JP2014093754A - 撮像素子、撮像方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】照度をより正確に算出できるようにする。
【解決手段】複数の露光時間を制御する露光制御部と、露光時間で得られる複数のデータのうちの少なくとも１つのデータを用いて、飽和しているか否かを判定する判定部と、判定部により飽和していると判定された場合、判定に用いたデータとは異なるデータを用いて照度を算出する照度算出部とを備える。判定部は、例えば、データの平均値がしきい値以上である場合、飽和していると判定する。本技術は、ＣＭＯＳなどの撮像素子に適用できる。
【選択図】図１

Description

本技術は、撮像素子、撮像方法に関する。詳しくは、より精度良く照度を算出できるようにする撮像素子、撮像方法に関する。
近年、携帯電話機やデジタルカメラなどは、小型化や高機能化が進んでいる。高機能化が進むことにより、消費電力が増大してきているため、低消費電力化への対応がとられ、小型化が進むことにより、バッテリーの小型化などによる対応がとられている。携帯電話機などにおいては、ＬＣＤやキーライトの明るさについては、暗い場所でも見やすくなるように高輝度に設計されているが、高輝度化を図ると消費電力を増加させることとなる。このため、照度センサを搭載し、これによる照度データを基に、ＬＣＤやキーライトの輝度を調整し、輝度を最適化することで消費電力の低減が図られている。
しかしながら、そのためには、端末に照度センサを搭載する必要がある。照度センサを搭載する場所は、照度測定に適した場所でなければならないため実装上の制約が大きく、受光するためのスクリーンの設計も必要となるため、実装上だけでなくデザイン上でも制約となる。照度センサの機能とカメラモジュールの機能とを省スペースで実装することを目的とした従来技術としては、特許文献１乃至３に開示される携帯電話機がある。
特開２００３−１１０６８１号公報 特開２００８−０４２８４６号公報 特開２００２−３００４４７号公報
特許文献１乃至３に記載の発明のように、カメラモジュールのデータから照度を検出することも可能ではある。しかしながら、単一露光時間での照度検出では、例えば、飽和している状態でも照度算出が行われてしまい、精度良い照度算出が行えない可能性がある。
本技術は、このような状況に鑑みてなされたものであり、より精度良く照度検出ができるようにするものである。
本技術の一側面の撮像素子は、複数の露光時間を制御する露光制御部と、前記露光時間で得られる複数のデータのうちの少なくとも１つのデータを用いて、飽和しているか否かを判定する判定部と、前記判定部により飽和していると判定された場合、前記判定に用いたデータとは異なるデータを用いて照度を算出する照度算出部とを備える。
前記判定部は、前記データの平均値を算出し、前記平均値としきい値との比較結果により、飽和しているか否かを判定するようにすることができる。
前記判定部は、第１の露光時間で得られるデータの平均値を算出し、前記平均値が、しきい値以上である場合、飽和していると判定し、前記照度算出部は、前記判定部により飽和していると判定された場合、前記第１の露光時間より短い第２の露光時間で得られるデータを取得し、照度を算出するようにすることができる。
前記データと第１のしきい値を比較する比較部と、前記比較部からの比較結果のうち、所定の条件を満たす比較結果をカウントするカウント部とをさらに備え、前記判定部は、前記カウント部によるカウント値と第２のしきい値との比較結果により、飽和しているか否かを判定するようにすることができる。
第１の露光時間で得られる前記データと第１のしきい値を比較する比較部と、前記比較部からの比較結果のうち、前記データが前記第１のしきい値以上である比較結果をカウントするカウント部とをさらに備え、前記判定部は、前記カウント部によるカウント値が、第２のしきい値以上である場合、飽和していると判定し、前記照度算出部は、前記判定部により飽和していると判定された場合、前記第１の露光時間より短い第２の露光時間で得られるデータを取得し、照度を算出するようにすることができる。
前記データと第１のしきい値を比較する比較部と、前記比較部からの比較結果として、前記データと前記第１のしきい値との比較結果を表すコードを出力する出力部と、前記出力部からの前記コードのうち、所定の条件を満たすコードをカウントするカウント部とをさらに備え、前記判定部は、前記カウント部によるカウント値と第２のしきい値との比較結果により、飽和しているか否かを判定するようにすることができる。
第１の露光時間で得られる前記データと第１のしきい値を比較する比較部と、前記比較部からの比較結果が、前記データが前記第１のしきい値以上であるか否かを表すコードを出力する出力部と、前記出力部からの前記コードのうち、前記データが前記第１のしきい値以上であることを表すコードをカウントするカウント部とをさらに備え、前記判定部は、前記カウント部によるカウント値が、第２のしきい値以上である場合、飽和していると判定し、前記照度算出部は、前記判定部により飽和していると判定された場合、前記第１の露光時間より短い第２の露光時間で得られるデータを取得し、照度を算出するようにすることができる。
本技術の一側面の撮像方法は、露光制御部、判定部、照度算出部を備える撮像素子の撮像方法において、前記露光制御部が、複数の露光時間を制御し、前記判定部が、前記露光時間で得られる複数のデータのうちの少なくとも１つのデータを用いて、飽和しているか否かを判定し、前記照度算出部が、前記判定部により飽和していると判定された場合、前記判定に用いたデータとは異なるデータを用いて照度を算出するステップを含む。
本技術の一側面の撮像装置、撮像方法においては、複数の露光時間が制御され、複数の露光時間で得られる複数のデータのうちの少なくとも１つのデータが用いられて、飽和しているか否かが判定され、飽和していると判定された場合、判定に用いられたデータとは異なるデータが用いられて照度が算出される。
本技術の一側面によれば、より精度良い照度検出が可能となる。
本技術を適用した固体撮像素子の一実施の形態の構成を示す図である。 ＡＤＣの動作について説明するためのタイミングチャートである。 照度算出に係わる判定処理について説明するためのフローチャートである。 飽和について説明するための図である。 固体撮像素子の他の実施の形態の構成を示す図である。 照度算出に係わる他の判定処理について説明するためのフローチャートである。 照度算出に係わる判定処理について説明するための図である。 飽和について説明するための図である。 固体撮像素子の他の実施の形態の構成を示す図である。 固体撮像素子の他の実施の形態の構成を示す図である。 照度算出に係わる他の判定処理について説明するためのフローチャートである。 照度算出に係わる判定処理について説明するための図である。 固体撮像素子の他の実施の形態の構成を示す図である。 裏面照射型の固体撮像素子の構成を示す図である。 撮像装置の構成を示す図である。 記録媒体について説明するための図である。
以下に、本技術を実施するための形態（以下、実施の形態という）について説明する。なお、説明は、以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態
２．第２の実施の形態
３．第３の実施の形態
４．第４の実施の形態
５．裏面照射型への適用
６．撮像装置の構成について
７．記録媒体について
＜第１の実施の形態＞
図１は、本技術を適用した実施の形態における固体撮像素子１００の構成を示す図である。図１に示した固体撮像素子１００は、列並列ＡＤＣ搭載固体撮像素子（ＣＭＯＳイメージセンサ）の構成例を示すブロック図である。
図１に示した固体撮像素子１００は、画素部１０１、ＡＤＣ１０２、水平転送走査回路１０３、デジタル−アナログ変換装置（ＤＡＣ）１０４、垂直走査回路１０５、演算制御部１０６、出力制御回路１０７、および出力制御回路１０８から構成されている。
画素部１０１は、フォトダイオード（光電変換素子）と画素内アンプとを含む単位画素１２１がマトリクス状（行列状）に配置されて構成される。また画素部１０１は、行列状の画素配列に対して行毎に画素駆動線（不図示）が図の左右方向（画素行の画素の配列方向）に沿って形成され、列ごとに垂直信号線１２２−１乃至１２２−Ｎが図の上下方向（画素列の画素の配列方向）に沿って形成されている。なお、以下の説明において、垂直信号線１２２−１乃至１２２−Ｎを個々に区別する必要がない場合、単に垂直信号線１２２と記述する。他の部分も同様の記載を行う。
垂直走査回路１０５は、シフトレジスタやアドレスデコーダなどによって構成され、画素部１０１の各画素を、全画素同時あるいは行単位等で駆動する画素駆動部である。この垂直走査回路１０５は、その具体的な構成については図示を省略するが、読み出し走査系と、掃き出し走査系あるいは、一括掃き出し、一括転送を有する構成となっている。
垂直走査回路１０５によって選択走査された画素行の各単位画素から出力される画素信号は、垂直信号線１２２−１乃至１２２−Ｎの各々を通してＡＤＣ１０２−１乃至１０２−Ｎに供給される。ＡＤＣ１０２は、画素部１０１の画素列ごとに、選択行の各単位画素から垂直信号線１２２を通して出力される画素信号に対して所定の信号処理を行い、水平転送走査回路１０３に供給される。ＡＤＣ１０５における処理については、図２を参照して後述する。
水平転送走査回路１０３は、シフトレジスタやアドレスデコーダなどによって構成され、ＡＤＣ１０２−１乃至１０２−Ｎの画素列に対応する単位回路を順番に選択する。この水平転送走査回路１０３による選択走査により、ＡＤＣ１０２で信号処理された画素信号が順番に演算制御部１０６に出力される。
ここで、図２を参照し、ＡＤＣ１０２における処理について説明する。ＡＤＣ１０２は、比較器１４１とカウンタ１４２から構成される。図２は、ＡＤＣ１０２のタイミングチャートである。図１に示したＡＤＣ１０２においては、比較器１４１でＤＡＣ１０４から参照電圧Ｖrampのスイープが開始されると同時に、カウンタ１４２のカウント動作が開始される。参照電圧Ｖrampが入力電圧VSLを下回った際に、比較器１４１の出力信号VCOがハイレベルからローレベルに反転する。この立ち下りエッジでカウンタ１４２のカウント動作が停止される。カウント値VCNTは参照電圧Ｖrampがスイープした電圧幅と１対１の関係であり、このカウント値VCNTが入力電圧をアナログデジタル（ＡＤ）変換した結果となる。
ＡＤＣ１０２からのデータは、水平転送走査回路１０３の処理により、演算制御部１０６に供給される。演算制御部１０６は、画像信号処理部１６１、データ選択部１６２、照度算出部１６３、判定部１６４、および露光制御部１６５を含む構成とされている。画像信号処理部１６１は、水平転送走査回路１０３からのデータを処理し、画像信号を生成し、出力制御回路１０８に出力する。水平転送走査回路１０３からのデータは、データ選択部１６２と判定部１６４にも供給される。
データ選択部１６２は、判定部１６４による判定の結果に応じたデータを選択し、照度算出部１６３に出力する。判定部１６４は、長蓄積データを選択するか、短蓄積データを選択するかを判定し、その判定結果を、データ選択部１６２と露光制御部１６５に出力する。長蓄積データは、第１の露光時間に対応した第１のデジタル電気信号出力であり、短蓄積データは、第２の露光時間に対応した第２のデジタル電気信号出力である。第１の露光時間は、第２の露光時間より長い時間とされている。
長蓄積データは、長時間露光されたときに得られるデータであり、短蓄積データは、短時間露光されたときに得られるデータである。第１の露光時間と第２の露光時間は、固定された時間であっても良いし、所定の条件において可変とされる時間であっても良い。
判定部１６４は、供給される長蓄積データと短蓄積データから、所定の演算にてデータを生成し、そのデータに基づいて、飽和している状態か否かを判断し、飽和していないと判断される露光時間を判定結果として出力する。飽和していないと判定された露光時間に対応するデータが、データ選択部１６２において選択され、照度算出部１６３に出力される。照度算出部１６３は、データ選択部１６２において選択された長蓄積データまたは短蓄積データを用いて照度を算出し、出力制御回路１０７に出力する。
照度は、以下の式（１）に基づき算出される。
照度＝（長蓄積データまたは短蓄積データ［ＬＳＢ］×１ＬＳＢ電圧値［ｍＶ／ＬＳＢ］）
／（感度［ｍｖ／（ｌuｘ・ｓ）］×長蓄積時間または短蓄積時間［ｓ］）
・・・（１）
式（１）において、“長蓄積データまたは短蓄積データ”の部分は、選択されたデータが用いられ、“長蓄積時間または短蓄積時間”の部分は、選択されたデータに対応する蓄積時間（露光時間）が用いられる。
判定部１６４による判定結果は、露光制御部１６５にも供給され、露光の制御、例えば、短時間露光にするか、長時間露光にするかの制御に用いられる。露光制御部１６５は、垂直走査回路１０５を制御し、垂直方向での読み出しタイミングを制御する。
第１の実施の形態として、判定部１６４による判定が、供給された長蓄積データまたは短蓄積データの平均値を算出することで行われる形態を例に挙げて説明する。図３は、照度の算出に係わる処理について説明するためのフローチャートである。
ステップＳ１０１において、判定部１６４は、長蓄積データを取得する。この長蓄積データは、各単位画素１２１において、第１の露光時間だけ露光された間に蓄積された電荷量に関するデータである。画素部１０１を構成する全ての単位画素１２１から電荷量に関するデータが取得されるようにしても良いが、間引いた状態で取得されるようにしても良い。
例えば、全画素行ではなく、間引いた画素行で垂直走査され、走査された画素行から、列毎の垂直信号線１２２に、入射光量に応じた出力がされるようにしても良い。間引いた画素行で垂直走査されることで、消費電力の低減や、平均値を出すために一旦データを記憶するためのバッファの容量を小さくすることが可能となる。また、扱うデータ量が少なくなることで、処理能力の低減をはかることが可能となる。
このような間引いたデータを取得する場合、照度を算出するためのデータ取得時には、そのような読み出しが行われるように、露光制御部１６５は、判定部１６４からの指示に基づき垂直走査回路１０５を制御する。判定部１６４は、照度算出時には、露光制御部１６５に指示を出す。このことにより、露光制御部１６５は、照度算出時の読み出しの制御と、画像信号を取得するための読み出しの制御を切り替えることが可能となる。
ステップＳ１０２において、判定部１６４は、長蓄積データから平均値を算出する。このステップＳ１０２において算出された平均値が、飽和したときの値（しきい値）を超えていないか否かが判断されることで、長時間露光のときに、飽和状態でないか否かが判定される。
ステップＳ１０３において、判定部１６４により、飽和しているか否かの判定が行われる。ステップＳ１０３において、飽和していないと判定された場合、すなわち長時間露光で飽和していないと判定された場合、ステップＳ１０４に処理が進められる。ステップＳ１０４において、長蓄積データが選択される。
判定部１６４が、長蓄積データが選択されたことを、データ選択部１６２に通知すると、データ選択部１６２は、長蓄積データを選択し、照度算出部１６３に出力する。照度算出部１６３は、ステップＳ１０６において、データ選択部１６２において選択され、出力された長蓄積データを取得し、上記式（１）に基づき、照度を算出し、出力制御回路１０７に出力される。
一方、ステップＳ１０３において、飽和していると判定された場合、すなわち長時間露光だと飽和してしまうと判定された場合、ステップＳ１０５に処理が進められる。ステップＳ１０５において、短蓄積データが選択される。
判定部１６４が、短蓄積データが選択されたことを、データ選択部１６２に通知すると、データ選択部１６２は、短蓄積データを選択し、照度算出部１６３に出力する。データ選択部１６２に、長蓄積データが供給された後、短蓄積データが供給されるように構成されていた場合、長蓄積データに基づき、判定部１６４による判定が行われた間に、短蓄積データが取得され、その短蓄積データが選択されるように構成することができる。
照度算出部１６３は、ステップＳ１０６において、データ選択部１６２において選択され、出力された短蓄積データを取得し、上記式（１）に基づき、照度を算出し、出力制御回路１０７に出力される。
なおここでは、長蓄積データから平均値が求められ、長時間露光では飽和してしまうか否かが判定されるとして説明したが、短蓄積データから平均値が求められ、判定が行われるようにしても良い。短蓄積データから平均値が求められ、判定が行われるようにした場合、算出された平均値が、所定のしきい値よりも小さいか否かが判定される。
平均値が所定のしきい値より小さい場合、露光時間が短いと判定され、不十分な出力であるため、長時間露光での長蓄積データが選択される。一方で、平均値が所定のしきい値より大きい場合、露光時間が十分であると判定され、短時間露光での短蓄積データが選択される。このように、短蓄積データの平均値を用いた場合でも、露光時間が適切であるか否かの判定を行うことが可能であり、長蓄積データまたは短蓄積データの選択に係わる判定を行うことができる。
また、短蓄積データから平均値が求められ、判定が行われるようにした場合、データ選択部１６２には、短蓄積データが供給された後、長蓄積データが供給されるようにすれば、上記した場合と同じく、判定部１６４による短蓄積データに基づく判定が行われた後に、長蓄積データをデータ選択部１６２が取得できる構成とすることができる。
なおここでは、長蓄積データまたは短蓄積データから平均値が求められ、判定が行われるとして説明をしたが、長蓄積データと短蓄積データのそれぞれから平均値が求められ、判定が行われるように構成することも可能である。
例えば、長蓄積データから求められた平均値が所定の値以上であるために、長時間露光では飽和してしまうと判断され、短蓄積データから求められた平均値が所定の値以下であるために、短時間露光では露光時間が足りないと判断されるような状況にも対応することができる。このような状況のときには、長時間露光と短時間露光（第１の露光時間と第２の露光時間）との間の露光時間が用いられるようにするという制御が可能となり、より細かい照度制御が可能となる。
このように、長蓄積データまたは短蓄積データから平均値が求められ、飽和しているか否かの判定が行われるようにすることで、適切な照度を算出し、その照度に基づいた制御を行うことが可能となる。
ここでは、長蓄積データと短蓄積データの２つのデータが用いられる例を挙げて説明したが、複数のデータが用いられるように構成することも可能である。露光制御部１６５を、複数の露光時間を制御することが可能な構成とし、複数の露光時間のうちの１つの露光時間で制御されたときのデータが、判定部１６４により取得されるように構成する。
判定部１６４は、取得されたデータから平均値を算出し、そのデータが取得された露光時間では飽和してしまうか否かを判定する。その判定結果に応じて、例えば、飽和していると判定されたときには、異なるデータを用いて照度が算出されるように、データ選択部１６２がデータを選択し、照度算出部１６３に対して出力されるように構成する。
また、露光制御部１６５は、データ選択部１６２と照度算出部１６３が、異なるデータを用いて照度が算出できるように、露光時間を制御するように構成する。
このように、露光制御部１６５で、複数の露光時間が制御できるようにし、判定部１６４で、複数の露光時間から得られる複数のデータのうちの少なくとも１つのデータを用いて、飽和しているか否かが判定されるように構成することも可能である。また、飽和していると判定されるときには、飽和していないであろう他のデータ（判定に用いられたデータとは異なるデータ）が、データ選択部１６２により選択され、照度算出部１６３により選択されたデータから照度が算出されるように構成することも可能である。
上記した平均値を算出し、その平均値で飽和しているか否かの判定を行う場合、特定の条件下で飽和レベルを超えている画素があっても、長蓄積データが選択され、判定が行われる可能性がある。図４を参照し、特定の条件下で飽和レベルを超えている画素がある場合について説明する。
図４Ａ乃至Ｃに示したグラフは、入力光分布に関するグラフである。図４Ａ乃至Ｃにおいて、太線の直線の実線は飽和レベルを表し、細線の直線の実線はしきい値を表し、直線の点線は算出された平均値を表し、曲線の実線は、平均値が算出された基のデータである長蓄積データの分布を表す。
図４Ａ乃至Ｃは、しきい値より平均値が小さい場合であるため、長蓄積データが照度算出のためのデータとして選択される。このような場合であり、図４Ａに示したような長蓄積データの全てが、飽和レベルを下回っている場合、長蓄積データが選択され、長蓄積データから照度が算出されるのは正しい処理である。
図４Ｂに示したように、長蓄積データの一部が、飽和レベルを超えているような場合であっても、その飽和レベルを超えた部分以外の部分の値が低ければ、平均値としては、しきい値以下になることもある。例えば、画像内の一部分に光源があり、その光源は明るいが、その光源の周りは暗いような局所光源の画像の場合、図４Ｂに示したような状態になる可能性がある。
また、例えば、徐々に明るくなるようなグラデーションの画像の場合、図４Ｃに示したように、長蓄積データの一部が、飽和レベルを超えてしまう可能性がある。
図４Ｂに示した状態や図４Ｃに示した状態の場合であっても、平均値はしきい値以下であるため、長蓄積データが選択され、長蓄積データから照度が算出されてしまう。このような場合、照度算出の精度が低下してしまう。このような局所光源や、グラデーションなどが撮影されるときの照度を精度良く算出するために、平均値以外のデータを用いて判定を行う実施の形態を以下に説明する。
＜第２の実施の形態＞
図５は、第２の実施の形態における固体撮像素子２００の構成を示す図である。図５に示した固体撮像素子２００は、画素部１０１、ＡＤＣ１０２、水平転送走査回路１０３、ＤＡＣ１０４、垂直走査回路１０５、出力制御回路１０７、出力制御回路１０８、および演算制御部２０１から構成されている。
図５に示した固体撮像素子２００は、図１に示した固体撮像素子１００と比較し、演算制御部２０１の構成が、図１に示した演算制御部１０６と異なり、他の部分は同様である。図１に示した固体撮像素子１００と同一の部分には同一の符号を付し、その説明は適宜省略する。
演算制御部２０１は、画像信号処理部２０２、データ選択部２０３、照度算出部２０４、飽和判定部２０５を含み、飽和判定部２０５は、スイッチ２１１、デジタルコンパレータ２１２、カウンタ２１３、判定部２１４を含む構成とされている。
演算制御部２０１のデータ選択部２０３と、スイッチ２１１を介してデジタルコンパレータ２１２には、水平転送走査回路１０３から、長蓄積データまたは短蓄積データが供給される。デジタルコンパレータ２１２には参照電圧Ｖrefが供給されており、この参照電圧Ｖrefと長蓄積データまたは短蓄積データが比較される。ここでは、長蓄積データが比較されるとして説明を続ける。
カウンタ２１３は、デジタルコンパレータ２１２から出力されるデータのうち、長蓄積データの方が、参照電圧Ｖrefよりも大きいと判定されたデータの数をカウントする。判定部２１４は、カウンタ２１３でカウントされた値が、しきい値以上であるか否かを判定する。例えば、判定部２１４におけるしきい値は、長蓄積データを取得する画素数の５％の数と設定される。
長蓄積データは、各単位画素１２１において、第１の露光時間だけ露光された間に蓄積された電荷量に関するデータとすることができる。また、全画素行ではなく、間引いた画素行で垂直走査され、走査された画素行から、列毎の垂直信号線１２２に、入射光量に応じた出力がされるようにしても良い。
間引いたデータを取得する場合、照度を算出するためのデータ取得時には、そのような読み出しが行われるように、露光制御部２０６は、判定部２１４からの指示に基づき垂直走査回路１０５を制御する。判定部２１４は、照度算出時には、露光制御部２０６に指示を出す。このことにより、露光制御部２０６は、照度算出時の読み出しの制御と、画像信号を取得するための読み出しの制御を切り替えることが可能となる。
図５では図示していないが、このような切り換えの指示を出すための信号線が、判定部２１４から露光制御部２０６に設けられる。または、露光制御部２０６に、図示していない制御部から、そのような切り替えの信号が供給されるようにしても良い。
図６のフローチャートを参照し、固体撮像素子２００における照度の算出に係わる処理について説明する。ステップＳ２０１において、Ｎ＝Ｎ＋１に設定される。Ｎの初期値は０であり、処理すべき画素を特定するための値である。例えば、画素部１０１の左上に位置する画素から右下に位置する画素の順に番号が割り当てられ、その番号にＮの値がなったとき、その番号が割り当てられた画素のデータが処理対象とされる。
ステップＳ２０２において、Ｎ個目の長蓄積データがしきい値以上であるか否かが判定される。デジタルコンパレータ２１２は、入力されたＮ個目の長蓄積データが、参照電圧Ｖref（しきい値）以上である場合、プラスの値を出力し、しきい値以下の場合、マイナスの値を出力する。カウンタ２１３は、デジタルコンパレータ２１２からの値が、プラスの場合、処理対象とされた長蓄積データは、しきい値以上である判定し、マイナスの場合、処理対象とされた長蓄積データは、しきい値以下であると判定する。
参照電圧Ｖrefは、飽和レベル値よりも小さい値であるが、その値を超えると飽和する可能性が高い値とされ、飽和している状態であるか否かの判定を行う際のしきい値として用いられる。デジタルコンパレータ２１２で用いられるしきい値は、例えば、飽和レベルの９０％の値として設定されている。このしきい値は、固定値であっても良いし、可変値であっても良い。なお、９０％とは一例であり、限定を示すものではない。
ステップＳ２０２において、処理対象とされた長蓄積データは、しきい値以上であると判定された場合、ステップＳ２０３に処理が進められる。ステップＳ２０３において、カウンタ２１３は、カウンタ値を１だけ増加した値に更新する。
ステップＳ２０３の処理後、またはステップＳ２０２において、処理対象とされた長蓄積データは、しきい値以上ではない判定された場合、処理はステップＳ２０４に進められる。ステップＳ２０４において、Ｎが処理対象とされる画素数に達したか否かが判定される。ステップＳ２０４において、Ｎ＝対象画素数ではないと判定された場合、ステップＳ２０１に処理が戻され、それ以降の処理が繰り返される。すなわち、次の画素が処理対象の画素に設定され、しきい値以上であるか否かの判定がなされる。
一方、ステップＳ２０４において、Ｎ＝対象画素数であると判定された場合、ステップＳ２０５に処理が進められる。ステップＳ２０５において、判定部２１４により、カウンタ２１３でカウントされたカウント値は、しきい値以上であるか否かが判定される。判定部２１４におけるしきい値は、例えば、処理対象とされた画素数、換言すれば、ステップＳ２０４における処理で、Ｎ＝対象画素数との判定が行われるときの対象画素数の５％の個数とされる。
なお、５％とは一例であり、限定を示すものではなく、単位画素１２１の特性などを考慮して、設定される。また、判定部２１４におけるしきい値は、固定値であっても良いし、可変値であっても良い。
ステップＳ２０５において、カウント値はしきい値以上ではないと判定された場合、ステップＳ２０６に処理が進められる。ステップＳ２０６において、長蓄積データが選択される。この場合、長時間露光で飽和していないと判定されたことになるので、ステップＳ２０６に処理が進められ、長蓄積データが選択される。
判定部２１４が、長蓄積データが選択されたことを、データ選択部２０３に通知すると、データ選択部２０３は、長蓄積データを選択し、照度算出部２０４に出力する。照度算出部２０４は、ステップＳ２０８において、データ選択部２０３において選択され、出力された長蓄積データを取得し、上記式（１）に基づき、照度を算出し、出力制御回路１０７に出力する。
一方、ステップＳ２０５において、カウント値はしきい値以上であると判定された場合、すなわち、長時間露光だと飽和してしまうと判定された場合、ステップＳ２０７に処理が進められる。ステップＳ２０７において、短蓄積データが選択される。
判定部２１４が、短蓄積データが選択されたことを、データ選択部２０３に通知すると、データ選択部２０３は、短蓄積データを選択し、照度算出部２０４に出力する。照度算出部２０４は、ステップＳ２０８において、データ選択部２０３において選択され、出力された短蓄積データを取得し、上記式（１）に基づき、照度を算出し、出力制御回路１０７に出力する。
なおここでは、長蓄積データとしきい値（第１のしきい値とする）が比較され、第１のしきい値以上の値を有するデータ数がカウントされ、そのカウント値がしきい値（第２のしきい値とする）以上であるか否かが判定されることで、長時間露光では飽和してしまうか否かが判定されるとして説明した。
しかしながら、長蓄積データではなく短蓄積データから判定が行われるようにしても良い。短蓄積データと第３のしきい値が比較されるようにした場合、短蓄積データが、第３のしきい値以下であるか否かが判定される。
短蓄積データが第３のしきい値以下であると判定され、カウントされたカウント値が、第４のしきい値以上である場合、露光時間が短いと判定され、不十分な出力であるため、長時間露光での長蓄積データが選択される。
一方で、カウント値が第４のしきい値以下である場合、露光時間が十分であると判定され、短時間露光での短蓄積データが選択される。このように、短蓄積データから得られるカウント値を用いた場合でも、露光時間が適切であるか否かの判定を行うことが可能であり、長蓄積データまたは短蓄積データの選択に係わる判定を行うことができる。
ここで、図７を参照し、再度、固体撮像素子２００における照度の算出に係わる処理について説明する。時刻Ｔ１から時刻Ｔ２は、第１の露光時間（長蓄積時間）に相当し、その第１の露光時間で露光されたデータが、飽和判定部２０５（図５）により取得される。飽和判定部２０５では、ステップＳ２０１乃至Ｓ２０４の処理が繰り返されることで、デジタルコンパレータ２１２でしきい値を超えた値の個数がカウントされる。
時刻Ｔ２の時点で、判定部２１４により判定が行われる。この処理は、ステップＳ２０５における処理に該当する。時刻Ｔ２の時点で判定が行われた結果、長蓄積データが選択されるか、短蓄積データが選択されるかが決定される。時刻Ｔ３から時刻Ｔ４は、第２の露光時間（短蓄積時間）に相当し、その第２の露光時間で露光されたデータが、必要に応じて取得される。
判定部２１４による判定で、長蓄積データを選択すると判定されていた場合には、データ選択部２０３において、長蓄積データが選択される（ステップＳ２０６の処理に該当）。このときデータ選択部２０３において選択される長蓄積データは、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２の第１の露光時間で得られた長蓄積データであっても良いし、時刻Ｔ５から時刻Ｔ６の第１の露光時間で得られた長蓄積データであっても良い。
一方、判定部２１４による判定で、短蓄積データを選択すると判定されていた場合には、データ選択部２０３において、短蓄積データが選択される（ステップＳ２０７の処理に該当）。このときデータ選択部２０３において選択される短蓄積データは、時刻Ｔ３から時刻Ｔ４の第２の露光時間で得られた短蓄積データである。
照度算出部２０４は、長蓄積データまたは短蓄積データから照度を算出し、出力する（ステップＳ２０８の処理に該当）。照度の出力は、例えば、時刻Ｔ６の時点で行われる。時刻Ｔ６の時点では、長蓄積データと短蓄積データの両方が取得されている状態であるため、長蓄積データと短蓄積データのどちらが選択されても、照度を算出することができる。
なお、長蓄積データが選択された場合、時刻Ｔ３から時刻Ｔ４の間で行われる短蓄積データの取得は、省略するようにしても良い。また、長蓄積データが選択された場合であり、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２の間で取得された長蓄積データが照度算出のために用いられるようにした場合、時刻Ｔ２から時刻Ｔ３の間で照度が算出され、出力されるようにしても良い。
また、図７に示した例では、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの第１の露光時間で取得される長蓄積データと、時刻Ｔ３から時刻Ｔ４までの第２の露光時間で取得される短蓄積データをペアとしたが、例えば、時刻Ｔ３から時刻Ｔ４までの第２の露光時間で取得される短蓄積データと、時刻Ｔ５から時刻Ｔ６までの第１の露光時間で取得される長蓄積データをペアとしても良い。
このように、第１のしきい値を超えた長蓄積データをカウントし、そのカウントされたカウント値が第２のしきい値を超えたか否かを判断することで、飽和状態であるか否かを判定することで、より精度良く照度を算出することができる。ここで、図８を参照し、飽和したデータを用いずに照度を算出することができることについて説明を加える。
図８Ａ乃至Ｃは、図４Ａ乃至Ｃに示したグラフと同じく、入力光分布に関するグラフである。図４Ａ乃至Ｃと同じく、図８Ａ乃至Ｃにおいて、太線の直線の実線は飽和レベルを表し、細線の直線の実線は第１のしきい値を表し、曲線の実線は、第１のしきい値と比較された長蓄積データの分布を表す。
図８Ａ乃至Ｃにおいて、楕円を付した部分は、第１のしきい値を超えている。この第１のしきい値を超えているデータ数が、判定部２１４における第２のしきい値を超えていなければ、長蓄積データが選択され、超えていれば短蓄積データが選択される。第２のしきい値は、例えば、長蓄積データのデータ数の５％にあたる数とされる。
図４Ｂを参照して説明したように、局所光源がある画像を撮像しているような場合、画像内の一部分の画素が飽和状態となる可能性がある。このような局所光源があるような場合であっても、図８Ｂに示したように、第１のしきい値を超えるデータ数が、第２のしきい値以上であれば、長蓄積データは飽和していると判定され、照度算出には用いられないようにすることができる。よって、飽和レベルを超えるようなデータを用いて照度が算出されるようなことを防ぐことができる。
また図４Ｃを参照して説明したように、徐々に明るくなるようなグラデーションがかかった画像を撮像している場合も、画像内の一部分の画素が飽和状態となる可能性がある。このようなグラデーションがあるような場合であっても、図８Ｃに示したように、第１のしきい値を超えるデータ数が、第２のしきい値以上であれば、長蓄積データは飽和していると判定され、照度算出には用いられないようにすることができる。よって、飽和レベルを超えるようなデータを用いて照度が算出されるようなことを防ぐことができる。
このように、第１のしきい値を超えた長蓄積データをカウントし、そのカウントされたカウント値が第２のしきい値を超えたか否かを判断することで、飽和状態であるか否かを判定することで、より精度良く照度を算出することができる。また、第１のしきい値を超えた長蓄積データをカウントするために必要な構成は簡易な構成とすることができ、低消費電力を実現できる。
なおここでは、長蓄積データと短蓄積データの２つのデータが用いられる例を挙げて説明したが、複数のデータが用いられるように構成することも可能である。露光制御部２０６を、複数の露光時間を制御することが可能な構成とし、複数の露光時間のうちの１つの露光時間で制御されたときのデータが、デジタルコンパレータ２１２により取得されるように構成する。
デジタルコンパレータ２１２からの比較結果は、カウンタ２１３に供給され、上記した場合と同じく、所定の条件、例えば、しきい値以上であるとの条件を満たすデータ数がカウントされる。そのカウント値に基づき、判定部２１４は、そのデータが取得された露光時間では飽和してしまうか否かを判定する。その判定結果に応じて、例えば、飽和していると判定されたときには、異なるデータを用いて照度が算出されるように、データ選択部２０３がデータを選択し、照度算出部２０４に対して出力されるように構成する。
このように、露光制御部２０６で、複数の露光時間が制御できるようにし、判定部２１４で、複数の露光時間から得られる複数のデータのうちの少なくとも１つのデータを用いて、飽和しているか否かが判定されるように構成することも可能である。また、飽和していると判定されるときには、飽和していないであろう他のデータ（判定に用いられたデータとは異なるデータ）が、データ選択部２０３により選択され、照度算出部２０４により選択されたデータから照度が算出されるように構成することも可能である。
＜第３の実施の形態＞
図９は、第３の実施の形態における固体撮像素子３００の構成を示す図である。図５に示した固体撮像素子３００は、画素部１０１、水平転送走査回路１０３、垂直走査回路１０５、出力制御回路１０７、出力制御回路１０８、ＤＡＣ３１０、カウンタ制御部３２０、ＡＤＣ３３０、および演算制御部３４０から構成されている。
図９に示した固体撮像素子３００は、図１に示した固体撮像素子１００と比較し、画素部１０１、水平転送走査回路１０３、垂直走査回路１０５、出力制御回路１０７、出力制御回路１０８の構成は同じであるため、固体撮像素子１００と同一の部分には同一の符号を付し、その説明は適宜省略する。
ＤＡＣ３１０は、Ｖslop３１１、Ｖcons３１２、およびスイッチ３１３を備える。カウンタ制御部３２０は、１０bit count３２１、１bit count３２２、およびスイッチ３２３を備える。ＡＤＣ３３０は、比較器３３１とカウンタ３３２を備える。
固体撮像素子３００の出力制御回路１０８から画像信号を出力する場合、図１０に示すように、ＤＡＣ３０１のスイッチ３１３は、Ｖslop３１１側に接続される。また、図１０に示すように、カウント制御部３２０のスイッチ３２３は、１０bit count３２１側に接続される。
画像信号が生成されるときには、ＤＡＣ３１０のＶslop３１１から、図２を参照して説明した参照電圧Ｖrampの信号が生成され、ＡＤＣ３３０−１乃至３３０−Ｎの比較器３３１−１乃至３３１−Ｎのそれぞれに供給される。また、ＡＤＣ３３０−１乃至３３０−Ｎのカウンタ３３２−１乃至３３２−Ｎのそれぞれには、カウンタ制御部３２０の１０bit count３２１から、１０bitでの出力をするように指示する制御信号が供給される。
一方で、固体撮像素子３００の出力制御回路１０７から照度信号を出力する場合、図９に示すように、ＤＡＣ３０１のスイッチ３１３は、Ｖcons３１２側に接続される。また、図９に示すように、カウント制御部３２０のスイッチ３２３は、１bit count３２２側に接続される。
照度信号が生成されるときには、ＤＡＣ３１０のＶcons３１２から、定電圧Ｖconsが生成され、ＡＤＣ３３０−１乃至３３０−Ｎの比較器３３１−１乃至３３１−Ｎのそれぞれに供給される。また、ＡＤＣ３３０−１乃至３３０−Ｎのカウンタ３３２−１乃至３３２−Ｎのそれぞれには、カウンタ制御部３２０の１bit count３２２から、１bitでの出力をするように指示する制御信号が供給される。
以下の説明は、照度信号の生成に係わるため、図９に示した固体撮像素子３００のブロック図を参照しながら説明を続ける。また、ここでは、第１の露光時間（長蓄積）のときに、照度算出のための長蓄積データが取得され、図９に示したような状態にスイッチ３１３、スイッチ３２３がそれぞれ接続されるとして説明を続ける。
第１の露光時間（長蓄積）のときのＡＤＣ３３０の動作は、比較器（コンパレータ）３３１の一方に、ＤＡＣ３１０のＶcons３１２からの定電圧Ｖconsが入力され、他方に垂直信号線１２２を介した単位画素１２１からの入力電圧Ｖslが入力される。定電圧Ｖconsは、参照電圧として用いられ、この参照電圧はしきい値として用いられる。また、この参照電圧は、図５に示した飽和判定部２０５のデジタルコンパレータ２１２の参照電圧Vref(デジタル)に相当するアナログ電圧である。
ＡＤＣ３３０では、比較器３３１で参照電圧（低電圧Ｖcons）と入力電圧Vslとが比較され、比較器３３１の出力信号が反転したことをトリガとして、反転した比較器３３１の出力信号に応答して１bit count３２２で生成されたデジタルコード（例えば、参照電圧より大奇異場合１、小さい場合０）をカウンタ３３２（ラッチ部）へラッチする。
ラッチされたデジタルコードは、水平転送走査回路１０３により、列毎に演算制御部３４０に転送される。このＤＡＣ３１０、カウンタ制御部３２０、およびＡＤＣ３３０の動作により第２の実施の形態のカウンタ２１３（図５）が得られるデジタルコンパレータ２１２からの出力に相当する出力が、水平転送走査回路１０３からの出力で得られる。
このような構成となることで、演算制御部３４０では、デジタルコンパレータ２１２を備えない構成とすることができ、図９に示したような構成となる。演算制御部３４０は、画像信号処理部３４１、照度算出部３４２、飽和判定部３４３、露光制御部３４４を含み、飽和判定部３４３は、カウンタ３５１、判定部３５２を含む構成とされている。
演算制御部３４０には、水平転送走査回路１０３から、１または０の値を有するデジタルコードが供給される。デジタルコードは、飽和判定部３４３のカウンタ３５１に供給される。カウンタ３５１は、デジタルコードの値が１であるデータ数をカウントする。判定部３５２は、カウンタ３５１でカウントされたカウント値が、しきい値以上であるか否かを判定する。
カウンタ３５１と判定部３５２の処理は、図５のカウンタ２１３と判定部２１４の処理と基本的に同様である。すなわち、判定部３５２は、カウンタ３５１でカウントされたカウント値が、設定されているしきい値以上の場合、長蓄積露光では飽和すると判定する。
判定部３５２での判定結果は、露光制御部３４４に供給される。判定部３５２で、長蓄積露光では飽和すると判定された場合、露光制御部３４４で短蓄積露光制御が選択され、露光が開始される。
一方で、カウンタ３５１でカウントされたカウント値が、設定されているしきい値以下の場合、判定部３５２により長蓄積露光では飽和しないと判定され、露光制御部３４４で長蓄積露光制御が選択され、露光が開始される。
このような、固体撮像素子３００における照度の算出に係わる処理について、図１１のフローチャートを参照して説明する。ステップＳ３０１において、カウンタ３５１は、Ｎ＝Ｎ＋１に設定する。Ｎの初期値は０であり、処理すべき画素（処理すべきデジタルコード）を特定するための値である。例えば、画素部１０１の左上に位置する画素から右下に位置する画素の順に番号が割り当てられ、その番号にＮの値がなったとき、その画素のデジタルコードが処理対象とされる。
ステップＳ３０２において、Ｎ個目の画素の値が１であるか否かが判定される。カウンタ３５１には、水平転送走査回路１０３から、１または０の値を有するデジタルコードが供給される。カウンタ３５１は、供給されたデジタルコードが１の場合、カウンタ値を１だけ増加し、供給されたデジタルコードが０の場合、カウントせずに次のデジタルコードに処理を移行する。
すなわち、ステップＳ３０２において、処理対象とされたデジタルコードの値は１である判定された場合、ステップＳ３０３に処理が進められ、カウンタ３５１は、カウンタ値を１だけ増加した値に更新する。
ステップＳ３０３の処理後、またはステップＳ３０２において、処理対象とされたデジタルコードの値は、１ではない判定された場合、処理はステップＳ３０４に進められる。ステップＳ３０４において、Ｎが処理対象とされる画素数に達したか否かが判定される。ステップＳ３０４において、Ｎ＝対象画素数ではないと判定された場合、ステップＳ３０１に処理が戻され、それ以降の処理が繰り返される。すなわち、次の画素が処理対象の画素に設定され、その画素からのデジタルコードの値が１であるか否かの判定がなされる。
一方、ステップＳ３０４において、Ｎ＝対象画素数であると判定された場合、ステップＳ３０５に処理が進められる。ステップＳ３０５において、判定部３５２により、カウンタ３５１でカウントされたカウント値は、しきい値以上であるか否かが判定される。判定部３５２におけるしきい値は、例えば、処理対象とされた画素数、換言すれば、ステップＳ３０４における処理で、Ｎ＝対象画素数との判定が行われるときの対象画素数の５％の個数とされる。
ステップＳ３０５において、カウント値はしきい値以上ではないと判定された場合、ステップＳ３０６に処理が進められる。ステップＳ３０６において、長蓄積露光時間が設定される。この場合、長時間露光で飽和していないと判定されたことになるので、ステップＳ３０６に処理が進められ、長蓄積露光時間が設定される。
判定部３５２は、長蓄積露光時間が選択されたことを、露光制御部３４４に通知する。露光制御部３４４は、長蓄積露光時間で、垂直走査回路１０５による読み出しを制御することで、照度算出部３４２には、長蓄積露光時間で露光されたときの長蓄積データが供給される。ステップＳ３０８において、照度算出部３４２は、長蓄積データを取得する。そして、ステップＳ３０９において、照度算出部３４２は、上記式（１）に基づき、照度を算出し、出力制御回路１０７に出力する。
一方、ステップＳ３０５において、カウント値はしきい値以上であると判定された場合、すなわち、長時間露光だと飽和してしまうと判定された場合、ステップＳ３０７に処理が進められる。ステップＳ３０７において、短蓄積露光時間が設定される。
判定部３５２は、短蓄積露光時間が選択されたことを、露光制御部３４４に通知する。露光制御部３４４は、短蓄積露光時間で、垂直走査回路１０５による読み出しを制御することで、照度算出部３４２には、短蓄積露光時間で露光されたときの短蓄積データが供給される。ステップＳ３０８において、照度算出部３４２は、短蓄積データを取得する。そして、ステップＳ３０９において、照度算出部３４２は、上記式（１）に基づき、照度を算出し、出力制御回路１０７に出力する。
ここで、図１２を参照し、再度、固体撮像素子３００における照度の算出に係わる処理について説明する。時刻Ｔ１１から時刻Ｔ１２は、第１の露光時間（長蓄積露光時間）に相当し、その第１の露光時間で露光されたデジタルコードが、カウンタ３５１（図９）により、ステップＳ３０１乃至Ｓ３０４の処理が繰り返されることで取得される。
時刻Ｔ１２の時点で、判定部３５２により判定が行われる。この処理は、ステップＳ３０５における処理に該当する。時刻Ｔ１２の時点で判定が行われた結果、長蓄積露光時間が設定されるか、短蓄積露光時間が設定されるかが決定される。短蓄積露光時間が設定された場合（ステップＳ３０７の処理が実行される場合）、時刻Ｔ１３から時刻Ｔ１４の第２の露光時間（短蓄積時間）で露光されたデータが取得される。
判定部２１４による判定で、長蓄積露光時を設定すると判定されていた場合、露光制御部３４４に長蓄積露光時間が設定され、長蓄積データが、照度算出部３４２に供給される（ステップＳ３０６の処理に該当）。このとき照度算出部３４２に供給される長蓄積データは、時刻Ｔ１１から時刻Ｔ１２の第１の露光時間で得られた長蓄積データであっても良いし、時刻Ｔ１５から時刻Ｔ１６の第１の露光時間で得られた長蓄積データであっても良い。
照度算出部３４２は、長蓄積データまたは短蓄積データから照度を算出し、出力する（ステップＳ３０８，Ｓ３０９の処理に該当）。照度の出力は、例えば、時刻Ｔ１６の時点で行われる。時刻Ｔ１６の時点では、長蓄積データと短蓄積データの両方が取得できている状態であるため、長蓄積データと短蓄積データのどちらが選択されても、照度を算出することができる。
なお、長蓄積露光時間が設定された場合、時刻Ｔ１３から時刻Ｔ１４の間で行われる短蓄積データの取得は、省略するようにしても良い。また、長蓄積露光時間が設定された場合であり、時刻Ｔ１１から時刻Ｔ１２の間で取得された長蓄積データが照度算出のために用いられるようにした場合、時刻Ｔ１２から時刻Ｔ１３の間で照度が算出され、出力されるようにしても良い。
このように、ＡＤＣ３３０の比較器３３１に参照電圧（第１のしきい値）を供給し、カウンタ３３２で、第１のしきい値を超えたか否かを表すデジタルコードを生成し、そのデジタルコードに基づき、飽和判定部３４３のカウンタ３５１でカウントが行われる。そして、カウンタ３５１でカウントされたカウント値が第２のしきい値を超えたか否かが判定部３５２で判定されることで、飽和状態であるか否かが判定される。
このように飽和状態を判定することで、より精度良く照度を算出することができる。この場合も、図８を参照して説明したように、飽和したデータを用いずに照度を算出することができ、精度良く照度を算出することができる。また、このような方式によれば、消費電力が大きいADC動作を長蓄積または短蓄積のいずれか１回のみでよいため、低消費電力にすることができる。
なおここでは、長蓄積データと短蓄積データの２つのデータが用いられる例を挙げて説明したが、複数のデータが用いられるように構成することも可能である。露光制御部３４４を、複数の露光時間を制御することが可能な構成とし、複数の露光時間のうちの１つの露光時間で制御されたときのデータからのデジタルコードが、カウンタ３５１により取得されるように構成する。
水平転送走査回路１０３からのデジタルコードは、カウンタ３５１に供給され、上記した場合と同じく、所定の条件、例えば、値が１であるとの条件を満たすデジタルコードの数がカウントされる。そのカウント値に基づき、判定部３５２は、そのデジタルコードが取得された露光時間では飽和してしまうか否かを判定する。
その判定結果に応じて、例えば、飽和していると判定されたときには、異なる露光時間でのデータを用いて照度が算出されるように、露光制御部３４４に異なる露光時間が設定され、その異なる露光時間での蓄積データが、照度算出部３４２に対して出力されるように構成する。
このように、露光制御部３４４で、複数の露光時間が制御できるようにし、判定部３５２で、複数の露光時間から得られる複数のデータのうちの少なくとも１つのデータを用いて、飽和しているか否かが判定されるように構成することも可能である。また、飽和していると判定されるときには、飽和していないであろう他の露光時間におけるデータ（判定に用いられたデータが取得されたときの露光時間とは異なる露光時間でのデータ）が、照度算出部３４２に供給され、照度が算出されるように構成することも可能である。
＜第４の実施の形態＞
図１３は、第４の実施の形態における固体撮像素子４００の構成を示す図である。図１３に示した固体撮像素子４００は、図５に示した固体撮像素子２００と、図９に示した固体撮像素子３００を組み合わせた構成とされている。
図１３に示した固体撮像素子４００のうち、画素部１０１、水平転送走査回路１０３、垂直走査回路１０５、出力制御回路１０７、出力制御回路１０８、ＤＡＣ３１０、カウンタ制御部３２０、ＡＤＣ３３０は、図９に示した固体撮像素子３００と同様な構成のため、同じ符号を付し、その説明を省略する。
演算制御部４１０は、図５に示した演算制御部２０１と基本的な構成は同一であるが、カウンタ４２３でカウントする値を、図５に示した演算制御部２０１のように、演算制御部４１０内で生成するか、または、図９に示した演算制御部３４０のように、ＡＤＣ３３０からデジタルコードとして供給されるかを選択するスイッチを備える点が異なる。
すなわち演算制御部４０１は、画像信号処理部４１１、スイッチ４１２、データ選択部４１３、照度算出部４１４、飽和判定部４１５、露光制御部４１６を含み、飽和判定部４１５は、スイッチ４２１、デジタルコンパレータ４２２、カウンタ４２３、判定部４２４、スイッチ４２５を含む構成とされている。
演算制御部４１０のスイッチ４１２は、ＡＤＣ３３０からデジタルコードの供給を受け、照度を算出するときには、照度算出部４１４側に接続される。また、演算制御部４１０のスイッチ４１２は、判定部４２４からの判定結果により、長蓄積データまたは短蓄積データを取得し、照度を算出するときには、データ選択部４１３側に接続される。
飽和判定部４１５のスイッチ４２５は、ＡＤＣ３３０からデジタルコードの供給を受け、照度を算出するときには、露光制御部４１６側に接続される。また、飽和判定部４１５のスイッチ４２５は、判定部４２４からの判定結果により、長蓄積データまたは短蓄積データを取得し、照度を算出するときには、データ選択部４１３側に接続される。
このように、図１３に示した固体撮像素子４００は、図５に示した固体撮像素子２００での照度の算出（第１の照度算出とする）の仕方と、図９に示した固体撮像素子３００での照度の算出（第２の照度算出とする）の仕方を切り換えて照度を算出することができる。
第１の照度算出は、図５乃至図８を参照して説明したように照度算出が行われ、第２の照度算出は、図９乃至図１２を参照して説明したように照度算出が行われる。第１の照度算出と第２の照度算出のどちらを用いて照度算出を行うかは、所定の条件を満たすか否かにより切り換えられるようにすることができる。所定の条件とは、例えば、シャッタースピードであり、シャッタースピードにより、第１の照度算出または第２の照度算出が切り換えられる。
図１３に示した固体撮像素子４００においても、第１の照度算出または第２の照度算出により照度が算出されるため、上記した場合と同じく、より精度良く照度を算出することができる。
＜裏面照射型への適用＞
上記した第１の実施の形態における固体撮像素子１００、第２の実施の形態における固体撮像素子２００、第３の実施の形態における固体撮像素子３００、第４の実施の形態における固体撮像素子４００は、それぞれ裏面照射型の撮像素子に適用できる。ここで、裏面照射型の撮像素子について説明を加える。
図１４には、裏面照射型（BSI）CMOS型の固体撮像素子の構成例が示されており、３画素に対応する部分が抜き出されて図示されている。図１４に示した固体撮像素子５００は、上側から順に、オンチップマイクロレンズ５１０、カラーフィルタ層５１１、フォトダイオード層５１２、および信号配線層５１３が積層されて構成されている。
オンチップマイクロレンズ５１０は、フォトダイオード層５１２に効率よく光を導くための光学素子である。カラーフィルタ層５１１は、例えば、三原色（例えば、赤色、青色、緑色など）の可視波長成分を選択的に透過させる有機分子または顔料からなる層である。
フォトダイオード層５１２は、受光した光を電荷に変換する光電変換層である。また、フォトダイオード層５１２では、STI（Shallow Trench Isolation）などの酸化膜や、不純物のインプランテイションによるEDI構造またはCION構造などにより、隣接するフォトダイオードどうしが電気的に分離されている。
信号配線層５１３は、フォトダイオード層５１２に蓄積された電荷を読み取るための配線５２０が設けられる層である。
このように、固体撮像素子５００では、オンチップマイクロレンズ５１０により集光された光は、カラーフィルタ層５１１により所望の波長成分が選択された後、その透過光がフォトダイオード層５１２に到達する。透過光は、フォトダイオード層５１２によって光電変換される。フォトダイオード層５１２での光電変換によって発生したキャリアは、信号配線層５１３に設けられた配線５２０を経由して、固体撮像素子５００の外部に画素信号として出力される。
このように構成される裏面照射型の固体撮像素子５００に、上述した第1乃至第４の実施の形態における固体撮像素子１００，２００，３００，４００を適用することができる。
＜撮像装置の構成について＞
第1乃至第４の実施の形態における固体撮像素子１００，２００，３００，４００は、撮像装置の一部を構成することができる。図１５は、撮像装置の構成例を示すブロック図である。
図１５に示すように、撮像装置６００は、光学系６０１、撮像素子６０２、信号処理回路６０３、モニタ６０４、およびメモリ６０６を備えて構成され、静止画像および動画像を撮像可能である。光学系６０１は、１枚または複数枚のレンズを有して構成され、被写体からの像光（入射光）を撮像素子６０２に導き、撮像素子６０２の受光面（センサ部）に結像させる。
撮像素子６０２としては、上述した構成の画素部１０１を備える固体撮像素子１００，２００，３００，４００を適用できる。撮像素子６０２には、光学系６０１を介して受光面に結像される像に応じて、一定期間、電子が蓄積される。そして、撮像素子６０２に蓄積された電子に応じた信号が信号処理回路６０３に供給される。
信号処理回路６０３は、撮像素子６０２から出力された信号電荷に対して各種の信号処理を施す。信号処理回路６０３が信号処理を施すことにより得られた画像（画像データ）は、モニタ６０４に供給されて表示されたり、メモリ６０６に供給されて記憶（記録）されたりする。
このように構成されている撮像装置６００では、撮像素子６０２や信号処理回路６０３の一部分としてとして、上述したような構成の固体撮像素子１００，２００，３００，４００を適用することにより、適切な照度での制御が可能となり、画質を向上させることができる。
また、本技術における固体撮像素子１００，２００，３００，４００は、上記した裏面照射型のCMOS型固体撮像素子や、表面照射型のCMOS型固体撮像素子、CCD型固体撮像素子などに採用することができる。
また、本技術における固体撮像素子１００，２００，３００，４００は、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどの撮像装置の他、携帯電話端末やパーソナルコンピュータなど様々な電子機器に搭載することができる。
＜記録媒体について＞
上述した一連の処理は、ハードウエアにより実行することもできるし、ソフトウエアにより実行することもできる。一連の処理をソフトウエアにより実行する場合には、そのソフトウエアを構成するプログラムが、コンピュータにインストールされる。ここで、コンピュータには、専用のハードウエアに組み込まれているコンピュータや、各種のプログラムをインストールすることで、各種の機能を実行することが可能な、例えば汎用のパーソナルコンピュータなどが含まれる。
図１６は、上述した一連の処理をプログラムにより実行するコンピュータのハードウエアの構成例を示すブロック図である。コンピュータにおいて、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１００１、ＲＯＭ（Read Only Memory）１００２、ＲＡＭ（Random Access Memory）１００３は、バス１００４により相互に接続されている。バス１００４には、さらに、入出力インタフェース１００５が接続されている。入出力インタフェース１００５には、入力部１００６、出力部１００７、記憶部１００８、通信部１００９、及びドライブ１０１０が接続されている。
入力部１００６は、キーボード、マウス、マイクロフォンなどよりなる。出力部１００７は、ディスプレイ、スピーカなどよりなる。記憶部１００８は、ハードディスクや不揮発性のメモリなどよりなる。通信部１００９は、ネットワークインタフェースなどよりなる。ドライブ１０１０は、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、又は半導体メモリなどのリムーバブルメディア１０１１を駆動する。
以上のように構成されるコンピュータでは、ＣＰＵ１００１が、例えば、記憶部１００８に記憶されているプログラムを、入出力インタフェース１００５及びバス１００４を介して、ＲＡＭ１００３にロードして実行することにより、上述した一連の処理が行われる。
コンピュータ（ＣＰＵ１００１）が実行するプログラムは、例えば、パッケージメディア等としてのリムーバブルメディア１０１１に記録して提供することができる。また、プログラムは、ローカルエリアネットワーク、インターネット、デジタル衛星放送といった、有線または無線の伝送媒体を介して提供することができる。
コンピュータでは、プログラムは、リムーバブルメディア１０１１をドライブ１０１０に装着することにより、入出力インタフェース１００５を介して、記憶部１００８にインストールすることができる。また、プログラムは、有線または無線の伝送媒体を介して、通信部１００９で受信し、記憶部１００８にインストールすることができる。その他、プログラムは、ＲＯＭ１００２や記憶部１００８に、あらかじめインストールしておくことができる。
なお、コンピュータが実行するプログラムは、本明細書で説明する順序に沿って時系列に処理が行われるプログラムであっても良いし、並列に、あるいは呼び出しが行われたとき等の必要なタイミングで処理が行われるプログラムであっても良い。
また、本明細書において、システムとは、複数の装置により構成される装置全体を表すものである。
なお、本技術の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
（１）
複数の露光時間を制御する露光制御部と、
前記露光時間で得られる複数のデータのうちの少なくとも１つのデータを用いて、飽和しているか否かを判定する判定部と、
前記判定部により飽和していると判定された場合、前記判定に用いたデータとは異なるデータを用いて照度を算出する照度算出部と
を備える撮像素子。
（２）
前記判定部は、前記データの平均値を算出し、前記平均値としきい値との比較結果により、飽和しているか否かを判定する
前記（１）に記載の撮像素子。
（３）
前記判定部は、第１の露光時間で得られるデータの平均値を算出し、前記平均値が、しきい値以上である場合、飽和していると判定し、
前記照度算出部は、前記判定部により飽和していると判定された場合、前記第１の露光時間より短い第２の露光時間で得られるデータを取得し、照度を算出する
前記（１）に記載の撮像素子。
（４）
前記データと第１のしきい値を比較する比較部と、
前記比較部からの比較結果のうち、所定の条件を満たす比較結果をカウントするカウント部と
をさらに備え、
前記判定部は、前記カウント部によるカウント値と第２のしきい値との比較結果により、飽和しているか否かを判定する
前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の撮像素子。
（５）
第１の露光時間で得られる前記データと第１のしきい値を比較する比較部と、
前記比較部からの比較結果のうち、前記データが前記第１のしきい値以上である比較結果をカウントするカウント部と
をさらに備え、
前記判定部は、前記カウント部によるカウント値が、第２のしきい値以上である場合、飽和していると判定し、
前記照度算出部は、前記判定部により飽和していると判定された場合、前記第１の露光時間より短い第２の露光時間で得られるデータを取得し、照度を算出する
前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の撮像素子。
（６）
前記データと第１のしきい値を比較する比較部と、
前記比較部からの比較結果として、前記データと前記第１のしきい値との比較結果を表すコードを出力する出力部と、
前記出力部からの前記コードのうち、所定の条件を満たすコードをカウントするカウント部と
をさらに備え、
前記判定部は、前記カウント部によるカウント値と第２のしきい値との比較結果により、飽和しているか否かを判定する
前記（１）乃至（５）のいずれかに記載の撮像素子。
（７）
第１の露光時間で得られる前記データと第１のしきい値を比較する比較部と、
前記比較部からの比較結果が、前記データが前記第１のしきい値以上であるか否かを表すコードを出力する出力部と、
前記出力部からの前記コードのうち、前記データが前記第１のしきい値以上であることを表すコードをカウントするカウント部と
をさらに備え、
前記判定部は、前記カウント部によるカウント値が、第２のしきい値以上である場合、飽和していると判定し、
前記照度算出部は、前記判定部により飽和していると判定された場合、前記第１の露光時間より短い第２の露光時間で得られるデータを取得し、照度を算出する
前記（１）乃至（５）のいずれかに記載の撮像素子。
（８）
露光制御部、判定部、照度算出部を備える撮像素子の撮像方法において、
前記露光制御部が、複数の露光時間を制御し、
前記判定部が、前記露光時間で得られる複数のデータのうちの少なくとも１つのデータを用いて、飽和しているか否かを判定し、
前記照度算出部が、前記判定部により飽和していると判定された場合、前記判定に用いたデータとは異なるデータを用いて照度を算出する
ステップを含む撮像方法。
１００ 撮像素子， １０１ 画素部， １０２ ＡＤＣ， １０３ 水平転送走査回路， １０４ ＤＡＣ， １０５ 垂直走査回路， １０６ 演算制御部， １２１ 単位画素， １２２ 垂直信号線， １４１ 比較器， １４２ カウンタ， １６１ 画像信号処理部， １６２ データ選択部， １６３ 照度算出部， １６４ 判定部， １６５ 露光制御部， ２０１ 演算制御部， ２０２ 画像信号処理部， ２０３ データ選択部， ２０４ 照度算出部， ２０５ 飽和判定部， ２０６ 露光制御部， ２１２ デジタルコンパレータ， ２１３ カウンタ， ２１４ 判定部， ３００ 固体撮像素子， ３１０ ＤＡＣ， ３２０ カウンタ制御部

Claims (8)

  1. 複数の露光時間を制御する露光制御部と、
    前記露光時間で得られる複数のデータのうちの少なくとも１つのデータを用いて、飽和しているか否かを判定する判定部と、
    前記判定部により飽和していると判定された場合、前記判定に用いたデータとは異なるデータを用いて照度を算出する照度算出部と
    を備える撮像素子。
  2. 前記判定部は、前記データの平均値を算出し、前記平均値としきい値との比較結果により、飽和しているか否かを判定する
    請求項１に記載の撮像素子。
  3. 前記判定部は、第１の露光時間で得られるデータの平均値を算出し、前記平均値が、しきい値以上である場合、飽和していると判定し、
    前記照度算出部は、前記判定部により飽和していると判定された場合、前記第１の露光時間より短い第２の露光時間で得られるデータを取得し、照度を算出する
    請求項１に記載の撮像素子。
  4. 前記データと第１のしきい値を比較する比較部と、
    前記比較部からの比較結果のうち、所定の条件を満たす比較結果をカウントするカウント部と
    をさらに備え、
    前記判定部は、前記カウント部によるカウント値と第２のしきい値との比較結果により、飽和しているか否かを判定する
    請求項１に記載の撮像素子。
  5. 第１の露光時間で得られる前記データと第１のしきい値を比較する比較部と、
    前記比較部からの比較結果のうち、前記データが前記第１のしきい値以上である比較結果をカウントするカウント部と
    をさらに備え、
    前記判定部は、前記カウント部によるカウント値が、第２のしきい値以上である場合、飽和していると判定し、
    前記照度算出部は、前記判定部により飽和していると判定された場合、前記第１の露光時間より短い第２の露光時間で得られるデータを取得し、照度を算出する
    請求項１に記載の撮像素子。
  6. 前記データと第１のしきい値を比較する比較部と、
    前記比較部からの比較結果として、前記データと前記第１のしきい値との比較結果を表すコードを出力する出力部と、
    前記出力部からの前記コードのうち、所定の条件を満たすコードをカウントするカウント部と
    をさらに備え、
    前記判定部は、前記カウント部によるカウント値と第２のしきい値との比較結果により、飽和しているか否かを判定する
    請求項１に記載の撮像素子。
  7. 第１の露光時間で得られる前記データと第１のしきい値を比較する比較部と、
    前記比較部からの比較結果が、前記データが前記第１のしきい値以上であるか否かを表すコードを出力する出力部と、
    前記出力部からの前記コードのうち、前記データが前記第１のしきい値以上であることを表すコードをカウントするカウント部と
    をさらに備え、
    前記判定部は、前記カウント部によるカウント値が、第２のしきい値以上である場合、飽和していると判定し、
    前記照度算出部は、前記判定部により飽和していると判定された場合、前記第１の露光時間より短い第２の露光時間で得られるデータを取得し、照度を算出する
    請求項１に記載の撮像素子。
  8. 露光制御部、判定部、照度算出部を備える撮像素子の撮像方法において、
    前記露光制御部が、複数の露光時間を制御し、
    前記判定部が、前記露光時間で得られる複数のデータのうちの少なくとも１つのデータを用いて、飽和しているか否かを判定し、
    前記照度算出部が、前記判定部により飽和していると判定された場合、前記判定に用いたデータとは異なるデータを用いて照度を算出する
    ステップを含む撮像方法。
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