(57)【要約】【課題】信号の読み出し時間を短縮させることができる撮像素子の駆動方法を提供する。【解決手段】副感光部４０ｂに蓄積された信号電荷を間引いて読み出す間引き処理を施す。画像信号処理回路２０は、間引き処理が施された副感光部４０ｂに対して、その周辺にある副感光部４０ｂに蓄積された信号電荷量を参照して画素補間を施す。副感光部４０ｂに蓄積された信号電荷を読み出す時間が短縮され、その後の各種画像処理に要する時間も間引きした分だけ短縮させることができる。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主感光部と、この主感光部よりも相対的に小さい受光面積をもつ副感光部とからなり、各感光部に蓄積された信号電荷を選択的に読み出せるように形成された画素が複数配列された撮像素子の駆動方法であって、
前記副感光部に蓄積された信号電荷を間引いて読み出す間引き処理を施すことを特徴とする撮像素子の駆動方法。
【請求項２】
前記間引き処理が施された副感光部の周辺にある副感光部に蓄積された信号電荷量を参照して、前記間引き処理が施された副感光部に対して画素補間を施すことを特徴とする請求項１に記載の撮像素子の駆動方法。
【請求項３】
前記間引き処理を施すか否かを選択する工程を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の撮像素子の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主感光部と、この主感光部よりも相対的に狭い受光面積をもつ副感光部とからなり、各感光部に蓄積された信号電荷を選択的に読み出せるように形成された画素が複数配列された撮像素子の駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
デジタルカメラに搭載されるＣＣＤイメージセンサなどの撮像素子は、画面の最も明るい部分から最も暗い部分までの階調を再現する能力、いわゆるダイナミックレンジが写真フイルムと比較して狭いため、明暗差の大きいシーンを撮影した場合には、高輝度域が白飛びしたり、低輝度域が黒くつぶれてしまうという問題があった。
【０００３】
上記のような問題を解決するために、ＣＣＤの出力信号を、暗い部分を強調した階調補正を行う暗部階調補正回路と、明るい部分を強調した階調補正を行う明部階調補正回路との２回路に供給し、この２回路の出力画像を加算することにより、ダイナミックレンジの広い動画像を得ることができる撮像装置が提案されている（特許文献１参照）。また、露光量の異なる２画面の動画像を合成した後、画像の輝度変化に応じてダイナミックレンジの圧縮係数を切り換える画像処理装置が提案されている（特許文献２参照）。
【０００４】
一方、本発明者は、図５に示すようなＣＣＤ１００を用いて、広いダイナミックレンジをもつ画像を得る方法を考案した。このＣＣＤ１００には、八角形の画素１０１が所定のピッチでハニカム状に複数配列されている。画素１０１は、主感光部１０１ａと、この主感光部１０１ａよりも受光面積が小さい副感光部１０１ｂとからなる。ＣＣＤ１００は、主感光部１０１ａと副感光部１０１ｂの信号電荷を別々に読み出せるように形成されている。
【０００５】
図６に示すように、主感光部１０１ａの信号出力は、副感光部１０１ｂと比較して少ない入射光量で飽和する。これにより、主感光部１０１ａからは、主として低輝度域から中輝度域の階調を表現する高感度信号Ｈが取り込まれ、副感光部１０１ｂからは、高感度信号Ｈでは表現できない高輝度域の階調を表現する低感度信号Ｌが取り込まれる。これら主副感光部１０１ａ、１０１ｂで得られた高感度信号Ｈおよび低感度信号Ｌは、合成・圧縮処理が施され、広いダイナミックレンジをもつ１画素分の画像データとして取り扱われる。
【０００６】
【特許文献１】
特開平７−２１２６２０号公報
【特許文献２】
特開平９−２９８６８５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、副感光部１０１ｂは画像の解像度に影響しないので、必ずしも全画素分読み出す必要はないが、ＣＣＤ１００では、副感光部１０１ｂから出力される低感度信号Ｌを全画素分読み出しているため、その分処理時間が遅くなるという問題点があった。
【０００８】
本発明は、信号の読み出し時間を短縮させることができる撮像素子の駆動方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、主感光部と、この主感光部よりも相対的に小さい受光面積をもつ副感光部とからなり、各感光部に蓄積された信号電荷を選択的に読み出せるように形成された画素が複数配列された撮像素子の駆動方法であって、前記副感光部に蓄積された信号電荷を間引いて読み出す間引き処理を施すことを特徴とする。
【００１０】
なお、前記間引き処理が施された副感光部の周辺にある副感光部に蓄積された信号電荷量を参照して、前記間引き処理が施された副感光部に対して画素補間を施すことが好ましい。また、前記間引き処理を施すか否かを選択する工程を備えることが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
デジタルカメラの電気的構成を示す図１において、デジタルカメラ２には、撮像レンズ１０、操作部１１、液晶表示器（ＬＣＤ）１２などが設けられている。撮像レンズ１０から取り込まれた被写体光は、メカシャッタ１３を介して撮像レンズ１０の背後に配置されたＣＣＤ１４に入射する。ＣＣＤ１４には、ＣＣＤドライバ１５が接続されている。このＣＣＤドライバ１５は、タイミングジェネレータ１６から入力されるクロックパルスに応じてＣＣＤ１４を駆動制御する。
【００１２】
図２に示すように、ＣＣＤ１４には、前述のＣＣＤ１００と同様に、八角形の画素４０が所定のピッチでハニカム状に複数配列されている。画素４０は、主感光部４０ａと、この主感光部４０ａよりも受光面積が小さい副感光部４０ｂとからなり、主副感光部４０ａ、４０ｂで受光した被写体光を信号電荷に変換するフォトダイオード４１ａ、４１ｂ（図３参照）上に、図示しないＲＧＢカラーフィルタやマイクロレンズが積層された構造を有する。なお、図２の斜線は、ＲＧＢカラーフィルタによる各色の配置を表す。
【００１３】
図３に示すように、各画素４０のフォトダイオード４１ａ、４１ｂには、転送電極４２が接続されている。この転送電極４２は、画素４０の各列に沿って形成され、垂直方向Ｖの電荷転送を制御する垂直転送路４３を構成し、ｖ１ａ〜ｖ８ａ、ｖ１ｂ〜ｖ８ｂ、ｖ１ｃ〜ｖ８ｃ、ｖ１ｄ〜ｖ８ｄの合計３２種類が、垂直方向Ｖに繰り返し配列されている。ｖ１、ｖ３、ｖ５、ｖ７には、フォトダイオード４１ａ（主感光部４０ａ）に蓄積された信号電荷が、ｖ２、ｖ４、ｖ６、ｖ８には、フォトダイオード４１ｂ（副感光部４０ｂ）に蓄積された信号電荷がそれぞれ送り出される。垂直転送路４３の信号電荷は、１行分の信号電荷が蓄積される水平転送路４４に順次転送される。水平転送路４４は、１行分の信号電荷を水平方向Ｈに順次転送する。
【００１４】
図１において、水平転送路４４から転送された信号電荷は、撮像信号として相関二重サンプリング回路（ＣＤＳ）１７に入力され、信号電荷量に正確に対応したＲ、Ｇ、Ｂの画像データとして出力される。ＣＤＳ１７から出力された画像データは、増幅器（図示せず）で増幅され、Ａ／Ｄ変換器（Ａ／Ｄ）１８でデジタルデータに変換される。この画像データは、いわゆるスルー画像としてＬＣＤ１２に表示される。
【００１５】
Ａ／Ｄ変換器１８から出力された画像データは、システムコントローラ１９を介して画像信号処理回路２０に送信される。画像信号処理回路２０では、階調変換、ホワイトバランス補正、γ補正処理などの各種画像処理が画像データに施される。画像処理後の画像データは、圧縮伸長処理回路２１により所定のファイル形式（例えばＪＰＥＧ形式）で画像圧縮される。圧縮された画像データは、カードＩ／Ｆ２２を介して、着脱自在な記憶媒体であるメモリカード２３に保存される。または、通信制御回路２４を介してパーソナルコンピュータなどの外部機器に送信される。あるいは、表示メモリ２５を介して表示制御回路２６、Ｄ／Ａ変換器（Ｄ／Ａ）２７でコンポジット信号に変換され、ＬＣＤ１２に表示される。
【００１６】
システムコントローラ１９は、デジタルカメラ２全体の動作を統括制御する。このシステムコントローラ１９には、前述の各種回路の他に、ＲＡＭ２８、不揮発性メモリ２９、および電源制御回路３０が接続されている。ＲＡＭ２８には、各種処理の実行に必要なデータが一時記憶される。不揮発性メモリ２９は、ＥＥＰＲＯＭなどの書き換え可能な記憶媒体からなり、各種制御用のプログラムや設定情報が記録されている。システムコントローラ１９は、この不揮発性メモリ２９からＲＡＭ２８に情報を読み出して各種処理を実行する。電源制御回路３０は、バッテリ３１からの電力を各部に供給する。
【００１７】
デジタルカメラ２では、連写モードなど短時間で画像処理を行いたい場合、画像の解像度に影響しない副感光部４０ｂに蓄積された信号電荷を間引いて読み出す間引き処理を施す。この間引き処理は、副感光部４０ｂに接続された転送電極ｖ２、ｖ４、ｖ６、ｖ８のうち、例えばｖ２、ｖ８にはＣＣＤドライバ１５から駆動パルスを送信して、垂直転送路４３に信号電荷を移動させ、ｖ４、ｖ６には駆動パルスを送信しないで、蓄積された信号電荷をＣＣＤ１４の基板に掃き出すことで行う。
【００１８】
画像信号処理回路２０は、間引き処理が施された副感光部４０ｂに対して、その周辺にある副感光部４０ｂに蓄積された信号電荷量を参照して画素補間を施す。例えば図２おいて、間引き処理が施されたｒ３、ｇ２、ｂ３は、周辺のｒ１、ｒ２、ｒ４、ｒ５とｇ１、ｇ３とｂ１、ｂ２、ｂ４、ｂ５の信号電荷量を参照して、次式により画素補間が施される。
ｒ３＝（ｒ１＋ｒ２＋ｒ４＋ｒ５）／４
ｇ２＝（ｇ１＋ｇ３）／２
ｂ３＝（ｂ１＋ｂ２＋ｂ４＋ｂ５）／４
なお、ここに挙げた間引き処理や画素補間の方法は一例であり、本発明はこれに限定されるものではない。
【００１９】
次に、上記構成による作用について、図４に示すフローチャートを参照して説明する。まず、システムコントローラ１９で、間引き処理を施すモードが選択されたか否かを検出する。間引きモードが選択されなかった場合は、主副感光部４０ａ、４０ｂともに通常の読み出し処理を行い、主感光部４０ａで得られた高感度信号と副感光部４０ｂで得られた低感度信号とを合成・圧縮して処理を終了する。
【００２０】
間引きモードが選択された場合は、ＣＣＤドライバ１５から転送電極ｖ１、ｖ３、ｖ５、ｖ７に駆動パルスを送信し、主感光部４０ａに蓄積された信号電荷を読み出す。そして、転送電極ｖ４、ｖ６には駆動パルスを送信せずに、ｖ２、ｖ８にのみ駆動パルスを送信して、転送電極ｖ４、ｖ６に接続された副感光部４０ｂの信号電荷を間引きして読み出す。
【００２１】
信号電荷の読み出し後、画像信号処理回路２０で、間引き処理された副感光部４０ｂに対して、その周辺にある副感光部４０ｂに蓄積された信号電荷量を参照して画素補間を施す。画素補間後の信号と読み出した信号とを全面同時化した後、間引きモードが選択されなかった場合と同様に、主感光部４０ａで得られた高感度信号と副感光部４０ｂで得られた低感度信号とを合成・圧縮処理して処理を終了する。このようにすると、副感光部４０ｂに蓄積された信号電荷を読み出す時間が短縮され、その後の各種画像処理に要する時間も間引きした分だけ短縮させることができる。
【００２２】
【発明の効果】
以上のように、本発明の撮像素子の駆動方法によれば、副感光部に蓄積された信号電荷を間引いて読み出す間引き処理を施すので、連写モードなど短時間で画像処理を行いたい場合に、信号の読み出し時間を短縮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】デジタルカメラの電気的構成を示すブロック図である。
【図２】ＣＣＤの構成を示す拡大平面図である。
【図３】ＣＣＤの電気的構成を示す概略図である。
【図４】デジタルカメラの画像処理手順を示すフローチャートである。
【図５】本発明者が考案したＣＣＤの概略構成を示す拡大平面図である。
【図６】図５に示すＣＣＤの露光量に対する高感度信号と低感度信号の出力を示すグラフである。
【符号の説明】
２  デジタルカメラ
１０  撮像レンズ
１２  液晶表示器（ＬＣＤ）
１４  ＣＣＤ
１５  ＣＣＤドライバ
１９  システムコントローラ
２０  画像信号処理回路
２３  メモリカード
４０  画素
４０ａ  主感光部
４０ｂ  副感光部
４３  垂直転送路
４４  水平転送路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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