JP2000316163A - カラー撮像素子及び撮像装置 - Google Patents

カラー撮像素子及び撮像装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 カラー撮像素子として高い感度を維持しなが
ら、十分大きなダイナミックレンジを実現する。 【解決手段】 ＲＧＢ系のフィルタをベイヤ配列してな
るカラー撮像素子において、高感度なブロックと低感度
なブロックを互いに辺を共有しない市松状に配置し、被
写体の明るさに応じて、高感度なブロックからの信号と
低感度なブロックからの信号を選択する。

Description

【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、カラー撮像素子において、
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) 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。 (2) 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。 (3) 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

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【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
    ことを特徴とするカラー撮像素子。
  2. 【請求項２】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請求項１記載のカラー撮像
    素子。
  3. 【請求項３】請求項２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
    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。
  4. 【請求項４】請求項２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
    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。
  5. 【請求項５】請求項２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。
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