(57)【要約】      （修正有）【課題】  過剰な雑音や画像の消失なく画像の電子的な表現を取り込むことを可能にする。【解決手段】  各々が入射光を出力信号に変換するように、少なくとも１つのアレイに配列された複数のフォトセンサであって、該フォトセンサとそれらの各出力信号とが複数のカラーチャネルに分割される、複数のフォトセンサと、前記フォトセンサの各々と結び付くフィルタであって、前記フォトセンサによって前記出力信号に変換するために所定スペクトル帯域内の光を選択するフィルタとを具備し、１つのカラーチャネルは、少なくとも２つのカラーサブチャネルと、スペクトル帯域がオーバラップする該カラーサブチャネルのうちの少なくとも２つの前記フォトセンサと結び付くフィルタと、を備え、該オーバラップするスペクトル帯域のうちの一方は、該オーバラップするスペクトル帯域のうちのもう一方より帯域幅が狭い撮像素子。【選択図】図１
2005198319.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々が入射光を出力信号に変換するように、少なくとも１つのアレイに配列された複数のフォトセンサであって、該フォトセンサとそれらの各出力信号とが複数のカラーチャネルに分割される、複数のフォトセンサと、
前記フォトセンサの各々と結び付くフィルタであって、前記フォトセンサによって前記出力信号に変換するために所定スペクトル帯域内の光を選択するフィルタと、
を具備し、
１つのカラーチャネルは、少なくとも２つのカラーサブチャネルと、スペクトル帯域がオーバラップする該カラーサブチャネルのうちの少なくとも２つの前記フォトセンサと結び付くフィルタと、を備え、該オーバラップするスペクトル帯域のうちの一方は、該オーバラップするスペクトル帯域のうちのもう一方より帯域幅が狭いことを特徴とする撮像素子。
【請求項２】
前記フォトセンサは、単一のアレイに配列され、各フォトセンサと結び付く前記フィルタは、前記フォトセンサアレイの上部にモザイク状のフィルタになって配列される、請求項１に記載の撮像素子。
【請求項３】
前記モザイク状のフィルタは、ベイヤパターン(bayer pattern)で配列される、請求項２に記載の撮像素子。
【請求項４】
入射光を複数の経路に分割するビームスプリッタが設けられ、各経路に別々のフィルタ／フォトセンサアレイの組合せが配置され、各カラーチャネルまたはサブチャネルに対して別々の経路およびそれぞれのフィルタ／フォトセンサアレイの組合せが設けられる、請求項１に記載の撮像素子。
【請求項５】
入射光を複数の経路に分割するビームスプリッタが設けられ、各経路に、別々のフィルタ／フォトセンサアレイの組合せが配置され、各カラーチャネルに別々の経路およびそれぞれのフィルタ／フォトセンサアレイの組合せが設けられ、複数のサブチャネルにさらに分割される前記カラーチャネルのうちの少なくとも１つは、単一のフィルタ／フォトセンサアレイの組合せによって表され、前記複数のサブチャネルの各フォトセンサに結び付くフィルタは、前記フォトセンサアレイの上部に配置されたモザイク状のフィルタになって配列される、請求項１に記載の撮像素子。
【請求項６】
ａ）複数のカラーチャネルに分割される複数のフォトセンサを備えたセンサデバイス上に画像を投影するステップと、
ｂ）各フォトセンサに入射する光の波長を前記各フォトセンサの前記カラーチャネルに関連する色を規定するスペクトル帯域に限定するステップと、
ｃ）それにより前記画像の電子的な表現を生成するように前記フォトセンサの出力を結合するステップと
を含み、
１つのカラーチャネルを、スペクトル帯域がオーバラップし、該オーバラップするスペクトル帯域のうちの一方は該オーバラップするスペクトル帯域のうちのもう一方より帯域幅が狭い、少なくとも２つのカラーサブチャネルに分割することを特徴とする画像の電子的な表現を取り込む方法。
【請求項７】
前記異なるカラーチャネルの個々のフォトセンサを、単一のフォトセンサアレイにおいて混合し、各フォトセンサに入射する光の前記波長を限定する前記ステップは、該それぞれのフォトセンサにわたって結び付くフィルタを配置することを含み、該フォトセンサに当たる光は、該結び付くフィルタを通過し、該フィルタを、モザイク状のフィルタ素子として配置し、該フィルタ素子を前記アレイにおける各フォトセンサの上部に配置する、請求項６に記載の画像の電子的な表現を取り込む方法。
【請求項８】
前記モザイク状のフィルタ素子は、ベイヤパターンで配列される、請求項７に記載の画像の電子的な表現を取り込む方法。
【請求項９】
別々のフォトセンサアレイは各カラーチャネルまたはサブチャネルに関連し、前記フォトセンサアレイの数に対応する複数の経路に入射光を分割するビームスプリッタを介して該フォトセンサアレイ上に前記画像を投影し、各フォトセンサアレイは、該それぞれのフォトセンサアレイに入射する光の波長を前記それぞれのカラーチャネルまたはサブチャネルのスペクトル帯域の波長に限定し、結び付いたフィルタを有する、請求項６に記載の画像の電子的な表現を取り込む方法。
【請求項１０】
別々のフォトセンサアレイは各カラーチャネルに関連し、前記画像を、入射光を前記フォトセンサアレイの数に対応する複数の経路に分割するビームスプリッタを介して該フォトセンサアレイ上に投影し、各フォトセンサアレイは、該それぞれのフォトセンサアレイに入射する光の波長を前記それぞれのカラーチャネルの波長に限定する結び付く１つまたは複数のフィルタを有し、前記カラーチャネルのうちの少なくとも１つを、単一のフィルタ／フォトセンサアレイの組合せによって表される複数のサブチャネルにさらに分割し、該複数のサブチャネルの各フォトセンサと結び付いたフィルタを、該フォトセンサアレイの上部に配置されたモザイク状のフィルタになって配列する、請求項６に記載の画像の電子的な表現を取り込む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、デジタルスチルカメラおよびアナログ・デジタルビデオカメラ、フィルムまたはフラットベッドスキャナ等のスキャナ、ならびに他の画像形成システムおよびデバイス等のデジタル画像取込装置のための撮像素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
画像を取り込み格納するためにフィルムを使用する伝統的なカメラとは異なり、デジタルカメラおよび他のデジタル画像取込デバイスは、アナログビデオカメラと同様に、固体素子を使用する。それを、本明細書では、取り込まれている画像の電子的な表現を生成する撮像素子と呼ぶ。一般に使用される撮像素子の１つのタイプは、電荷結合素子（ＣＣＤ）、電荷注入素子（ＣＩＤ）またはＣＭＯＳ検出器アレイ等の撮像フォトセンサアレイが、ベイヤパターンで、ストライプで、または他の何らかの規則的な配列でカラーフィルタがタイル状に配置される、モザイクタイプの素子である。かかる従来技術による素子の一例は、カラーカメラ用のＳｏｎｙ  ＩＣＸ２０５ＡＫ全画素読み出し式ＣＣＤイメージセンサである。撮像素子は、何百万ものサンプリング位置を含む場合があり、各々の撮像素子は、感光素子即ち「センサ」と、複数のカラーチャネルに分割されるフォトセンサとを有する。各センサは、光子を電荷に変換しその電荷を一定期間にわたって蓄積することにより、そこに当たる光の強度を記録する。そして、各センサごとに収集された電荷を処理して後にデジタル化し、画像を表示し、プリントし、またはさらに処理することができるようにデジタル化したものを多くの既知のデジタル画像フォーマットのうちの１つのフォーマットで保存する。
【０００３】
フォトセンサの光に対する感度は、波長の関数として変化する。この感度は、通常、周波数の関数として光を選択的に減衰させるフィルタによって、特定の色の光に対応するように調整される。
【０００４】
１つの一般に使用されるシステムは、赤、緑および青（ＲＧＢ）の３つの加法混色の原色を表すフィルタを利用するが、たとえば、シアン、マゼンタ、黄および緑のフィルタを利用する表色系を含む、他の表色系もまた既知である。一組の原色を含む色の選択はある程度任意であり、理論上、多くの色を使用することができる。色の範囲が広すぎることになる表色系、たとえば、シアン、マゼンタおよび黄では、最終的な計算されたＲＧＢ値には、一般に、過剰な雑音が含まれる。逆に、色の範囲が狭すぎる場合、カメラはその感度にギャップがあるようになる。たとえば、赤および緑の範囲が非常に狭い場合、２つのフィルタの通過帯域の間に完全に入る黄色の物体は、カメラにはまったく見えなくなる可能性がある。
【０００５】
ＲＧＢ系における原色の通常の波長値は、６４０ｎｍ（赤）、５３７ｎｍ（緑）および４６４ｎｍ（青）である。
【０００６】
カラー画像を記録する多くのデジタルカメラで使用される既知の技術は、各個々のフォトセンサにわたり１つのカラーフィルタを、使用時に各フォトセンサが特定の表色系の原色のうちの１つのみを取り込むことができるように配置することを含む。たとえば、ＲＧＢ系では、フォトセンサの繰返しパターンを、これら各々のフォトセンサが当たる光をフィルタリングするように配置された緑、赤または青のフィルタのいずれかを有するように、配列してもよい。
【０００７】
デジタルカメラのメーカによっては、４つ以上の異なるフィルタ色を使用してきた。たとえば、ヒューレット・パッカードは、以前、シアン、マゼンタ、黄および緑のフィルタを有する４つのカラーチャネルを使用するカメラを開発した。線形変換を使用して複数の色の１つのセットを別のセットに（たとえば、センサ表色系から目標表色系に）変換することが、一般に行われている方法であるが、この変換には、信号雑音を増幅するという不都合がある。さらに、目標の色のセットとセンサの色のセットとの差が増大すると、雑音の増幅が増大する。
【０００８】
したがって、デジタルカメラのメーカの大多数は、各フィルタ／フォトセンサの組合せが、対応する所望の出力目標色を近似するプロファイルを有する、３色表色系を採用するイメージセンサ素子を使用する。しかしながら、この解決法では、目標色の各々のスペクトル帯域幅が狭くなり、結果としてセンサがそれほど多くの光を記録しないため、問題がある。撮像の種類によっては、スペクトル帯域幅が最適な演色に対して理想的な帯域よりも広く調整されるフォトセンサと結び付くフィルタを採用することにより、より多くの出力が得られる。この手法は色感度を向上させるという利点を有するが、また、全体の色品質を低下させるという欠点も有する。さらに、感度が向上することは、影領域においてのみ有用であり、一般に、結果としての画像の高照度領域では飽和状態をもたらす。
【０００９】
時により高価な画像形成システムに見られる別のタイプの撮像素子は、レンズ系から送られた光を、各々がカラーフィルタとイメージフォトセンサアレイとを有するいくつかの経路に分割するビームスプリッタを採用する。この手法は、フォトセンサの前方にモザイク状のフィルタを作成する必要性をなくすが、ビームスプリッタに関連する損失をもたらし、よりかさばり、ビームスプリッタから発生するビームの各々に対し１つのフォトセンサアレイを必要とする。
【００１０】
したがって、撮像素子の各カラーチャネルが単一のスペクトル帯域幅に対して感度が高いセンサを有する従来技術によるシステムでは、飽和レベルが低下して高照度領域の細部が喪失し、かつ／または、感度が制限されることにより、影領域の細部が喪失し、画像の色がそれぞれのカラーチャネルのスペクトル帯域幅の間に入る場合は恐らくはさらに細部が喪失することになる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
したがって、各々が入射光を出力信号に変換するように、少なくとも１つのアレイに配列された複数のフォトセンサであって、該フォトセンサとそれらのそれぞれの出力信号が複数のカラーチャネルに分割される、複数のフォトセンサを具備する撮像素子が提供される。フィルタは、該フォトセンサの各々に結び付き、該フォトセンサによって出力信号に変換するために所定スペクトル帯域内の光を選択する。カラーチャネルのうちの１つは、少なくとも２つのサブチャネルに分割され、少なくとも２つのカラーサブチャネルのうちのフォトセンサと結び付くフィルタはオーバラップするスペクトル帯域を備え、該オーバラップするスペクトル帯域のうちの一方は、該オーバラップするスペクトル帯域のうちのもう一方より帯域幅が狭い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
ここで、撮像素子と画像を取り込む方法とについて、一例として示された添付図面を参照して説明する。
【００１３】
図１は、撮像素子１００の一部を概略的に示し、詳細には素子のフォトセンサのサブセット１０２と特に素子の４つのフォトセンサ１０６、１０８、１１０、１１２のグループ１０４とを示す。各グループ１０４は、「赤のカラーフォトセンサ１０６」を含む第１のカラーチャネルと、「青のカラーフォトセンサ」１０８を含む第２のカラーチャネルと、第１の「緑のカラーフォトセンサ」１１０を有する第１の緑のカラーサブチャネルと第２の「緑のカラーフォトセンサ」１１２を有する第２の緑のカラーサブチャネルとを含む第３のカラーチャネルと、を有する。４つのカラーフォトセンサ１０６、１０８、１１０および１１２の各々は、入射光の所望の波長のほとんどをフィルタリングしそれら所望の波長をそれぞれのカラーチャネルまたはサブチャネルの出力信号に変換するように組み合わされたフォトダイオード１１４、１１６、１１８および１２０とフィルタ１２２、１２４、１２６および１２８と、を備える。緑のカラーチャネルの場合、第１の緑のフィルタ／フォトセンサの組合せ１１０は、第２の緑のフィルタ／フォトセンサの組合せ１１２より広い帯域の波長を許容するように調整されたフィルタ１２６を有し、したがって、第１のフィルタ／フォトセンサの組合せの方が感度が高く、第２のフィルタ／フォトセンサの組合せより低いレベルの光を記録することができる。対照的に、第２の緑のフィルタ／フォトセンサの組合せ１１２は、第１の緑のフィルタ／フォトセンサの組合せ１１０より狭い帯域の波長に調整されるため、第１のフィルタ／フォトセンサの組合せ１２６、１１０より感度が低く、したがって、それらほど容易に飽和しない。
【００１４】
撮像素子を、ＣＣＤ、ＣＩＤまたはＣＭＯＳアーキテクチャ等のアーキテクチャを使用して統合してもよい。撮像素子１００は、たとえば、モザイク状の原色フィルタが取り付けられた、Ｂ／Ｗカメラ用のＳｏｎｙ（商標）ＩＣＸ２０５ＡＸ全画素読み出し式ＣＣＤイメージセンサ等のセンサチップを採用してもよい。別法として、カラーカメラ用のＳｏｎｙ（商標）ＩＣＸ２０５ＡＫ全画素読み出し式ＣＣＤイメージセンサ等のデバイスの設計を、組み込まれたモザイク状のフィルタにおける緑のフィルタの半分を、より許容帯域幅が狭いフィルタと置き換えるように変更してもよい。
【００１５】
撮像素子を、アナログまたはデジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、フィルムまたはフラットベッドスキャナ等のスキャナもしくは他の画像形成システムおよびデバイス等の画像取込装置に組み込んでもよい。
【００１６】
フィルタ１２２、１２４、１２６、１２８を、たとえば、次のものから構成してもよい。
１）第１の緑のフィルタ１２６用のＫｏｄａｋ（商標）Ｗｒａｔｔｅｎ（商標）＃５８（三色分解用の緑）
２）第２の緑のフィルタ１２８用のＫｏｄａｋ（商標）Ｗｒａｔｔｅｎ（商標）＃９９（緑）
３）赤のフィルタ１２２用のＫｏｄａｋ（商標）Ｗｒａｔｔｅｎ（商標）＃２５（三色分解用の赤）
４）青のフィルタ１２４用のＫｏｄａｋ（商標）Ｗｒａｔｔｅｎ（商標）＃４７（三色分解用の青）
【００１７】
図２は、図１の撮像素子が組み込まれたデジタル画像取込デバイスの画像処理領域の一部の概略図である。この例での撮像素子はＣＣＤ２００である。ＣＣＤアーキテクチャに従って、シフト制御回路２０２が、各フォトセンサ位置２０４から次のフォトセンサ位置２０４までフォトセンサアレイ２０６を横切る出力信号の移送を制御する。その後、フォトセンサアレイ２０６の最終行２１０の出力信号２０８が読出しレジスタ２１２に転送される。フォトセンサ位置２０４の最終列２１０の信号が読出しレジスタ２１２にシフトすると、読出しレジスタの信号は、逐次アナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換器２１４にシフトし、そこで、マイクロプロセッサ２１８のデジタルメモリ２１６に格納される前にデジタル化される。読出しレジスタ２１２の画素のすべてがデジタル化され格納されると、フォトセンサアレイ２０６の信号は再び読出しレジスタ２１２に向かってフォトセンサ位置を１つシフトし、それによって前のシフト動作後のフォトセンサ位置２０４の最後の列２１０の新たな信号が読出しレジスタ２１２に入る。このプロセスは、フォトセンサアレイ２０６の信号のすべてが読み出されるまで続く。そして、取り込まれ格納された画像は、さらに処理するか、もしくはディスプレイモニタに表示するかまたはプリントとして再生することが可能である。
【００１８】
撮像素子の代替実施形態を、図３に概略的に示す。この実施形態では（その一部のみを示す）、光は、通常、レンズ系３０２を通ってシステム３００に入り、撮像系に入射する光を赤、青および緑の３つのカラーチャネルに分割するビームスプリッタ３０４（たとえば、一連のプリズム）を通過する。そこでは、緑のカラーチャネルは、第１および第２のサブチャネルを有する。４つの撮像素子３０６、３１２、３１８および３２４が設けられており、各々が、フォトセンサ３１０、３１６、３２２および３２８のアレイとフィルタ３０８、３１４、３２０および３２６とを備え、そこでは各フィルタは、それぞれのフォトセンサアレイの領域全体をカバーする。フォトセンサ３１０、３１６、３２２および３２８の各アレイを、Ｂ／Ｗカメラ用のＳｏｎｙ（商標）ＩＣＸ２０５ＡＬ全画素読み出し式ＣＣＤイメージセンサ等のデバイスかまたはモザイク状のフィルタを含まない任意の同様のデバイスを使用して実施してもよい。
【００１９】
センサ３０６および３１２のフォトセンサ３１０および３１６は、それぞれ赤および青の原色に近似するスペクトル帯域の光を変換する。イメージセンサ３１８のフォトセンサ３２２は、原色の緑に近似する第１の広スペクトル帯域の光を変換し、イメージセンサ３２４のフォトセンサ３２８は、先の実施形態の緑のサブチャネルと同様に原色の緑に近似する第２のより狭いスペクトル帯域の光を変換する。そして、フォトセンサアレイは、各々、先の実施形態の場合と同様に電荷が排出され（unloaded）、その後、画像成分は画像プロセッサ（図示せず）において結合される。
【００２０】
撮像素子のさらなる代替実施形態を図４に概略的に示す。図４では、素子の一部のみを示す。
【００２１】
この実施形態では、図３に示す実施形態と同様に、光はレンズ系４０２を通してシステム４００に入り、システムに入る光を赤、青および緑の３つのカラーチャネルに分割するビームスプリッタ４０４を通過する。この実施形態では、３つの撮像素子４０６、４１２および４１８が設けられている。撮像素子４０６および４１２は、各々、フォトセンサ４１０および４１６のアレイとそれぞれのフィルタ４０８および４１４とを備え、そこでは各フィルタは、それぞれのフォトセンサアレイの領域全体をカバーする。センサ４０６および４１２のフォトセンサ４１０および４１６は、それぞれ原色の赤および緑に近似するスペクトル帯域の光を変換する。
【００２２】
一方、撮像素子４１８はフォトセンサ４２２のアレイを備え、そのうちの４つのフォトセンサ４２４のグループのみを詳細に示す。各グループは、各々がフォトダイオード４２６とフィルタ４２８とを有する、対角線的に互いに間隔が空けられた第１の緑のカラーセンサの対と、各々がフォトダイオード４３０とフィルタ４３２とを有する第２の緑のカラーセンサの対と、を有する。第１の緑のフィルタ／フォトセンサの組合せのフィルタ４２８は、第２の緑のフィルタ／フォトセンサの組合せより狭い範囲の波長を許容するように調整される。
【００２３】
撮像素子は、３つ以上のカラーチャネルを有してもよい。上述したものに対する代替構成では、４つのカラーチャネルが設けられており、それらチャネルの各々が、シアン、マゼンタ、黄および緑の色のうちの１つをそれぞれ示す。
【００２４】
上述した３色構成の変形形態では、緑のカラーチャネルは、３つ以上のサブチャネルを有してもよく、第１のサブチャネルのフィルタはスペクトルが広く調整され、第２のサブチャネルのフィルタはスペクトルが狭く調整され、残りのサブチャネル（複数可）のフィルタは第１のセンサの帯域と第２のセンサの帯域との間の帯域に調整される。
【００２５】
特別な場合では、たとえば、緑のチャネルではなく赤のチャネルまたは青のチャネルに対し２つ以上のセンサを設けることが有利な場合がある。
【００２６】
赤のサブチャネルで使用される可能性がある狭帯域フィルタには、Ｋｏｄａｋ（商標）Ｗｒａｔｔｅｎ（商標）２９または９２があり、青のサブチャネルで使用される可能性のある狭帯域フィルタには、Ｋｏｄａｋ（商標）Ｗｒａｔｔｅｎ（商標）４７Ｂまたは９８がある。
【００２７】
さらに別の例では、カラーチャネルのうちの２つ以上、恐らくはカラーチャネルのすべては、各々、複数のサブチャネルを備えてもよく、それによりそれぞれのカラーチャネルの各々に対する第１のサブチャネルのフィルタは、スペクトルが広く調整され、それぞれのカラーチャチャネルの各々に対する第２のサブチャネルのフィルタは、スペクトルが狭く調整され、任意の残りのサブチャネルのフィルタは、それぞれのカラーチャネルの第１のサブチャネルの帯域と第２のサブチャネルの帯域との間の帯域に調整される。
【００２８】
本発明は、センサとカラーチャネルとのいかなる特定の組合せにも限定されず、上述した例は単に例示のために提供されている、ということを理解しなければならない。
【００２９】
図５に示すグラフは、フォトセンサアレイの単一のカラーチャネルの２つのサブチャネルに関連するスペクトル帯域幅が異なるフィルタ（たとえば、Ｋｏｄａｋ（商標）Ｗｒａｔｔｅｎ（商標）＃５８（三色分解用の緑）およびＫｏｄａｋ（商標）Ｗｒａｔｔｅｎ（商標）＃９９（緑））を有する２つのフォトセンサ５０２、５０４に対する出力特性を示す。第１のフォトセンサ５０２のフィルタは、広スペクトル帯域幅に調整され、第２のフォトセンタ５０４のフィルタは、狭スペクトル帯域幅に調整される。
【００３０】
各フォトセンサ５０２、５０４に対する、低いレベルすなわち強度の入射光の場合、センサの出力は、固有のノイズフロアより上には上昇せず、したがっていかなる有用な信号もマスクされる。したがって、ノイズフロア以下の入射光レベルは、黒レベルとして処理される。一方、センサに高レベルの入射光が当たると、センサは飽和する。これらの２つの極値の間のレベルの光を、フォトセンサにより黒レベルと飽和レベルとの間の種々の暗度または色調として記録することができる。
【００３１】
ここで再び図５のグラフを参照すると、２つのフォトセンサ５０２および５０４を結合した効果は、センサの各々に記録する入射光の強度によって決まる５つの異なる出力領域を提供する、というものである。領域Ａは、暗黒を表し、そこでは、センサの各々によって生成される信号を、ノイズレベルを越えて記録することができない。領域Ｂは、影の細部の領域すなわち広スペクトル帯域フィルタを備えたフォトセンサ５０２のみがノイズフロアを越える信号を記録する、比較的光の強度が低い領域を表す。領域Ｂでは、フォトセンサ５０２は、そのフォトセンサに結び付くフィルタのスペクトル帯域幅が広いことにより、狭帯域のフォトセンサ５０４より排斥する光子が少ないため、光を記録することができる。対照的に、狭スペクトル帯域のフォトセンサ５０４によって生成された信号はまだ、そのフォトセンサに結び付くフィルタのスペクトル帯域幅がより狭いことにより、より多くの割合の入射光子が排斥されるため、ノイズレベルを越えて記録することができないままである。領域Ｃは、中間調を表し、そこでは、フォトセンサ５０２および５０４の各々に入射する光の強度は、それらのフォトセンサがノイズフロアを越える信号を生成するために十分である。第４の領域Ｄは、高照度細部の領域、すなわち、比較的光強度の高い領域を表し、そこでは、狭スペクトル帯域フィルタを備えたフォトセンサ５０４は、飽和レベルより下の信号を記録する。領域Ｄでは、フォトセンサ５０４は、そのフォトセンサに結び付くフィルタのスペクトル帯域幅が狭いことにより、広帯域フォトセンサ５０２より多くの割合の入射光子を排斥し、したがって、フォトセンサ５０２より容易には飽和状態にならないため、非飽和信号を記録することができる。対照的に、この入射光の強度では、フォトセンサ５０２の広スペクトル帯域フィルタは、フォトセンサの出力を飽和状態にするために必要な光子より多くの光子を通過させている。最後に、領域Ｅは、完全な高照度領域を表し、そこではフォトセンサの両方が飽和状態にされている。２つのフォトセンサ５０２および５０４の出力信号を適当にスケーリングし結合することにより、所与のカラーチャネル内で、単一のフォトセンサで取り込むことができる光の強度を大幅に超過する範囲の記録された強度の光を生成することができる。カラーチャネル毎に３つ以上のフォトセンサを採用することにより、範囲をさらに拡大することができる。
【００３２】
撮像素子の各カラーチャネルが単一のスペクトル帯域に対して感度が高いセンサを備える従来技術によるシステムと比較して、この撮像素子は、ダイナミックレンジまたは露出寛容度が向上するという利点を有し、影領域においてより多くの細部を提供するように感度が向上しかつ／または高照度領域の改善された細部を与えるように飽和度レベルが高くなる可能性を提供する。図５に示すように、単一色に対する２つのセンサの組合せにより、単一のセンサの場合より広い範囲の入力強度にわたり有用な出力が提供される。
【００３３】
ここで、画像の電子的な表現を取り込む方法について説明する。本方法の第１のステップでは、画像が、複数のフォトセンサを有するセンサデバイス上に投影される。各フォトセンサに入射する光の波長は、それぞれのフォトセンサのカラーチャネルに関連する色を規定するスペクトル帯域に限定される。したがって、各フォトセンサの出力は、それぞれのフォトセンサに入射する光の強度の測定値である。そして、フォトセンサの出力が結合されることにより、画像の電子的な表現が生成される。１つのカラーチャネルが、スペクトル帯域がオーバラップする少なくとも２つのサブチャネルに分割され、オーバラップするスペクトル帯域のうちの一方は、オーバラップするスペクトル帯域のうちのもう一方より帯域幅が狭い。
【００３４】
図６を参照すると、画像取込方法のステップを示すフローチャート６００が示されている。任意の画像形成プロセスにおける第１のステップ（６０２）は、画像をセンサデバイスに投影することである。これは、通常、レンズ系を使用して光をシーンから（またはスキャンシステムの場合は、スキャンされる文書または品目から）イメージセンサデバイスに集束させることによって行う。使用中の画像形成システムのタイプに応じて、投影された画像を、単一のフォトセンサアレイの個々のフォトセンサを結合することによるか、または投影された画像を複数のビームに分割し（ビームスプリッタを使用）各カラーチャネルを検出するために別々のアレイを使用することにより、異なるカラーチャネルに関連するセンサに分配する（６０４）。いずれの場合も、各フォトセンサへの光路において、各フォトセンサに入射する光の波長をそのフォトセンサのカラーチャネルに関連する波長のみに限定する（６０６）ために、フィルタを使用する。光スプリッタ手法の場合、各フォトセンサアレイの上部に単一のフィルタ素子を採用してもよく、所与のカラーチャネルのフォトセンサが他のチャネルのフォトセンサとともに単一のアレイに空間的に分配される場合、アレイの上部にモザイク状のフィルタを採用する。しかしながら、各場合において、少なくとも１つのカラーチャネルを、広帯域の波長を記録するように調整された少なくとも１つのサブチャネルと狭帯域の波長を記録するように調整されたサブチャネルとを含むサブチャネルに分割する。上述した例では、緑のチャネルを、それぞれＫｏｄａｋ（商標）Ｗｒａｔｔｅｎ（商標）＃５８（三色分解用の緑）フィルタを使用して広帯域の緑の波長を選択し、Ｋｏｄａｋ（商標）Ｗｒａｔｔｅｎ（商標）＃９９（緑）を使用して狭帯域の緑の波長を選択することにより、２つのサブチャネルに分割する。一方、赤および青のチャネルは、それぞれ、Ｋｏｄａｋ（商標）Ｗｒａｔｔｅｎ（商標）＃２５（三色分解用の赤）を使用して広帯域の赤の波長を選択しＫｏｄａｋ（商標）Ｗｒａｔｔｅｎ（商標）＃４７（三色分解用の青）を使用して広帯域の青の波長を選択してもよい。
【００３５】
各フォトセンサに当たる光の強度を、ＳｏｎｙＩＣＸ２０５ＡＬ等のタイプの１つまたは複数のセンサアレイを使用して測定し、適当なアナログ・デジタル変換器を使用してデジタル化する。緑のチャネルおよび／または複数のサブチャネルを有する任意の他のチャネルの場合、サブチャネル信号を、同じカラーチャネルの他のサブチャネルからの信号を補間することによりスケーリングし拡張する（６１０）。したがって、サブチャネルセンサのうちの１つが黒レベルかまたは飽和レベルである出力を生成している入力強度の領域の場合、同じカラーチャネルの他のフォトセンサの適当にスケーリングされた出力を使用して、黒レベルまたは飽和レベルの出力を有するフォトセンサに対する信号を補間する。
【００３６】
最後に、カラーチャネルおよびサブチャネル信号を、たとえば４×３色補正マトリクスを使用して色補正する（６１２）ことにより、ｓＲＧＢ画像等の色の３つのチャネルを有するデジタル画像を生成する。色補正ステップはまた、デモザイク処理としても既知であり、これを使用して、フォトセンサアレイからの生画像データを結果としての標準画像フォーマットに変換する、すなわち、フォトセンサアレイデータから結果としての画像の名目画素位置の赤、緑および青の強度を計算する。フォトセンサアレイのそれぞれのカラーチャネルを矩形のサンプリング形状に位置合せしなくてもよいため、David Taubmanによって提案されたもの等のアルゴリズムを利用してもよい（Taubman, David著、「Generalized wiener reconstruction of images from color sensor data using a scale invariant prior」、Proceedings of the 2000 International Conference on Image Processing（ICIP 2000）、10-13 September 2000）。単一のカラーチャネル内の複数のサブチャネルを考慮するこのアルゴリズムの変形を採用してもよい。
【００３７】
このように、撮像系を作成するためのさまざまな実施形態および構成要素を示した。また、これらを、単独で、または組合せで、または光学設計および色彩科学の技術分野において既知の他の要素とともに使用してもよい。範囲が添付の特許請求の範囲によってのみ限定されるべきである本発明の精神から逸脱することなく、手元にある要件および材料に従ってこれらおよび他のかかる組合せ、代用形態および代替実施形態を企図してもよい、ということが理解される。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】一部を詳細に示し４つのカラーチャネルまたはサブチャネルに配列されたフォトセンサのマトリクスが設けられた、撮像素子の概略図である。
【図２】図１の撮像素子が組み込まれたデジタル画像取込デバイスの画像処理領域の一部の概略図である。
【図３】フォトセンサの４つのアレイが設けられ、各アレイがそれぞれのカラーチャネルまたはサブチャネルと関連し、光がビームスプリッタによりアレイの各々に分配される、代替撮像素子の概略図である。
【図４】フォトセンサの３つのアレイが設けられ、光がビームスプリッタによりアレイの各々に分配され、それによりアレイのうちの２つがそれぞれのカラーチャネルに関連し第３のアレイが２つのカラーサブチャネルに関連する、さらなる代替撮像素子の概略図である。
【図５】撮像素子の単一のカラーチャネル（図１の実施形態の緑のカラーチャネル等）の第１および第２のカラーセンサからの応答関数を示すグラフである。
【図６】画像を取り込む方法のフローチャートである。
【符号の説明】
【００３９】
１００：撮像素子
１０２：サブセット
１０４：フォトセンサのグループ
１０６  赤のカラーフォトセンサ
１０８  青のカラーフォトセンサ
１１０  第１の緑のカラーフォトセンサ
１１２  第２の緑のカラーフォトセンサ
１１４、１１６、１１８、１２０  フォトダイオード
１２２、１２４、１２６、１２８  フィルタ
２００  ＣＣＤ
２０２  シフト制御回路
２０４  フォトセンサ位置
２０６  フォトセンサアレイ
２０８  出力信号
２１０  最終行
２１２  読出しレジスタ
２１４  逐次アナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換器
２１６  デジタルメモリ
２１８  マイクロプロセッサ
３００  システム
３０２  レンズ系
３０４  ビームスプリッタ
３０６、３１２、３１８、３２４  撮像素子
３０８、３１４、３２０、３２６  フィルタ
３１０、３１６、３２２、３２８  フォトセンサ
４００  システム
４０２  レンズ系
４０４  ビームスプリッタ
４０６、４１２、４１８  撮像素子
４０８、４１４  フィルタ
４１０、４１６  フォトセンサ
４２２、４２４  フォトセンサ
４２６、４３０  フォトダイオード
４２８、４３２  フィルタ
５０２、５０４  フォトセンサ
６００  フローチャート
【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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