(57)【要約】【課題】有彩色画素と、有彩色画素よりも高感度な高感度画素との配列を工夫して、高解像度化、ダイナミックレンジの広域化、高感度化を可能にする。【解決手段】複数色の有彩色画素Ｒ，Ｇ，Ｂと、前記有彩色画素Ｒ，Ｇ，Ｂに比べ入射光に対する感度の高い高感度画素Ｙ，Ｗとが互いに市松状に配置された固体撮像装置であって、偶数列および奇数列のいずれか一方の画素配列は前記高感度画素Ｙで配列されているとともに、他方の画素配列は前記高感度画素Ｗおよび前記有彩色画素Ｒ，Ｇ，Ｂが交互に配列されていて、前記高感度画素Ｙで構成されている列はシャッターによって独立に制御されることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数色の有彩色画素と、前記有彩色画素に比べ入射光に対する感度の高い高感度画素とが互いに市松状に配置された固体撮像装置であって、
偶数列および奇数列のいずれか一方の画素配列は前記高感度画素で配列されているとともに、
他方の画素配列は前記高感度画素および前記有彩色画素が交互に配列されていて、
前記高感度画素で構成されている画素配列は独立にシャッター制御される
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記高感度画素は透明フィルタもしくはホワイトフィルタを備えた画素である
ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記高感度画素は輝度フィルタを備えた画素である
ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記有彩色画素は、原色フィルタを備えた画素もしくは前記原色フィルタの補色となる補色フィルタを備えた画素からなる
ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画素が市松状に配置された固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
イメージセンサにおいて、イメージセンサの感度を向上させるために、ホワイト画素を含めた色コーディングの提案がなされている（例えば、特許文献１参照。）。色コーディングにホワイト画素を含む場合は、他の色フィルタに比較し最初に飽和するために、以下の様な問題がある。一つの問題点は、ホワイト画素は輝度信号成分として寄与するが、他の色画素より先に飽和することで、解像度の低下やダイナミックレンジの低下を招くことである。もう一つの問題点は、感度を上げるためにホワイト画素を利用する色フィルタアレイでは明暗のギャップが大きい被写体を撮影する場合、飽和しやすい問題がある。つまり、ホワイト画素の信号の相関により、色信号、輝度信号を生成する場合、飽和領域で色信号、輝度信号が破綻する。
【０００３】
【特許文献１】再公表特許ＷＯ２００２／０５６６０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
解決しようとする問題点は、ホワイト画素が他の色画素より先に飽和することで、解像度の低下やダイナミックレンジの低下を招く点であり、感度を上げるためにホワイト画素を利用する有彩色画素アレイでは明暗のギャップが大きい被写体を撮影する場合、飽和しやすい点である。
【０００５】
本発明は、有彩色画素と、有彩色画素よりも高感度な高感度画素との配列を工夫して、高解像度化、ダイナミックレンジの広域化、高感度化を可能にすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の固体撮像装置は、複数色の有彩色画素と、前記有彩色画素に比べ入射光に対する感度の高い高感度画素とが互いに市松状に配置された固体撮像装置であって、偶数列および奇数列のいずれか一方の画素配列は前記高感度画素で配列されているとともに、他方の画素配列は前記高感度画素および前記有彩色画素が交互に配列されていて、前記高感度画素で構成されている画素配列は独立にシャッター制御されることを特徴とする。
【０００７】
本発明の固体撮像装置では、有彩色画素に比べ入射光に対する感度の高い高感度画素が配列されることで高感度化が可能になり、高感度画素が配列されている一方の画素配列は独立にシャッター制御されることから、この画素配列では、明暗差が大きい被写体に対して、明るい部分での白とびが防止される。また、他方の画素配列に前記高感度画素および前記有彩色画素が交互に配列されることから、明暗差が大きい被写体に対して、暗い部分では高感度な信号レベルが得られる。また他方の画素配列にも高感度画素が配置されているので、高感度画素の割合が多くなる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の固体撮像装置によれば、明暗差が大きい被写体に対しても、明るい部分が白とびせず、暗い部分では高感度な信号レベルが得られるので、広いダイナミックレンジの撮影ができる。また、高感度画素の割合が多くなるので、高い輝度解像度が得られ、高感度撮影ができるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の固体撮像装置に係る一実施の形態（第１実施例）を、図１の画素レイアウト図によって説明する。
【００１０】
図１に示すように、固体撮像装置１の画素配列は、従来のＲＧＢ正方ベイヤの画素配列に対して、空間位相が１／２ずれた位相位置に輝度情報を得るための画素（本例では、有彩色画素に比べ入射光に対する感度の高い高感度画素）を配置した配列となっている。この高感度画素は、例えば、透明フィルタ、ホワイトフィルタもしくはグレーフィルタを有する画素からなる。図面では、一例として透明フィルタを配置した高感度画素Ｙ、Ｗを配列したものを示した。
【００１１】
具体的には、偶数列および奇数列のいずれか一方の画素配列は高感度画素Ｙが配列されるとともに、他方の画素配列は高感度画素Ｗと、有彩色画素Ｒ、Ｂもしくは有彩色画素Ｇとが交互に配列されている。この有彩色画素Ｒは赤色（Ｒｅｄ）フィルタが設けられた画素であり、この有彩色画素Ｇは緑色（Ｇｒｅｅｎ）フィルタが設けられた画素であり、この有彩色画素Ｂは青色（Ｂｌｕｅ）フィルタが設けられた画素である。上記他方の画素配列においては、例えば、高感度画素Ｗと有彩色画素Ｒ、Ｂとが交互に配列されている列と、高感度画素Ｗと有彩色画素Ｇとが交互に配列されている列とが、上記高感度画素Ｙが配列されている列を挟んで交互に配列されている。また、上記高感度画素Ｙが配列されている列は、独立に制御するシャッター（図示せず）が備えられている。
【００１２】
上記シャッターは、明暗差が大きい被写体を撮影する場合、高感度画素Ｙが飽和する直前にシャッターを切るように制御されている。一方、高感度画素Ｙ以外の画素部では適切露出が得られた時点、シャッターが切られるようになっている。
【００１３】
この信号処理回路の一例を図２のブロック図によって説明する。
【００１４】
図２に示すように、高感度画素Ｙからの信号を補間して、白とびしない輝度映像を得るＹ補間ブロック１０１が備えられている。また、高感度画素Ｗからの信号を補間するＷ補間ブロック１０２が備えられている。また上記Ｙ補間ブロック１０１から出力される信号と、上記Ｗ補間ブロック１０２から出力される信号とを合成する輝度合成ブロック１０３を備え、この輝度合成ブロック１０３で輝度信号Ｙ’の出力を得る。一方、有彩色画素Ｒ／Ｇ／Ｂからの信号を補間するＲＧＢ補間ブロック１０４、このＲＧＢ補間ブロック１０４からの各出力を合成する色差合成ブロック１０５を備え、色差合成ブロック１０５の出力で色差信号Ｃｂ／Ｃｒを得る。
【００１５】
上記信号処理回路では、高感度画素Ｙからの信号をＹ補間ブロック１０１にて補間して、白とびしない輝度映像を得るとともに、高感度画素Ｗからの信号をＷ補間ブロック１０２にて補間して、被写体の暗い部分でも信号レベルが高く高感度な画像信号を得ることができる。また上記Ｙ補間ブロック１０１から出力される信号と上記Ｗ補間ブロック１０２から出力される信号とを輝度合成ブロック１０３で合成して、広いダイナミックレンジの輝度信号Ｙ’を得ることができる。色差信号Ｃｂ／Ｃｒは、有彩色画素Ｒ／Ｇ／Ｂからの信号をＲＧＢ補間ブロック１０４で補間して、各出力を色差合成ブロック１０５で合成して得ることができる。
【００１６】
上記固体撮像装置１によれば、有彩色画素Ｒ、Ｇ、Ｂに比べ入射光に対する感度の高い高感度画素Ｙ、Ｗが配列されることで高感度化が可能になる。また、高感度画素Ｙが配列されている画素配列を独立にシャッター制御することから、その列の高感度画素Ｙが飽和する前にシャッターを切ることができるので、明暗差が大きい被写体に対して、明るい部分での白とびが防止される。一方、他方の画素配列では、有彩色画素Ｒ、Ｇ、Ｂが適性露出を得ることができるため、暗部で高感度な信号レベルが得られるので、広いダイナミックレンジの撮影ができる。なお、有彩色画素Ｒ、Ｇ、Ｂが適性露出を得ると、この列の高感度画素Ｗは飽和して白とびを生じる可能性があるが、その画素数は少ないので、画像への影響はほとんどない。また、偶数列および奇数列のいずれか一方の画素配列が高感度画素Ｙで配列され、他方の画素配列が高感度画素Ｗおよび有彩色画素Ｒ、Ｇ、Ｂが交互に配列されていることから、高感度画素Ｙ、Ｗの割合が多くなるので、高い輝度解像度が得られるという利点がある。
【００１７】
次に、本発明の固体撮像装置に係る一実施の形態（第２実施例）を、図３の画素レイアウト図によって説明する。
【００１８】
図３に示すように、固体撮像装置２の画素配列は、従来のＲＧＢ正方ベイヤの画素配列に対して、空間位相が１／２ずれた位相位置に輝度情報を得るための画素（本例では、有彩色画素に比べ入射光に対する感度の高い高感度画素）を配置した配列となっている。図面では、一例として高感度画素Ｙ、Ｗに輝度フィルタアレイ（Ｗ＝Ｒ＋Ｇ＋Ｂ，Ｙ＝Ｒ＋Ｇ＋Ｂ）を配列したものを示した。
【００１９】
具体的には、偶数列および奇数列のいずれか一方の画素配列は高感度画素Ｙで配列されるとともに、他方の画素配列は高感度画素Ｗと、有彩色画素Ｒ、Ｂとが交互に配列されている。この有彩色画素Ｒは赤色（Ｒｅｄ）フィルタが設けられた画素であり、この有彩色画素Ｂは青色（Ｂｌｕｅ）フィルタが設けられた画素である。また、上記高感度画素Ｙが配列されている列は、シャッターによって独立に制御される。
【００２０】
上記シャッターは、明暗差が大きい被写体を撮影する場合、高感度画素Ｙが飽和する直前にシャッターを切るように制御されている。一方、高感度画素Ｙ以外の画素部では適切露出が得られた時点、シャッターが切られるようになっている。
【００２１】
この場合の信号処理は、前記図２によって示した信号処理回路において、高感度画素Ｙからの信号をＹ補間ブロック１０１にて補間して、白とびしない輝度映像を得るとともに、高感度画素Ｗからの信号をＷ補間ブロック１０２にて補間して、被写体の暗い部分でも信号レベルが高く高感度な画像信号を得る。また上記Ｙ補間ブロック１０１から出力される信号と上記Ｗ補間ブロック１０２から出力される信号とを輝度合成ブロック１０３で合成して、広いダイナミックレンジの輝度信号Ｙ’を得る。色差信号Ｃｂ／Ｃｒは、有彩色画素Ｒ／Ｂからの信号をＲＧＢ補間ブロック１０４で補間して、各出力を色差合成ブロック１０５で合成して得られる。この信号処理では、第１実施例と比べ、高い色解像度が得られる。
【００２２】
次に、本発明の固体撮像装置に係る一実施の形態（第３実施例）を、図４の画素レイアウト図によって説明する。
【００２３】
図４に示すように、固体撮像装置３の画素配列は、従来のＲＧＢ正方ベイヤの画素配列に対して、空間位相が１／２ずれた位相位置に輝度情報を得るための画素（本例では、有彩色画素に比べ入射光に対する感度の高い高感度画素）を配置した配列となっている。この高感度画素は、例えば、透明フィルタおよび補色フィルタを有する画素からなる。図面では、一例として、高感度画素Ｙに補色フィルタ（Ｙ＝Ｃｙ＋Ｙｅ−Ｇ）を用い、高感度画素Ｗに透明フィルタ（Ｗ＝Ｃｙ＋Ｙｅ−Ｇ）を用いたものを配列した。
【００２４】
具体的には、偶数列および奇数列のいずれか一方の画素配列が高感度画素Ｙで配列されるとともに、他方の画素配列は、高感度画素Ｗと補色画素Ｃｙとが交互に配列され、また高感度画素Ｗと補色画素Ｍｇと有彩色画素Ｇとが交互に配列され、また高感度画素Ｗと補色画素Ｙｅとが交互に配列されている。そして高感度画素Ｙが配列されている列を挟んで、高感度画素Ｗと補色画素Ｃｙとが交互に配列されている列、高感度画素Ｗと補色画素Ｍｇと有彩色画素Ｇとが交互に配列されている列、高感度画素Ｗと補色画素Ｙｅとが交互に配列されている列が、順に配列されている構成となっている。また、上記高感度画素Ｙが配列されている列は、シャッターによって独立に制御される。
【００２５】
上記シャッターは、明暗差が大きい被写体を撮影する場合、高感度画素Ｙが飽和する直前にシャッターを切るように制御されている。一方、高感度画素Ｙ以外の画素部では適切露出が得られた時点、シャッターが切られるようになっている。
【００２６】
上記の説明においては高感度画素の例として「透明フィルタＹ、Ｗを有する画素」を用いて説明したが、厳密な意味での（理想的な）透明に限定されるわけではなく、従来の色再現用の各色成分を得るための原色画素や補色画素に比べて感度の高い画素となるフィルタであればよく、例えば理想的な白色や透明の状態に光を通さない成分が少し混ざったグレーフィルタが設けられた画素や、少量の色素成分が混ざっているフィルタが設けられた画素であってもよい。但し、特定の色素成分が偏って混ざったフィルタである場合よりも、グレーフィルタなどのように透過する光の色成分のバランスがよいフィルタの方が、信号処理を行うという観点では好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の固体撮像装置に係る一実施の形態（第１実施例）を示した画素レイアウト図である。
【図２】本発明の固体撮像装置の信号処理回路を示したブロック図である。
【図３】本発明の固体撮像装置に係る一実施の形態（第２実施例）を示した画素レイアウト図である。
【図４】本発明の固体撮像装置に係る一実施の形態（第３実施例）を示した画素レイアウト図である。
【符号の説明】
【００２８】
１…固体撮像装置、Ｙ，Ｗ…高感度画素、Ｒ，Ｇ，Ｂ…前記有彩色画素
【図１】
2007306177.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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