(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像面に周期的色コーディング配列を施し、その単位配列（ブロック）毎に異なる感度を有したカラー撮像素子であって、
前記周期的色コーディング配列は、ＲＧＢ原色から構成されるベイヤ配列であり、高感度なブロックと低感度なブロックが互いに辺を共有しない市松状に配置されたことを特徴とするカラー撮像素子。
【請求項２】
請求項１に記載のカラー撮像素子と、この撮像素子の出力に基づいて所定の画像信号を生成する画像信号生成手段と、この画像信号生成手段による信号生成過程において前記高感度なブロックからの信号出力と前記低感度なブロックからの信号出力を加算する加算手段とを具備してなることを特徴とする撮像装置。
【請求項３】
請求項１に記載のカラー撮像素子と、この撮像素子の出力に基づいて所定の画像信号を生成する画像信号生成手段と、この画像信号生成手段による信号生成過程において前記高感度なブロックからの信号出力と前記低感度なブロックからの信号出力との何れかを選択する選択手段とを具備してなることを特徴とする撮像装置。
【請求項４】
請求項１に記載のカラー撮像素子と、この撮像素子の出力に基づいて所定の画像信号を生成する画像信号生成手段と、前記撮像素子の出力に基づいて所定の自動制御処理を行う自動制御手段と、被写体の輝度を判定する被写体輝度判定手段と、この被写体輝度判定手段の出力に基づいて前記自動制御手段における自動制御処理で使用する信号を、前記高感度なブロックからの信号出力と前記低感度なブロックからの信号出力とから選択する選択手段とを具備してなることを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子カメラ（デジタルスチルカメラ）やビデオカメラ等に使用される撮像素子に係わり、特に感度特性の改善をはかったカラー撮像素子及びこれを用いた撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、被写体像をＣＣＤ撮像素子等により撮像し、得られた画像データをコンパクトフラッシュ（ＣＦ）やスマートメディア（ＳＳＦＤＣ）等のフラッシュメモリに記憶する電子カメラが実用化されている。この電子カメラは、小型・軽量であり、さらに画像データの書き換えが可能であることから、今後益々普及すると予想される。
【０００３】
ところで、ＣＣＤ撮像素子でカラー画像を撮像するには、撮像素子の各画素に色フィルタを配置し、ＲＧＢの３原色に対応した信号を得る必要がある。ＣＣＤカラー撮像素子の色フィルタには、原色系であるＲＧＢ系フィルタと補色系であるＣＭＹ系フィルタの２種類がある。いずれの色フィルタを用いてもよいが、撮像素子の感度を最適に設定することが重要である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前述したように、カラー撮像素子においてはその感度を適切に設定することが重要であり、一般に感度が高いとダイナミックレンジが小さくなり、明るすぎる被写体に対して良好な撮像が困難となる。これとは逆に感度が低いと、暗い被写体の撮像が困難となる。
【０００５】
本発明は、上記事情を考慮して成されたもので、その目的とするところは、比較的高い感度が得られて、且つダイナミックレンジを広くできるカラー撮像素子及びこれを用いた撮像装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
（構成）
上記課題を解決するために本発明は次のような構成を採用している。
【０００７】
即ち本発明は、撮像面に周期的色コーディング配列を施し、その単位配列（ブロック）毎に異なる感度を有したカラー撮像素子であって、前記周期的色コーディング配列は、ＲＧＢ原色から構成されるベイヤ配列であり、高感度なブロックと低感度なブロックが互いに辺を共有しない市松状に配置されたことを特徴とする。
【０００８】
また本発明は、上記構成のカラー撮像素子を用いた撮像装置において、撮像素子の出力に基づいて所定の画像信号を生成する画像信号生成手段と、この画像信号生成手段による信号生成過程において前記高感度なブロックからの信号出力と低感度なブロックからの信号出力を加算する加算手段とを具備してなることを特徴とする。
【０００９】
また本発明は、上記構成のカラー撮像素子を用いた撮像装置において、撮像素子の出力に基づいて所定の画像信号を生成する画像信号生成手段と、この画像信号生成手段による信号生成過程において前記高感度なブロックからの信号出力と低感度なブロックからの信号出力との何れかを選択する選択手段とを具備してなることを特徴とする。
【００１０】
また本発明は、上記構成のカラー撮像素子を用いた撮像装置において、撮像素子の出力に基づいて所定の画像信号を生成する画像信号生成手段と、前記撮像素子の出力に基づいて所定の自動制御処理を行う自動制御手段と、被写体の輝度を判定する被写体輝度判定手段と、この被写体輝度判定手段の出力に基づいて前記自動制御手段における自動制御処理で使用する信号を、前記高感度なブロックからの信号出力と低感度なブロックからの信号出力とから選択する選択手段とを具備してなることを特徴とする。
【００１１】
ここで、本発明の望ましい実施態様としては次のものがあげられる。
(1) 自動制御手段は、被写体輝度判定手段の出力に基づいて露出及び焦点を調整するものであること。
(2) ４×４のマスから１つの画素信号を生成し、マスを２画素ピッチずつずらして２次元の画素信号を得ること。
【００１２】
（作用）
本発明によれば、撮像面に周期的色コーディング配列を施し、その単位配列（ブロック）毎に異なる感度を持たせているので、それぞれの出力に応じて選択的又は加算して画素値とすることにより、撮像素子の感度特性の最適化をはかることができる。具体的には、低輝度の被写体に対しては高感度の画素を用い、高輝度の被写体に対しては低感度の画素を用いることにより、比較的高感度でありながらダイナミックレンジを十分に大きくすることが可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を図示の実施形態によって説明する。
【００１４】
図１は、本発明の一実施形態に係わる撮像装置の回路構成を示すブロック図である。
【００１５】
図中１０１はレンズ系、１０２はレンズ駆動機構、１０３は露出制御機構、１０４はＬＰＦ等のフィルタ系、１０５は色フィルタを内蔵したＣＣＤカラー撮像素子、１０６はＣＣＤドライバ、１０７はＡ／Ｄ変換器等を含むプリプロセス部、１０８は色信号生成処理，マトリックス変換処理，その他各種のデジタル処理を行うためのデジタルプロセス部、１０９はカードインターフェース、１１０はＣＦ等のメモリカード、１１１はＬＣＤ画像表示系、１１２はシステムコントローラ（ＣＰＵ）、１１３は操作スイッチ系、１１４は操作表示系、１１５はレンズドライバ、１１６は露出制御ドライバを示している。
【００１６】
上記の基本構成は従来一般的な装置と同様であるが、本実施形態がこれと異なる点は、ＣＣＤカラー撮像素子１０５の構成、更にはこれに伴うデジタルプロセス部１０８による処理にある。本実施形態の撮像素子は、撮像面に周期的色コーディング配列を施し、その単位配列（ブロック）毎に異なる感度を有している。
【００１７】
カラー撮像素子における色フィルタの配列は、図２に示すようにＲＧＢのベイヤ配列である。そして、２×２のマス毎に高透過率フィルタを配置した高感度ブロック２１と低透過率フィルタを配置した低感度ブロック２２が、互いに辺を共有しない市松状に配置されている。
【００１８】
上記のカラー撮像素子を用いた場合の画像信号生成処理（色信号生成処理）について説明する。図２中に破線で囲まれた４×４のマスが色信号生成の基本格子であり、このマス内の各画素の信号を加算することにより画素信号を生成する。即ち、マス内の高感度なブロック２１における２つのＲ，２つのＢ，４つのＧと、低感度ブロック２２における２つのＲ，２つのＢ，４つのＧとを加算することにより、１画素相当の画素信号を生成する。そして、上記のマスを２画素ピッチずつずらすことにより、２次元の画素信号を得るものとなっている。
【００１９】
図３は、本実施形態の撮像素子における感度特性を示す図である。横軸は入射光量（対数）で、縦軸はＣＣＤ出力（対数）である。高感度ブロック２１における感度は図中のＡに示すように高くなっており、低感度ブロック２２における感度は図中のＢに示すように低くなっている。
【００２０】
本実施形態のように、４×４のマス内で高感度ブロック２１と低感度ブロック２２の各々の画素信号を加算することにより、最終的に得られる感度は図中のＣに示すようになる。即ち、入射光量の低い時点から感度を持ち、且つ入射光量の大きなところまで飽和レベルに達しない。つまり、比較的高感度でありながら十分大きなダイナミックレンジを得ることができる。
【００２１】
図４は、本実施形態における動作を説明するためのフローチャートである。まず、処理のスタートにより（１ｓｔレリーズ）、被写体における絶対輝度レベルを測定する（Ｓ１）。この測定においては、被写体方向の輝度をセンサにより測定しても良いし、ＣＣＤ撮像素子の出力を用いることも可能である。
【００２２】
次いで、測定された輝度が所定値以上であるか否かを判定し（Ｓ２）、所定値以上であれば、低感度画素の出力を用いて露出及びフォーカスを自動調整する（Ｓ３）。測定輝度が所定値より小さければ、高感度画素の出力を用いて露出及びフォーカスを自動調整する（Ｓ４）。
【００２３】
次いで、２ｎｄレリーズ（Ｓ５）により、ＲＧＢの色フィルタがベイヤ配列され且つ高透過率フィルタと低透過率フィルタが市松格子状に配置されたカラー撮像素子により被写体像を撮像し、カラー撮像素子の各光電変換素子（各画素）からの信号を増幅する。そして、増幅された信号をＡ／Ｄ変換したのち、各々のベイヤデータを格納する（Ｓ６）。
【００２４】
次いで、高感度画素と低感度画素の各出力を加算して画像信号生成処理を行う（Ｓ７）。この画像信号生成に関しては、前記図２及び図３を用いて説明した通りであり、４×４のマス内の高感度画素及び低感度画素の各出力を加算して１画素相当分のカラー信号を生成し、マスを２画素ピッチずつずらして２次元画像信号を生成する。
【００２５】
次いで、ホワイトバランスの調整を行い、さらにマトリックス処理を行う（Ｓ８）。マトリックス処理では、色再現誤差を低減するために周知のマトリックス変換により分光感度の補正を行う。
【００２６】
次いで、得られたＲＧＢ信号に対して、γ変換処理及びＹ／Ｃ分離処理を施した後、ＪＰＥＧ圧縮処理を行い、圧縮された画像データをメモリカード等に記録する（Ｓ９）。
【００２７】
このように本実施形態によれば、高感度画素と低感度画素の信号を加算することにより、比較的高い感度を維持しながらダイナミックレンジの拡大をはかることができる。なお、ＲＧＢの１つのベイヤ配列を１単位とすると４単位で画素加算することにより、従来に比して解像度は１／２に低下する。しかし、将来の高画素化により撮像素子の画素数が十分に多くなった場合、画素の選択的使用による解像度の低下が無視できるようになり、上記した本実施形態の効果がより有効となる。
【００２８】
また本実施形態では、被写体の輝度が所定値以上の場合、即ち被写体が明るい場合は、低感度画素を用いてＡＥ，ＡＦの調整を行うことにより、被写体が明るすぎることによるＡＥ，ＡＦの調整不良を未然に防止することができる。これとは逆に、被写体の輝度が所定値より小さい場合、即ち被写体が暗い場合は、高感度画素を用いてＡＥ，ＡＦの調整を行うことにより、被写体が暗いことによるＡＥ，ＡＦの調整不良を未然に防止することができる。
【００２９】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。実施形態では、高感度画素と低感度画素の信号を加算したが、この代わりに、画像信号生成処理において、被写体の明るさに応じて高感度画素又は低感度画素の何れかを選択する選択手段を設け、被写体が明るい場合は低感度画素の信号のみを用い、被写体が暗い場合は高感度画素の信号のみを用いるようにしてもよい。
【００３０】
また、ＲＧＢの配列は必ずしもベイヤ配列に限るものではなく、各種の配列が可能である。さらに、撮像装置の構成は図１に何ら限定されるものではなく、仕様に応じて適宜変更可能である。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、撮像面に周期的色コーディング配列を施し、その単位配列（ブロック）毎に異なる感度を持たせているので、それぞれの出力に応じて選択的又は加算して画素値とすることにより、高い感度と高いダイナミックレンジを有するカラー撮像素子を実現することが可能となる。そして、これを用いることにより、暗いシーンから明るいシーンまで良好な撮像を行うことのできる撮像装置を実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係わる撮像装置の回路構成を示すブロック図。
【図２】実施形態に用いたカラー撮像素子における色フィルタの配列を示す図。
【図３】実施形態に用いたカラー撮像素子における感度特性を示す図。
【図４】実施形態の動作を説明するためのフローチャート。
【符号の説明】
２１…高感度ブロック
２２…低感度ブロック
１０１…レンズ系
１０２…レンズ駆動機構
１０３…露出制御機構
１０４…フィルタ系
１０５…ＣＣＤ撮像素子
１０６…ＣＣＤドライバ
１０７…プリプロセス
１０８…デジタルプロセス
１０９…カードインターフェース
１１０…メモリカード
１１１…ＬＣＤ画像表示系
１１２…システムコントローラ
１１３…操作スイッチ系
１１４…操作表示系
１１５…レンズドライバ
１１６…露出制御ドライバ
【図１】
0004129338.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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