-called UXGA) is used.

尚、図14のように、副走査方向に隣接する2つの画素回路211間で1つの蓄積電荷排出回路212を共有する場合には、前述したように1ラスタ単位でシャッタを切ることによる不具合が想定されるので、図11の(b)に示すように、2ラスタ単位でNDRモードの撮像データとWDRモードの撮像データとが交互になるように撮像モード判定フレームを構成すればよい。尚、このとき、図14に示す1つの画素グループは、WDRモード又はNDRモードで撮像するラスタに完全に包含される必要があり、1つの画素グループがWDRモードとNDRモードの両方に跨るように設定すべきではない。   As shown in FIG. 14, when one accumulated charge discharging circuit 212 is shared between two pixel circuits 211 adjacent in the sub-scanning direction, there is a problem due to the shutter being released in units of one raster as described above. Since it is assumed, as shown in FIG. 11B, the imaging mode determination frame may be configured so that the imaging data in the NDR mode and the imaging data in the WDR mode are alternated in units of two rasters. At this time, one pixel group shown in FIG. 14 needs to be completely included in the raster imaged in the WDR mode or the NDR mode, and one pixel group extends over both the WDR mode and the NDR mode. Should not be set.

また、前記実施形態では、撮像モード判定フレームを周期的に挿入し、最適な撮像モードを周期的に判定しているが、変形例として、撮像素子2から、時系列で出力される各フレームをNDRモードの撮像データ(ラスタ)とWDRモードの撮像データ(ラスタ)とによって構成すると共に、時間的に連続する2つのフレームでラスタを合成することで、撮像モード判定フレームを等価的に構成すると共に、その撮像モード判定フレームに基づく判定結果に応じて、時間的に連続する2つのフレーム間でラスタを適宜合成して、撮像装置1から出力するようにしてもよい。   In the above-described embodiment, the imaging mode determination frame is periodically inserted and the optimal imaging mode is periodically determined. However, as a modification, each frame output in time series from the imaging device 2 is determined. The NDR mode imaging data (raster) and the WDR mode imaging data (raster) are configured, and the raster is composed of two temporally continuous frames, thereby equivalently configuring the imaging mode determination frame. Depending on the determination result based on the imaging mode determination frame, rasters may be appropriately combined between two temporally continuous frames and output from the imaging apparatus 1.

即ち、この変形例は、撮像モード切替部5によって切り替えられた撮像モードに基づいて、撮像素子2は、フレームを構成するNDRモードで撮像した出力信号に基づくラスタ(第1撮像モードラスタ)と、WDRモードで撮像した出力信号に基づくラスタ(第2撮像モードラスタ)とを出力する。そして制御部6は、第1撮像モードラスタと第2撮像モードラスタのうち、一方の撮像モードのラスタに含まれる出力信号(バッファメモリ3に格納された撮像データ)に基づいて、選択されるべき撮像モードを判定するとともに、この判定結果に基づいて、フレーム及び、このフレームの直前に撮像されたフレームから、第1撮像モードラスタ又は第2撮像モードラスタを選択し、合成するようにしたものである。   That is, in this modification, based on the imaging mode switched by the imaging mode switching unit 5, the imaging device 2 has a raster (first imaging mode raster) based on an output signal imaged in the NDR mode constituting the frame, A raster (second imaging mode raster) based on an output signal imaged in the WDR mode is output. Then, the control unit 6 should be selected based on an output signal (imaging data stored in the buffer memory 3) included in one of the first imaging mode raster and the second imaging mode raster. The imaging mode is determined, and based on the determination result, the first imaging mode raster or the second imaging mode raster is selected from the frame and the frame captured immediately before this frame, and is combined. is there.

具体的には、前記フレームカウンタFCが偶数のときには、図12の(a)に示すように、副走査方向(同図の上下方向)における奇数行目(行数は1からカウントするものとする)のラスタ(以下、奇数ラスタともいう)はNDRモードの撮像データによって構成する一方、偶数行目のラスタ(以下、偶数ラスタともいう)はWDRモードの撮像データによって構成する。つまり、1つのフレーム内において、NDRモードで撮像されたラスタと、WDRモードで撮像されたラスタは相互に隣接するよう交互に配置されている。   Specifically, when the frame counter FC is an even number, as shown in FIG. 12A, the odd-numbered row (number of rows is counted from 1) in the sub-scanning direction (vertical direction in the drawing). ) Raster (hereinafter also referred to as odd-numbered raster) is constituted by imaging data in NDR mode, while a raster in even-numbered rows (hereinafter also referred to as even-numbered raster) is constituted by imaging data in WDR mode. That is, in one frame, rasters captured in the NDR mode and rasters captured in the WDR mode are alternately arranged so as to be adjacent to each other.

一方、前記フレームカウンタFCが奇数のときには、図12の(b)に示すように、同図(a)とは逆に、奇数ラスタをWDRモードの撮像データによって構成する一方、偶数ラスタをNDRモードの撮像データによって構成する。つまり、隣接するフレーム間において、NDRモードで撮像されたラスタとWDRモードで撮像されたラスタの位置を入れ替えるようにしている。   On the other hand, when the frame counter FC is an odd number, as shown in FIG. 12 (b), contrary to FIG. 12 (a), the odd raster is composed of imaging data in the WDR mode, while the even raster is in the NDR mode. It is comprised by the imaging data of. That is, the positions of rasters captured in the NDR mode and rasters captured in the WDR mode are exchanged between adjacent frames.

尚、NDRモードで撮像されたラスタとWDRモードで撮像されたラスタは逆にしてもよい。そうして、制御部6は、図13に示すように、フレームカウンタFCが1の場合には、フレームカウンタFCが0のときにバッファメモリ3に格納したフレーム(以下、第0フレームともいう)から奇数ラスタの撮像データ(つまり、NDRモードの撮像データ)を抽出すると共に、フレームカウンタFCが1のときにバッファメモリ3に格納したフレーム(以下、第1フレームともいう)から偶数ラスタの撮像データ(つまり、NDRモードの撮像データ)を抽出する。こうして、第0及び第1フレームによって、等価的に、NDRモードの撮像データのみにより構成される撮像モード判定フレームを作成する。そうして、この等価的な撮像モード判定フレームからさらに緑の色情報をもつ撮像データを抽出して飽和判定をする。尚、飽和判定は、前述の種々の判定方法を採用することが可能である。   The raster imaged in the NDR mode and the raster imaged in the WDR mode may be reversed. Then, as shown in FIG. 13, when the frame counter FC is 1, the control unit 6 stores the frame stored in the buffer memory 3 when the frame counter FC is 0 (hereinafter also referred to as the 0th frame). The odd-numbered raster imaging data (that is, the NDR mode imaging data) is extracted from the frame, and the even-numbered raster imaging data from the frame (hereinafter also referred to as the first frame) stored in the buffer memory 3 when the frame counter FC is 1. (Ie, NDR mode imaging data) is extracted. In this way, an imaging mode determination frame constituted by only the imaging data of the NDR mode is equivalently created by the 0th and first frames. Then, saturation determination is performed by extracting imaging data having further green color information from the equivalent imaging mode determination frame. For the saturation determination, the above-described various determination methods can be employed.

ここで、撮像データ判定フレームに飽和状態の撮像データが含まれている場合には、制御部6は、第0フレームの偶数ラスタの撮像データ(つまり、WDRモードの撮像データ)と第1フレームの奇数ラスタの撮像データ(つまり、WDRモードの撮像データ)とを合成して画像処理部4に出力(DMA転送)する。   Here, when the imaging data determination frame includes saturated imaging data, the control unit 6 sets the even-numbered raster imaging data (that is, WDR mode imaging data) of the 0th frame and the first frame. The odd-numbered raster image data (that is, WDR mode image data) is combined and output to the image processing unit 4 (DMA transfer).

これに対し、撮像データ判定フレームに飽和状態の撮像データが含まれていない場合には、制御部6は、第0フレームの奇数ラスタの撮像データ(つまり、NDRモードの撮像データ)と第1フレームの偶数ラスタの撮像データ(つまり、NDRモードの撮像データ)とを合成して画像処理部4に出力(DMA転送)する。   On the other hand, when the imaging data determination frame does not include saturated imaging data, the control unit 6 uses the odd-numbered raster imaging data (that is, NDR mode imaging data) of the 0th frame and the first frame. Are combined with the even raster image data (that is, the NDR mode image data) and output to the image processing unit 4 (DMA transfer).

第0フレームと第1フレームとを合成して画像処理部4に出力するのと並行して、撮像素子2は、フレームカウンタFCが2のフレーム(以下、第2フレームともいう)をバッファメモリ3に出力する。   In parallel with the synthesis of the 0th frame and the 1st frame and output to the image processing unit 4, the imaging device 2 uses the frame memory FC 2 for the frame counter FC (hereinafter also referred to as the second frame) to the buffer memory 3. Output to.

そうして、今度は第1フレームの偶数ラスタの撮像データと第2フレームの奇数ラスタの撮像データを基にして前記と同様に飽和判定をする。このとき、制御部6は、既に第1フレームについては飽和判定をしているので、第2フレームにおける奇数ラスタの撮像データ(つまり、NDRモードの撮像データ)ついてのみ飽和判定を行えばよい。このとき、既に行なった第1フレームの飽和判定の結果と、新たに行なった第2フレームの飽和判定の結果が異なる場合は、時系列的な順序が後である第2フレームに基づく判定結果を優先させるようにしてもよい。   Then, the saturation determination is performed in the same manner as described above based on the even-numbered raster image data of the first frame and the odd-numbered raster image data of the second frame. At this time, since the control unit 6 has already performed the saturation determination for the first frame, it is only necessary to perform the saturation determination for the odd-numbered raster imaging data (that is, the NDR mode imaging data) in the second frame. At this time, if the result of the saturation determination of the first frame already performed is different from the result of the saturation determination of the second frame newly performed, the determination result based on the second frame having a later chronological order is obtained. You may make it give priority.

尚、本実施形態では、連続する2つのフレームからNDRモードで撮像したラスタを抽出し、これを合成して撮像モード判定フレームを等価的に構成しているが、NDRモードで撮像したラスタに替えて、WDRモードで撮像したラスタを用いてもよい。   In this embodiment, a raster imaged in the NDR mode is extracted from two consecutive frames, and these are combined to form an equivalent imaging mode determination frame. However, the raster imaged in the NDR mode is used instead. A raster imaged in the WDR mode may be used.

また、隣接するラスタ間では一般的に画像の相間は非常に高いため、撮像モード判定フレームとして640×480画素の画像を構築するのではなく、1回の撮像で得られたNDRモードで撮像されたラスタ(あるいはWDRモードで撮像されたラスタ)のみに基づいて、飽和判定等を行なうようにしてもよい。   In addition, since the phase between images is generally very high between adjacent rasters, an image of 640 × 480 pixels is not constructed as an imaging mode determination frame, but an image is captured in the NDR mode obtained by one imaging. Saturation determination or the like may be performed based on only the raster (or the raster imaged in the WDR mode).

以降は、前記と同様の制御を繰り返し行うことによって、合成したフレームを連続的に画像処理部4に出力する。こうすることでも、NDRモードの撮像データに基づくフレームと、WDRモードの撮像データに基づくフレームとが切り替わりながら出力されるため、白飛び等を回避しつつ、しかも不必要にコントラストが低下したり、階調が低下したりすることを回避した動画像を得ることができる。また、この制御を行うことによって、いわゆるプログレッシブスキャンと同様の効果が得られるので、高速で動く被写体であっても画像ぶれの少ない動画を得ることができるという付随的な効果を得ることもできる。   Thereafter, by repeating the same control as described above, the synthesized frames are continuously output to the image processing unit 4. Even in this way, since the frame based on the imaging data in the NDR mode and the frame based on the imaging data in the WDR mode are output while being switched, the contrast is unnecessarily lowered while avoiding overexposure or the like. It is possible to obtain a moving image that avoids a decrease in gradation. Further, by performing this control, the same effect as that of so-called progressive scan can be obtained. Therefore, an incidental effect that a moving image with less image blur can be obtained even for a subject moving at high speed can be obtained.

尚、ここに開示する技術は、図3等に示すような、いわゆる電荷排出動作を実行することが可能な撮像素子に限定されるものではなく、その出力特性を、互いに異なる複数の出力特性間で切り替え得る撮像素子に対して広く適用可能である。   Note that the technology disclosed herein is not limited to an image sensor that can perform a so-called charge discharging operation as shown in FIG. 3 and the like, and its output characteristics are different between a plurality of different output characteristics. It can be widely applied to an image sensor that can be switched with the.

以上説明したように、本発明の撮像装置は、ダイナミックレンジが変更されるように出力特性を切り替えて動作が可能な撮像装置において、その動作切り替えを適切に行って、それぞれの動作の利点を活かしつつ、それぞれの動作の欠点を補うことができるため、例えばテレビドアフォンやネットワークカメラを含む各種装置に利用したときに、常に適切かつ高画質な画像が得られる点で有用である。   As described above, the imaging apparatus according to the present invention is an imaging apparatus that can operate by switching output characteristics so that the dynamic range is changed. However, since the drawbacks of the respective operations can be compensated, it is useful in that an appropriate and high-quality image can always be obtained when used in various devices including a television door phone and a network camera.

本発明に係る撮像装置の概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram of an imaging apparatus according to the present invention. 画素回路と蓄積電荷排出回路との配置関係の一例を説明する図である。It is a figure explaining an example of arrangement | positioning relationship between a pixel circuit and a stored charge discharge circuit. 本発明に係る撮像装置の回路図である。It is a circuit diagram of an imaging device concerning the present invention. 撮像装置の変形例に係る回路図である。It is a circuit diagram concerning the modification of an imaging device. ベイヤ配列のカラーフィルタの構成図である。It is a block diagram of a color filter of a Bayer arrangement. 撮像モード判定フレームを挿入するタイミングを説明する図である。It is a figure explaining the timing which inserts an imaging mode determination frame. 制御部による撮像モードを決定するためのフローチャートである。It is a flowchart for determining the imaging mode by a control part. 画像処理部に出力するフレームを決定する方法を説明する図である。It is a figure explaining the method to determine the flame | frame output to an image process part. 制御部による飽和判定の他のフローチャートである。It is another flowchart of the saturation determination by a control part. 制御部による飽和判定のさらに他のフローチャートである。It is another flowchart of the saturation determination by a control part. 撮像モード判定フレームの他の構成を示す図である。It is a figure which shows the other structure of an imaging mode determination frame. フレームの他の構成を示す図である。It is a figure which shows the other structure of a flame | frame. 図12に示すフレームを用いて画像処理部に出力するフレームを合成する方法についての説明図である。It is explanatory drawing about the method of synthesize | combining the flame | frame output to an image process part using the flame | frame shown in FIG. 画素回路と蓄積電荷排出回路との配置関係の一例を説明する図である。It is a figure explaining an example of arrangement | positioning relationship between a pixel circuit and a stored charge discharge circuit. 画素回路と蓄積電荷排出回路との配置関係の一例を説明する図である。It is a figure explaining an example of arrangement | positioning relationship between a pixel circuit and a stored charge discharge circuit. 画素回路と蓄積電荷排出回路との配置関係の一例を説明する図である。It is a figure explaining an example of arrangement | positioning relationship between a pixel circuit and a stored charge discharge circuit.

1 撮像装置
2 撮像素子
21 センサエリア
211 画素回路
211a フォトダイオード(受光素子)
212 蓄積電荷排出回路
212a 電荷排出ゲート
212b オーバーフロードレイン
212c クリアスイッチ
22 出力信号処理部
3 バッファメモリ
4 画像処理部
5 撮像モード切替部
6 制御部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Imaging device 2 Imaging element 21 Sensor area 211 Pixel circuit 211a Photodiode (light receiving element)
212 accumulated charge discharging circuit 212a charge discharging gate 212b overflow drain 212c clear switch 22 output signal processing unit 3 buffer memory 4 image processing unit 5 imaging mode switching unit 6 control unit

Claims (14)

それぞれ受光することによって電荷を生じると共に、複数のラスタを構成するように格子状に配置された複数の受光素子と、該受光素子のそれぞれに対応して設けられると共に、前記受光素子で生じた電荷を蓄積しかつ、その電荷の蓄積量に応じた出力信号を出力する複数の画素回路と、を有し、前記出力信号に基づいて構成されるフレームを、時系列に連続して出力する撮像素子と、
前記撮像素子に対し、前記各画素回路の撮像モードを、前記受光素子の受光光量が所定の光量よりも小さい時には、前記受光光量の増加に伴い前記出力信号が線形的に増加する一方、前記受光素子の受光光量が前記所定の光量以上の時には、前記出力信号が飽和する第1撮像モードと、前記受光素子の前記受光光量が前記所定の光量以上の時に、前記出力信号が飽和しない第2撮像モードと、の間で切り替える撮像モード切替部と、
前記画素回路が第1撮像モードで撮像したときの前記出力信号に基づいて、前記撮像モード切替部に対して、前記各画素回路の撮像モードを前記第1又は前記第2撮像モードに指定する制御部と、を備えていることを特徴とする撮像装置。
A charge is generated by receiving each light, and a plurality of light receiving elements arranged in a lattice form so as to form a plurality of rasters, and a charge generated by the light receiving elements are provided corresponding to each of the light receiving elements. And a plurality of pixel circuits that output an output signal corresponding to the amount of stored charge, and that sequentially output frames configured based on the output signal in time series When,
With respect to the imaging device, the imaging mode of each pixel circuit is set such that when the received light amount of the light receiving element is smaller than a predetermined light amount, the output signal increases linearly as the received light amount increases. A first imaging mode in which the output signal is saturated when the amount of received light of the element is equal to or greater than the predetermined amount of light, and a second imaging in which the output signal is not saturated when the amount of received light of the light receiving element is greater than or equal to the predetermined amount of light. An imaging mode switching unit that switches between the modes,
Control for designating the imaging mode of each pixel circuit to the first or second imaging mode with respect to the imaging mode switching unit based on the output signal when the pixel circuit has imaged in the first imaging mode. And an imaging device.
請求項1に記載の撮像装置において、
前記撮像素子は、所定の数のフレームを出力する毎に、前記各画素回路が前記第1撮像モードで撮像した前記出力信号に基づく撮像モード判定フレームを出力し、
前記制御部は、前記撮像モード判定フレームに含まれる前記出力信号を撮像モード判定対象として所定の判定を行うと共に、その判定結果に基づいて、以降における前記各画素回路の撮像モードを指定することを特徴とする撮像装置。
The imaging device according to claim 1,
Each time the imaging device outputs a predetermined number of frames, each pixel circuit outputs an imaging mode determination frame based on the output signal imaged in the first imaging mode,
The control unit performs a predetermined determination using the output signal included in the imaging mode determination frame as an imaging mode determination target, and designates an imaging mode of each of the pixel circuits thereafter based on the determination result. An imaging device that is characterized.
請求項1に記載の撮像装置において、
前記撮像素子は、所定の数のフレームを出力する毎に、前記画素回路が前記第1撮像モードで撮像した前記出力信号に基づいて構成される第1撮像モードラスタと、前記画素回路が前記第2撮像モードで撮像した前記出力信号に基づいて構成される第2撮像モードラスタと、を含んで構成される撮像モード判定フレームを出力し、
前記制御部は、前記撮像モード判定フレームにおける前記第1撮像モードラスタを構成する前記出力信号を判定対象として所定の判定を行うと共に、その判定結果に基づいて、以降における前記各画素回路の撮像モードを指定することを特徴とする撮像装置。
The imaging device according to claim 1,
The imaging device outputs a first imaging mode raster configured based on the output signal captured by the pixel circuit in the first imaging mode every time a predetermined number of frames are output, and the pixel circuit An imaging mode determination frame configured to include a second imaging mode raster configured based on the output signal captured in the 2 imaging mode;
The control unit performs a predetermined determination using the output signal constituting the first imaging mode raster in the imaging mode determination frame as a determination target, and based on the determination result, the imaging mode of each pixel circuit thereafter An imaging apparatus characterized by designating an image.
請求項2又は請求項3に記載の撮像装置において、
前記各画素回路の出力信号をデジタル信号に変換した撮像データを含んで構成される前記フレームを出力する出力信号処理部をさらに備え、
前記制御部は、前記出力信号処理部から出力された前記撮像モード判定フレームの判定対象に対応する前記撮像データの最大値が所定の閾値を超えているか否かを判定すると共に、前記最大値が前記所定の閾値を超えているときには、前記撮像モード切替部に対して、前記各画素回路の撮像モードを前記第2撮像モードに指定することを特徴とする撮像装置。
In the imaging device according to claim 2 or 3,
An output signal processing unit for outputting the frame including imaging data obtained by converting the output signal of each pixel circuit into a digital signal;
The control unit determines whether the maximum value of the imaging data corresponding to the determination target of the imaging mode determination frame output from the output signal processing unit exceeds a predetermined threshold, and the maximum value is When the predetermined threshold value is exceeded, the imaging mode switching unit designates the imaging mode of each pixel circuit as the second imaging mode.
請求項4に記載の撮像装置において、
前記制御部は、前記撮像モード判定フレームの判定対象に対応する前記撮像データの平均値を算出しかつ、その平均値が所定値よりも大きいか否かをさらに判定すると共に、前記平均値が前記所定値以下のときには、前記最大値が前記所定の閾値を超えていたときでも、前記撮像モード切替部に対して、前記各画素回路の撮像モードを前記第1撮像モードに指定することを特徴とする撮像装置。
The imaging apparatus according to claim 4,
The control unit calculates an average value of the imaging data corresponding to the determination target of the imaging mode determination frame, further determines whether the average value is larger than a predetermined value, and the average value is The imaging mode of each pixel circuit is designated as the first imaging mode for the imaging mode switching unit even when the maximum value exceeds the predetermined threshold when the value is equal to or less than a predetermined value. An imaging device.
請求項4に記載の撮像装置において、
前記制御部は、前記撮像モード判定フレームの判定対象に対応する前記撮像データについて、所定の判定値以下の前記撮像データの発生頻度を計数しかつ、その発生頻度が所定の基準値よりも小さいか否かをさらに判定すると共に、前記発生頻度が所定の基準値以上のときには、前記撮像データの最大値が前記所定の閾値を超えていたときでも、前記撮像モード切替部に対して、前記各画素回路の撮像モードを前記第1撮像モードに指定することを特徴とする撮像装置。
The imaging apparatus according to claim 4,
The control unit counts the occurrence frequency of the imaging data below a predetermined determination value for the imaging data corresponding to the determination target of the imaging mode determination frame, and whether the occurrence frequency is smaller than a predetermined reference value. In addition, when the occurrence frequency is equal to or higher than a predetermined reference value, each pixel is detected with respect to the imaging mode switching unit even when the maximum value of the imaging data exceeds the predetermined threshold. An imaging apparatus, wherein an imaging mode of a circuit is designated as the first imaging mode.
請求項2又は請求項3に記載の撮像装置において、
前記各画素回路の出力信号をデジタル信号に変換した撮像データを含んで構成される前記フレームを出力する出力信号処理部をさらに備え、
前記制御部は、前記出力信号処理部から出力された撮像モード判定フレームの判定対象に対応する前記撮像データについて、前記飽和に相当する上限値に達している前記撮像データが前記フレームに含まれているか否かを判定すると共に、前記上限値に達している前記撮像データが前記フレームに含まれているときには、前記撮像モード切替部に対して、前記各画素回路の撮像モードを前記第2撮像モードに指定することを特徴とする撮像装置。
In the imaging device according to claim 2 or 3,
An output signal processing unit for outputting the frame including imaging data obtained by converting the output signal of each pixel circuit into a digital signal;
The control unit includes, in the frame, the imaging data that has reached an upper limit value corresponding to the saturation for the imaging data corresponding to the determination target of the imaging mode determination frame output from the output signal processing unit. And when the imaging data that has reached the upper limit value is included in the frame, the imaging mode switching unit sets the imaging mode of each pixel circuit to the second imaging mode. An imaging apparatus characterized by being specified as follows.
請求項7に記載の撮像装置において、
前記制御部は、前記撮像モード判定フレームの判定対象に対応する前記撮像データの平均値を算出しかつ、その平均値が所定値よりも大きいか否かをさらに判定すると共に、前記平均値が前記所定値以下のときには、前記上限値に達している前記撮像データが前記フレームに含まれているときでも、前記撮像モード切替部に対して、前記各画素回路の撮像モードを前記第1撮像モードに指定することを特徴とする撮像装置。
The imaging apparatus according to claim 7,
The control unit calculates an average value of the imaging data corresponding to the determination target of the imaging mode determination frame, further determines whether the average value is larger than a predetermined value, and the average value is When the value is equal to or less than a predetermined value, the imaging mode of each pixel circuit is set to the first imaging mode for the imaging mode switching unit even when the imaging data that has reached the upper limit value is included in the frame. An imaging apparatus characterized by specifying.
請求項7に記載の撮像装置において、
前記制御部は、前記撮像モード判定フレームの判定対象に対応する前記撮像データについて、所定の判定値以下の前記撮像データの発生頻度を計数しかつ、その発生頻度が所定の基準値よりも小さいか否かをさらに判定すると共に、前記発生頻度が所定の基準値以上のときには、前記上限値に達している前記撮像データが前記フレームに含まれているときでも、前記撮像モード切替部に対して、前記各画素回路の撮像モードを前記第1撮像モードに指定することを特徴とする撮像装置。
The imaging apparatus according to claim 7,
The control unit counts the occurrence frequency of the imaging data below a predetermined determination value for the imaging data corresponding to the determination target of the imaging mode determination frame, and whether the occurrence frequency is smaller than a predetermined reference value. And further determining whether or not, when the frequency of occurrence is a predetermined reference value or more, even when the imaging data that has reached the upper limit value is included in the frame, An imaging apparatus, wherein an imaging mode of each pixel circuit is designated as the first imaging mode.
それぞれ受光することによって電荷を生じると共に、複数のラスタを構成するように格子状に配置された複数の受光素子と、該受光素子のそれぞれに対応して設けられると共に、前記受光素子で生じた電荷を蓄積しかつ、その電荷の蓄積量に応じた出力信号を出力する複数の画素回路と、を有する撮像素子と、
前記撮像素子に対し、前記各画素回路の撮像モードを、前記受光素子の受光光量が所定の光量よりも小さい時には、前記受光光量の増加に伴い前記出力信号が線形的に増加する一方、前記受光素子の受光光量が前記所定の光量以上の時には、前記出力信号が飽和する第1撮像モードと、前記受光素子の前記受光光量が前記所定の光量以上の時に、前記出力信号が飽和しない第2撮像モードと、の間で前記ラスタの単位で切り替える撮像モード切替部と、を備え、
前記撮像素子は、前記第1撮像モードで撮像した前記出力信号に基づく第1撮像モードラスタと、前記第2撮像モードで撮像した前記出力信号に基づく第2撮像モードラスタと、を含んで構成されるフレームを時系列に連続して出力し、
前記フレームに含まれる前記第1撮像モードラスタと前記第2撮像モードラスタのうち、一方のラスタに含まれる前記出力信号に基づいて、選択されるべき撮像モードを判定するとともに、この判定結果に基づいて、当該フレーム及びその直前に撮像されたフレームから、前記第1撮像モードラスタ又は前記第2撮像モードラスタを選択しかつ、それらを合成したフレームを作成する制御部をさらに備えていることを特徴とする撮像装置。
A charge is generated by receiving each light, and a plurality of light receiving elements arranged in a lattice form so as to form a plurality of rasters, and a charge generated by the light receiving elements are provided corresponding to each of the light receiving elements. And a plurality of pixel circuits that output an output signal corresponding to the amount of accumulated charge, and an imaging device,
With respect to the imaging device, the imaging mode of each pixel circuit is set such that when the received light amount of the light receiving element is smaller than a predetermined light amount, the output signal increases linearly as the received light amount increases. A first imaging mode in which the output signal is saturated when the amount of received light of the element is equal to or greater than the predetermined amount of light, and a second imaging in which the output signal is not saturated when the amount of received light of the light receiving element is greater than or equal to the predetermined amount of light. An imaging mode switching unit that switches between the modes in units of the raster,
The imaging element includes a first imaging mode raster based on the output signal imaged in the first imaging mode and a second imaging mode raster based on the output signal imaged in the second imaging mode. Output continuous frames in time series,
An imaging mode to be selected is determined based on the output signal included in one of the first imaging mode raster and the second imaging mode raster included in the frame, and based on the determination result And a controller that selects the first imaging mode raster or the second imaging mode raster from the frame and the frame imaged immediately before the frame and creates a frame obtained by combining the first imaging mode raster and the second imaging mode raster. An imaging device.
請求項10に記載の撮像装置において、
前記撮像モード切替部は、前記第1撮像モードラスタと第2撮像モードラスタとを、前記各フレームにおいて相互に隣接するよう交互に配置することを特徴とする撮像装置。
The imaging device according to claim 10.
The imaging apparatus is characterized in that the imaging mode switching unit alternately arranges the first imaging mode raster and the second imaging mode raster so as to be adjacent to each other in each frame.
請求項11に記載の撮像装置において、
前記撮像モード切替部は、時系列に隣接する前記フレーム間において、前記第1撮像モードラスタと第2撮像モードラスタの位置を入れ替えることを特徴とする撮像装置。
The imaging device according to claim 11,
The imaging apparatus according to claim 1, wherein the imaging mode switching unit interchanges positions of the first imaging mode raster and the second imaging mode raster between the frames adjacent in time series.
請求項1ないし請求項12の何れか1項に記載の撮像装置において、
前記撮像素子は、前記各画素回路に蓄積されている電荷の一部を、前記出力信号の出力前に排出させる蓄積電荷排出動作を実行可能な蓄積電荷排出回路をさらに有し、
前記撮像モード切替部は、前記制御部によって指定された撮像モードに基づいて、前記蓄積電荷排出回路の蓄積電荷排出動作の実行及び非実行を切り替えることを特徴とする撮像装置。
The imaging apparatus according to any one of claims 1 to 12,
The imaging device further includes a stored charge discharging circuit capable of executing a stored charge discharging operation for discharging a part of the charge stored in each pixel circuit before outputting the output signal,
The imaging apparatus, wherein the imaging mode switching unit switches between execution and non-execution of an accumulated charge discharging operation of the accumulated charge discharging circuit based on an imaging mode designated by the control unit.
請求項13に記載の撮像装置において、
前記蓄積電荷排出回路は、蓄積電荷を排出する経路の途中に設けられると共に、トランジスタで構成された電荷排出ゲートを含み、
前記電荷排出ゲートは、前記第2撮像モードにおいて、前記第1撮像モードよりも、前記受光素子の受光光量が小さい段階で電荷の排出を開始するよう制御されることを特徴とする撮像装置。
The imaging device according to claim 13.
The accumulated charge discharging circuit is provided in the middle of a path for discharging accumulated charges, and includes a charge discharging gate constituted by a transistor,
In the second imaging mode, the charge discharging gate is controlled to start discharging charges when the amount of light received by the light receiving element is smaller than that in the first imaging mode.
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