JP5150796B2 - 固体撮像素子の駆動方法並びに固体撮像素子及び撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は固体撮像素子の駆動方法並びに固体撮像素子及び撮像装置に係り、特に、高解像度，広ダイナミックレンジの被写体カラー画像を撮像するのに好適な単板式固体撮像素子の駆動方法並びに固体撮像素子及び撮像装置に関する。

水平方向，垂直方向の解像度が高い被写体カラー画像を撮像することができる固体撮像素子が下記の特許文献１，２に記載されている。この固体撮像素子の画素配列，カラーフィルタ配列について図８，図９を用いて説明する。

図８は、正方格子配列された複数の画素（光電変換素子：フォトダイオード）の上に積層された３原色カラーフィルタＲ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）の配列を示している。ＲＧＢの各配置位置が容易に分かる様に、ＲフィルタとＢフィルタには○印を付けてある。

この図８に示すカラーフィルタ配列では、偶数列と偶数行の各画素上にＧフィルタを積層し、残りの位置の画素には、列方向，行方向でＲフィルタとＢフィルタを交互に積層している。換言すると、Ｇフィルタの積層画素（Ｇ画素）は、升目を形成する線の位置に配置され、升目状の目の位置にＲフィルタの積層画素（Ｒ画素）とＢフィルタの積層画素（Ｂ画素）が配置される
この図８の画素配列，カラーフィルタ配列を、斜め４５度に傾けた配列を示す図が図９である。画素配列は、所謂ハニカム画素配列となり、奇数行の画素行に対して偶数行の画素行が１／２画素ピッチづつずれた配置となる。

ハニカム画素配列つまり市松位置の撮像画像信号が得られるため、隣接する縦横２画素の計４画素の中心位置の撮像画像信号を周囲の撮像画像信号を補間演算して求めると、画素数の２倍の撮像画像信号が得られ、縦方向，横方向に高解像度な被写体画像信号を得ることができる。

日本国特開平１１―３５５７９０号公報 日本国特開２００６―２１１６３１号公報

上述した図９に示す画素配列，カラーフィルタ配列の固体撮像素子では、高解像度の被写体カラー画像を撮影することができる。しかし、ダイナミックレンジの広い画像を撮影できないという問題がある。隣接同色画素の撮像画像信号を加算する画素加算の手法でダイナミックレンジを拡大することも可能であるが、この場合には、解像度が犠牲になってしまうという問題がある。

本発明の目的は、高解像度を維持したまま広ダイナミックレンジの被写体カラー画像を撮像することができる固体撮像素子の駆動方法並びに固体撮像素子及び撮像装置を提供することである。

本発明のある観点によれば、固体撮像素子の駆動方法は、奇数行の画素行に対して偶数行の画素行が１／２画素ピッチづつずらして配置され、右斜め上方向に延びる画素ラインと左斜め上方向に延びる画素ラインとが共に１ライン置きに緑色フィルタ積層画素のみで構成され、上記緑色フィルタ積層画像が配置されていない残りの市松位置に配置される画素のうち奇数行又は偶数行の一方を構成する画素を赤色フィルタ積層画素にすると共に他方を構成する画素を青色フィルタ積層画素とした固体撮像素子の駆動方法であって、上記右斜め上方向に延びる画素ライン又は上記左斜め上方向に延びる画素ラインのうち一方の画素ラインの４ライン毎に１ライン上に存在する上記赤色フィルタ積層画素及び上記青色フィルタ積層画素及び上記赤色フィルタ積層画素若しくは上記青色フィルタ積層画素に最隣接する上記緑色フィルタ積層画素を低感度画素として駆動し、残りの画素を高感度画素として駆動する。

本発明の他の観点によれば、固体撮像素子は、低感度画素と、高感度画素を備え、奇数行の画素行に対して偶数行の画素行が１／２画素ピッチづつずらして配置され、右斜め上方向に延びる画素ラインと左斜め上方向に延びる画素ラインとが共に１ライン置きに緑色フィルタ積層画素のみで構成され、上記緑色フィルタ積層画像が配置されていない残りの市松位置に配置される画素のうち奇数行又は偶数行の一方を構成する画素を赤色フィルタ積層画素にすると共に他方を構成する画素を青色フィルタ積層画素とし、上記右斜め上方向に延びる画素ライン又は上記左斜め上方向に延びる画素ラインのうち一方の画素ラインの４ライン毎に１ライン上に存在する上記赤色フィルタ積層画素及び上記青色フィルタ積層画素及び上記赤色フィルタ積層画素若しくは上記青色フィルタ積層画素に最隣接する上記緑色フィルタ積層画素を上記低感度画素で構成し、残りの画素を上記高感度画素で構成する。

本発明の他の観点によれば、撮像装置は、上記記載の固体撮像素子と、上記固体撮像素子を駆動する駆動部と、上記低感度画素の画素位置の撮像画像信号を周囲の上記高感度画素の撮像画像信号で補間演算して求める信号処理部とを備える。

本発明によれば、高解像度かつ低偽色，広ダイナミックレンジの被写体カラー画像を撮像することができる。

本発明の一実施形態に係る撮像装置の機能ブロック図である。 図１に示すデジタル信号処理部の高解像度撮影モード時における機能ブロック図である。 本発明の第１実施形態に係る固体撮像素子の駆動方法の説明図である。 図１に示すデジタル信号処理部の広ダイナミックレンジ撮影モード時における機能ブロック図である。 図３に代わる実施形態の説明図である。 図５に代わる実施形態の説明図である。 図６の実施形態の説明図である。 画素配列，カラーフィルタ配列の説明図である。 図８の画素配列，カラーフィルタ配列を４５度回転させた図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る固体撮像素子２２ａを搭載したデジタルカメラ（撮像装置）１０の機能ブロック構成図である。このデジタルカメラ１０は、撮影レンズ２１ａや絞り２１ｂ等を備える撮影光学系２１、この撮影光学系２１の後段に配置された撮像素子チップ２２とを備える。

撮像素子チップ２２は、信号読出部がＣＣＤ型やＣＭＯＳ型等のカラー画像撮像用単板式の固体撮像素子２２ａと、固体撮像素子２２ａから出力されるアナログの画像データを自動利得調整（ＡＧＣ）や相関二重サンプリング処理等のアナログ処理するアナログ信号処理部（ＡＦＥ）２２ｂと、アナログ信号処理部２２ｂから出力されるアナログ画像データをデジタル画像データに変換するアナログデジタル変換部（Ａ／Ｄ）２２ｃとを備える。本実施形態では、固体撮像素子２２ａとしてＣＭＯＳ型を例に説明する。

このデジタルカメラ１０は更に、後述のシステム制御部（ＣＰＵ）２９からの指示によって，固体撮像素子２２ａ，アナログ信号処理部２２ｂ，Ａ／Ｄ２２ｃの駆動制御を行う駆動部（タイミングジェネレータＴＧを含む）２３と、ＣＰＵ２９からの指示によって発光するフラッシュ２５とを備える。駆動部２３を撮像素子チップ２２内に一緒に搭載する場合もある。

本実施形態のデジタルカメラ１０は更に、Ａ／Ｄ２２ｃから出力されるデジタル画像データを取り込み補間処理やホワイトバランス補正，ＲＧＢ／ＹＣ変換処理等の周知の画像処理を行うデジタル信号処理部２６と、画像データをＪＰＥＧ形式などの画像データに圧縮したり逆に伸長したりする圧縮／伸長処理部２７と、メニューなどを表示したりスルー画像や撮像画像を表示する表示部２８と、デジタルカメラ全体を統括制御するシステム制御部（ＣＰＵ）２９と、フレームメモリ等の内部メモリ３０と、ＪＰＥＧ画像データ等を格納する記録メディア３２との間のインタフェース処理を行うメディアインタフェース（Ｉ／Ｆ）部３１と、これらを相互に接続するバス３４とを備え、また、システム制御部２９には、ユーザからの指示入力を行う操作部３３が接続されている。

ＣＭＯＳ型の固体撮像素子２２ａの画素配列，カラーフィルタ配列は、図９で説明した固体撮像素子と同じであり、各画素の受光面積は同一に形成され、遮光膜開口も同一広さに形成され、同一形状のマイクロレンズが搭載されるなど、その構造は同じである。

そして、奇数行の画素行に対して偶数行の画素行が１／２画素ピッチづつずれた所謂ハニカム画素配列となっている。即ち、右斜め上に４５度傾いた画素行（斜めに傾いた画素行を、以下、「ライン」ということにする。）のうち１ライン置きの全ての画素にＧフィルタが積層され、左斜め上に４５度傾いた画素ラインも１ライン置きの全ての画素にＧフィルタが積層されている。

Ｇフィルタを積層しない残りの画素位置は市松位置となる。この市松位置を、市松位置の奇数行の位置にくる第１正方配列位置と偶数行の位置にくる第２正方配列位置とに分けたとき、第１正方配列位置の各画素にＲフィルタが積層され、第２正方配列位置の各画素にＢフィルタが積層される。つまり、市松位置の奇数行（又は偶数行）をＲフィルタ積層画素とし、市松位置の偶数行（又は奇数行）をＢフィルタ積層画素としている。

図１に示すデジタルカメラ１０には、被写体のカラー画像を撮影するモードとして、高解像度撮影モードと、広ダイナミックレンジ撮影モードとが設けられている。ユーザが図１の操作部３３から、高解像度撮影モード／広ダイナミックレンジ撮影モードのいずれかを手動で選択することも可能である。また、撮影モードの自動設定が選択されている場合には、固体撮像素子２２ａからスルー画像として出力される撮像画像信号をデジタル信号処理部２６が解析し、明暗差が所定閾値より大きいとき広ダイナミックレンジ撮影モードが自動選択されるようにすることもできる。

高解像度撮影モードが設定されている場合には、図９の全画素の露光時間を同一時間とし、各画素の撮像画像信号を読み出す。この実施形態では、ＣＭＯＳ型であるため、図９の１画素行順に撮像画像信号を読み出し、図１のデジタル信号処理部２６が、図２に示す画像処理手順によって全画素位置の、Ｒ信号量，Ｇ信号量，Ｂ信号量を算出して、被写体のカラー画像データを生成する。

固体撮像素子２２ａから撮像画像信号が読み出されると、この撮像画像信号は、図１のデジタル信号処理部２６に入力される。この撮像画像信号には、Ｇ画素から出力される高感度Ｇ信号（次の実施形態で説明する広ダイナミックレンジ撮影モードで使用する「低感度」信号と区別するため、この高解像度撮影モード時の信号を「高感度」信号とする。）と、Ｒ画素からの高感度Ｒ信号と、Ｂ画素からの高感度Ｂ信号とがある。

図２は、デジタル信号処理部２６の高解像度撮影モード時に機能する所要部分の機能ブロック図である。デジタル信号処理部２６に入力された高感度Ｇ信号は、先ず、全画素部Ｇ画素補間処理部２６ａに入力される。例えば、図９のＲ画素４１の画素位置では、高感度Ｒ信号は出力されるが、このＲ画素４１の位置における高感度Ｇ信号，高感度Ｂ信号は無い。このため、Ｒ画素４１の位置の高感度Ｇ信号と高感度Ｂ信号とは、周りのＧ画素の出力信号、周りのＢ画素の出力信号から算出することになる。

そこで、デジタル信号処理部２６の全画素部Ｇ画素補間処理部２６ａは、固体撮像素子２２ａから取り込んだ高感度Ｇ信号に基づき、Ｒ画素位置の高感度Ｇ信号量がどの程度であるかを、また、Ｂ画素位置の高感度Ｇ信号量がどの程度であるかを、例えば当該Ｒ画素，Ｂ画素位置の周囲８個のＧ画素の出力信号の平均値として算出し、出力する。Ｇ画素位置の高感度Ｇ信号量は、当該Ｇ画素が検出信号高感度Ｇ信号量を出力する。

固体撮像素子２２ａから出力された高感度Ｒ信号と高感度Ｂ信号は、デジタル信号処理部２６のＲＢ画素部ＧＲ差／ＧＢ差算出処理部２６ｂに取り込まれる。この算出処理部２６ｂには、Ｇ画素補間処理部２６ａで算出された高感度Ｇ信号量も取り込まれている。このため、図９の各Ｒ画素４１の位置の夫々において、高感度Ｇ信号量と、自身の検出した高感度Ｒ信号量とが分かっている。このため、Ｒ画素４１の位置毎の高感度〔Ｇ−Ｒ〕値が算出処理部２６ｂにより算出される。同様に、Ｂ画素４２の位置毎における高感度〔Ｇ−Ｂ〕値も算出処理部２６ｂにより算出される。

デジタル信号処理部２６のＧＲ差・ＧＢ差補間処理部２６ｃは、Ｒ画素４１の位置毎に算出された高感度〔Ｇ−Ｒ〕値を用いて、残りの全Ｇ画素位置及び全Ｂ画素位置の高感度〔Ｇ−Ｒ〕値を、線形補間演算等により算出すると共に、Ｂ画素４２の位置毎に算出された高感度〔Ｇ−Ｂ〕値を用いて、残りの全Ｇ画素位置及び全Ｒ画素位置の高感度〔Ｇ−Ｂ〕値を、線形補間演算等により算出する。

以上の線形補間演算等により、補間処理部２６ｃからは、全画素（Ｇ画素，Ｒ画素，Ｂ画素）位置毎の高感度〔Ｇ−Ｒ〕値及び高感度〔Ｇ−Ｂ〕値がＲ信号量・Ｂ信号量生成処理部２６ｄに出力される。生成処理部２６ｄには、補間処理部２６ａからの全画素位置毎の高感度Ｇ信号量が入力されるため、生成処理部２６ｄは、全画素位置毎に、｛Ｇ−〔Ｇ−Ｒ〕｝＝Ｒ，｛Ｇ−〔Ｇ−Ｂ〕｝＝Ｂの演算を行い、全画素位置毎の高感度Ｒ信号量と高感度Ｂ信号量とを求めて出力する。

以上により、全画素位置毎の高感度Ｇ信号量が補間処理部２６ａから出力され、全画素位置毎の高感度Ｒ信号量と高感度Ｂ信号量とが生成処理部２６ｄから出力されるため、デジタル信号処理部２６の図示省略の画像処理部はこれら各Ｒ，Ｇ，Ｂ信号量を用いてガンマ補正やＲＧＢ／ＹＣ変換処理，正方変換処理等の周知の画像処理を施して、被写体の高解像度，低偽色のカラー画像データが生成される。

広ダイナミックレンジ撮影モードが設定された場合には、全画素のうち大部分の画素を高感度撮影駆動し、残りの画素を低感度撮影駆動する。例えば、高感度撮影駆動する画素の露光時間に対して低感度撮影駆動する画素の露光時間を短く制御する。

図３は、広ダイナミックレンジ撮影モード時における固体撮像素子２２ａの駆動方法の一例を示す図である。大文字のＲＧＢを標記した画素が高感度撮影駆動する画素を示し、小文字のｒｇｂを標記した画素が低感度撮影駆動する画素を示している。低感度撮影駆動する低感度画素ライン４５（斜め画素行）を破線枠でも示している。

図３に示す画素配列，カラーフィルタ配列では、斜めの画素ラインが１行置きにＧ画素のみとなっており、残りの画素ラインに、Ｂ画素とＲ画素が入っている。このため、Ｂ画素とＲ画素が含まれる斜め画素ラインを交互に、高感度撮影駆動画素ライン，低感度撮影駆動画素ラインとしている。つまり、全体的に言えば、斜め画素ラインの４ライン毎にＲフィルタ（Ｂフィルタ）を含む１ラインを低感度撮影駆動画素ラインとしている。これにより、低感度撮影駆動画素ライン上のｒ画素又はｂ画素に最隣接（斜め方向に隣接）する緑色フィルタ積層画素の１つ又は２つの緑色フィルタ積層画素が低感度駆動されるｇ画素となる。

図４は、デジタル信号処理部２６の広ダイナミックレンジ撮影モード時に機能する部分の機能ブロック図である。図３に示す低感度撮影駆動された低感度画素ライン４５の構成画素から出力される撮像画像信号（低感度ｇ信号，低感度ｒ信号，低感度ｂ信号）が全画素部ｒｇｂ近傍補間処理部２６ｆに取り込まれる。

この補間処理部２６ｆは、全画素位置（高感度撮影駆動される各画素位置、低感度撮影駆動される各画素位置）の各々の位置における低感度ｒ信号量，低感度ｇ信号量，低感度ｂ信号量を、実際の低感度撮影駆動画素が取得した撮像画像信号量（低感度ｒ信号量，低感度ｇ信号量，低感度ｂ信号量）を用いて線形補間して求め、算出結果を全画素部高感度ＲＧＢレベル判定＆低感度・高感度データ合成処理部２６ｇに出力する。

補間処理部２６ｆが線形補間演算を行う場合、低感度撮影駆動される全画素に対して画素数が少ないため、あまり広い領域の低感度信号を用いて線形補間してしまうと更に解像度が低下してしまう。このため、例えば隣接する同色低感度信号だけを用いた近傍補間演算処理を行う。

合成処理部２６ｇには、補間処理部２６ｆからの低感度信号が取り込まれる他に、高感度撮影駆動画素からの撮像画像信号（高感度Ｒ信号，高感度Ｇ信号，高感度Ｂ信号）が取り込まれる。合成処理部２６ｇは、取り込まれた撮像画像信号を用いて、全画素位置の各々の位置における高感度Ｒ信号量，高感度Ｇ信号量，高感度Ｂ信号量を補間演算等で求める。

そして次に、合成処理部２６ｇは、被写体画像の通常露光部分については、高感度信号を主体（低感度信号は、低感度画素数が少ないため解像度がとれないので、通常露光部分については低感度信号は使わなくても良い。）として被写体画像データを生成し、被写体画像のハイライト部分については低感度信号を主体として被写体画像データを生成する。ハイライト部分については、あまり解像度を細かくしても画像品質を向上させることにはならないため、解像度のとれない低感度信号を主体としてダイナミックレンジを優先する。ハイライト部分であるか否かは、高感度信号量のレベルが所定閾値以上であるか否かで検出できる。

合成処理部２６ｇの合成結果による赤色信号，緑色信号，青色信号は、後段の画像処理部により周知の画像処理が施され、高解像度かつ広ダイナミックレンジの被写体カラー画像データが生成される。

以上述べた図３の実施形態における低感度撮影駆動される斜め低感度画素ライン４５は、ダイナミックレンジ拡大用であり高輝度な情報を取得することはできず、撮像画像の高解像度への寄与は難しい。しかし、低感度撮影駆動される各画素（低感度画素）の上下左右が必ず高感度撮影駆動されるＧ画素となり、この周囲のＧ画素の検出信号によって低感度画素位置の画像データが補間されるため、低感度画素を設けることによる解像度低下は抑制される。この結果、高解像度かつ広ダイナミックレンジの画像データを得ることができる。

画素の低感度化を露光時間で行う場合、画素自体の単位時間当たりの感度は高感度画素と同等なため、ダイナミックレンジの拡大を行わない場合には、全画素の露光時間を同一とし、上述した様に、高解像度撮影モードによって高解像度な画像データを得ることができる。

ダイナミックレンジの拡大を行う場合は、低感度画素の露光時間を高感度画素の露光時間に比べて短時間にする必要が生じる。この駆動制御は、本実施形態の場合、低感度画素が斜め画素ライン上に配置されているため、水平方向に隣接する低感度画素のアドレス差は固定となり、容易に低感度画素へのアドレッシングができる。

図５は、図３の実施形態に代わる別実施形態の説明図である。図３の実施形態では、低感度画素ライン４５の全ての画素を低感度画素としている。これに対し、図５の実施形態では、図３の低感度画素ライン４５上のｇ画素を１つ置きに高感度Ｇ画素とし、低感度画素ライン４６をこのＧ画素間の３画素毎に分断して設けている。これにより、低感度撮影駆動画素ライン上のｒ画素又はｂ画素に最隣接（斜め方向に隣接）する緑色フィルタ積層画素の１つの緑色フィルタ積層画素が低感度駆動されるｇ画素となる。

この様に、斜めの低感度画素ラインのうち４画素に１画素を高感度Ｇ画素とすることで、斜め画素ライン方向の解像度低下を抑制することができる。

図６は、本発明の更に別実施形態の説明図である。図５の実施形態では、図３の低感度画素ライン４５の中のｇ画素を１つ置きに高感度Ｇ画素に置き換えている。この様にして、低感度画素ライン４５上に高感度Ｇ画素を配置すると、低感度画素数が減少し、低感度解像度が低下してしまう。

そこで、図３を再掲した図７に示す様に、双頭矢印で示した高感度Ｇ画素と低感度ｇ画素の位置を交換（隣接ｂ画素又はｒ画素に対して位置関係を９０度回転させる）して図６の構成とすることで、低感度画素数を減らさずに、斜め方向の高感度解像度を、図５の実施形態と同様に改善することができる。この結果、５×５の斜め高感度Ｇ画素の升目配列の内部に、低感度の隣接するｒ画素ｇ画素のペアとｒ画素ｂ画素のペアとを１組みづつ配置したことになる。これにより、低感度撮影駆動画素ライン上のｒ画素又はｂ画素に最隣接（斜め方向に隣接）する緑色フィルタ積層画素の１つの緑色フィルタ積層画素が低感度駆動されるｇ画素となる。

高感度Ｇ画素は、輝度情報に占める割合が高いため、Ｇ画素が多いと解像度を高めることができ、また、画像の解像度は縦横方向の解像度に大きく影響されることも知られている。低感度ｒ画素，ｂ画素及び高感度Ｒ画素，Ｂ画素は、高感度Ｇ画素ほど解像度には寄与しない。また、低感度ｇ画素も、ハイライト部分以外では解像度に寄与しない。

この図６に示す実施形態では、高感度Ｇ画素を左斜め上方向に延びる画素ラインの１行置きにストライプ状に配置したことになり、水平方向及び垂直方向では狭い画素間隔となる。このため、縦横方向に高い解像度の情報を得ることができる。

高感度Ｒ画素，Ｂ画素及び低感度ｒ画素，ｇ画素，ｂ画素の上下左右方向に必ず高感度Ｇ画素が配置される結果、縦横方向に高解像度の高感度画像を作成することができ、また、低感度ｒ画素，ｇ画素を隣接配置し、低感度ｒ画素，ｂ画素を隣接配置することで、色ズレが少ない低感度情報を得ることが可能となる。このため、高解像かつ色ズレの少ない広ダイナミックレンジの被写体カラー画像を得ることができる。

なお、上述した実施形態では、同一受光面積の各画素のうち露光時間を他の画素（高感度画素）の露光時間より短くした画素を低感度画素としているが、露光時間を変えるのではなく、全画素の露光時間を同一とし、図１のＡＦＥ２２ｂで利得増幅するときのゲインを高感度画素では大きく、低感度画素では小さくしても良い。

また、駆動方法を変えることで高感度画素と低感度画素の違いを出したが、画素構造で高感度画素と低感度画素の違いを出すことも可能である。例えば、低感度画素の遮光膜開口の開口面積を高感度画素の遮光膜開口の開口面積よりも小さくしてもよい。また、高感度画素のみがマイクロレンズを積層した構造を有し、低感度画素がマイクロレンズを積層しない構造とし、全画素の駆動方法を同一とすることも可能である。

以上述べた実施形態の固体撮像素子の駆動方法は、奇数行の画素行に対して偶数行の画素行が１／２画素ピッチづつずらして配置され、右斜め上方向に延びる画素ラインと左斜め上方向に延びる画素ラインとが共に１ライン置きに緑色フィルタ積層画素のみで構成され、上記緑色フィルタ積層画素が配置されていない残りの市松位置に配置される画素のうち奇数行又は偶数行の一方を構成する画素を赤色フィルタ積層画素にすると共に他方を構成する画素を青色フィルタ積層画素とした固体撮像素子の駆動方法であって、上記右斜め上方向に延びる画素ライン又は上記左斜め上方向に延びる画素ラインのうち一方の画素ラインの４ライン毎に１ライン上に存在する上記赤色フィルタ積層画素及び上記青色フィルタ積層画素及び上記赤色フィルタ積層画素若しくは上記青色フィルタ積層画素に最隣接する上記緑色フィルタ積層画素を低感度画素として駆動し、残りの画素を高感度画素として駆動する。

また、実施形態の固体撮像素子の駆動方法では、上記低感度画素として駆動する上記緑色フィルタ積層画素が、上記低感度画素として駆動する上記赤色フィルタ積層画素及び上記青色フィルタ積層画素と同一ライン上のみに存在する。

また、実施形態の固体撮像素子の駆動方法では、上記低感度画素として駆動する上記緑色フィルタ積層画素が、上記同一ライン上に存在する上記緑色フィルタ積層画素のうちの１個おきの緑色フィルタ積層画素である。

また、実施形態の固体撮像素子の駆動方法では、上記低感度画素を構成する上記赤色フィルタ積層画素と上記青色フィルタ積層画素を含む上記画素ラインに含まれる上記緑色フィルタ積層画素を高感度画素として駆動すると共に、上記画素ラインに隣接する画素ラインを構成する上記緑色フィルタ積層画素のうち上記低感度画素の上記赤色フィルタ積層画素と上記青色フィルタ積層画素に隣接する上記緑色フィルタ積層画素を低感度画素として駆動する。

また、実施形態の固体撮像素子の駆動方法では、上記低感度画素の露光時間を上記高感度画素の露光時間に比べて短時間とすることで、上記高感度画素に比べて上記低感度画素の低感度化をはかる。

また、実施形態の固体撮像素子の駆動方法では、上記低感度画素の出力信号を増幅する増幅率を上記高感度画素の出力信号を増幅する増幅率より低くすることで上記高感度画素に比べて上記低感度画素の低感度化をはかる。

また、実施形態の撮像装置は、上記のいずれかに記載の駆動方法で駆動する駆動部と、上記低感度画素の画素位置の撮像画像信号を周囲の上記高感度画素の撮像画像信号で補間演算して求める信号処理部を備える。

また、実施形態の撮像装置では、上記補間演算で用いる上記高感度画素が緑色フィルタ積層画素の撮像画像信号である。

また、実施形態の撮像装置では、上記高感度画素が飽和したとき上記高感度画素の画素位置の上記撮像画像信号を上記高感度画素に近接する上記低感度画素の撮像画像信号を用いて補間演算し求める。

また、実施形態の固体撮像素子は、低感度画素と、高感度画素を備え、奇数行の画素行に対して偶数行の画素行が１／２画素ピッチづつずらして配置され、右斜め上方向に延びる画素ラインと左斜め上方向に延びる画素ラインとが共に１ライン置きに緑色フィルタ積層画素のみで構成され、上記緑色フィルタ積層画素が配置されていない残りの市松位置に配置される画素のうち奇数行又は偶数行の一方を構成する画素を赤色フィルタ積層画素にすると共に他方を構成する画素を青色フィルタ積層画素とし、上記右斜め上方向に延びる画素ライン又は上記左斜め上方向に延びる画素ラインのうち一方の画素ラインの４ライン毎に１ライン上に存在する上記赤色フィルタ積層画素及び上記青色フィルタ積層画素及び上記赤色フィルタ積層画素若しくは上記青色フィルタ積層画素に最隣接する上記緑色フィルタ積層画素を上記低感度画素で構成し、残りの画素を上記高感度画素で構成する。

また、実施形態の固体撮像素子では、上記低感度画素の上記緑色フィルタ積層画素が、上記低感度画素の上記赤色フィルタ積層画素及び上記青色フィルタ積層画素と同一ライン上のみに存在する。

また、実施形態の固体撮像素子では、上記低感度画素の上記緑色フィルタ積層画素が、上記同一ライン上に存在する上記緑色フィルタ積層画素のうちの１個おきの緑色フィルタ積層画素である。

また、実施形態の固体撮像素子では、上記低感度画素を構成する上記赤色フィルタ積層画素と上記青色フィルタ積層画素を含む上記画素ラインに含まれる上記緑色フィルタ積層画素を高感度画素にすると共に、上記画素ラインに隣接する画素ラインを構成する上記緑色フィルタ積層画素のうち上記低感度画素の上記赤色フィルタ積層画素と上記青色フィルタ積層画素に隣接する上記緑色フィルタ積層画素を低感度画素とする。

また、実施形態の固体撮像素子では、上記低感度画素の遮光膜開口の開口面積が上記高感度画素の遮光膜開口の開口面積より小さい。

また、実施形態の固体撮像素子では、上記高感度画素にマイクロレンズを搭載し上記低感度画素にマイクロレンズを非搭載とする。

また、実施形態の撮像装置は、上記固体撮像素子を駆動する駆動部と、上記低感度画素の画素位置の撮像画像信号を周囲の上記高感度画素の撮像画像信号で補間演算して求める信号処理部を備える。

また、実施形態の撮像装置では、上記補間演算で用いる上記高感度画素の撮像画像信号が緑色フィルタ積層画素の撮像画像信号である。

また、実施形態の撮像装置では、上記信号処理部は、上記高感度画素が飽和したとき上記高感度画素の画素位置の上記撮像画像信号を上記高感度画素に近接する上記低感度画素の撮像画像信号を用いて補間演算し求める。

以上述べた実施形態によれば、高解像度かつ低偽色の広ダイナミックレンジの被写体カラー画像を撮像することが可能となる。

本発明を詳細に又は特定の実施形態を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。本出願は、２０１１年３月３０日出願の日本特許出願（特願２０１１−０７６３４３）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

本発明に係る固体撮像素子の駆動方法は、高解像度かつ色ズレの少ない広ダイナミックレンジの被写体カラー画像を撮像でき、デジタルカメラやカメラ付携帯電話機等に適用すると有用である。

１０ デジタルカメラ（撮像装置）
２１ 撮影光学系
２２ 撮像素子チップ
２２ａ 固体撮像素子
２２ｂ アナログ信号処理部（ＡＦＥ）
２３ 駆動部
２６ デジタル信号処理部
２９ システム制御部
４５，４６ 低感度撮影画素ライン

Claims (15)

1. 奇数行の画素行に対して偶数行の画素行が１／２画素ピッチづつずらして配置され、右斜め上方向に延びる画素ラインと左斜め上方向に延びる画素ラインとが共に１ライン置きに緑色フィルタ積層画素のみで構成され、該緑色フィルタ積層画素が配置されていない残りの市松位置に配置される画素のうち奇数行又は偶数行の一方を構成する画素を赤色フィルタ積層画素にすると共に他方を構成する画素を青色フィルタ積層画素とした固体撮像素子の駆動方法であって、
   前記右斜め上方向に延びる画素ライン又は前記左斜め上方向に延びる画素ラインのうち一方の画素ラインの４ライン毎に１ライン上に存在する前記赤色フィルタ積層画素及び前記青色フィルタ積層画素及び該赤色フィルタ積層画素若しくは該青色フィルタ積層画素に最隣接する前記緑色フィルタ積層画素を低感度画素として駆動し、
   残りの画素を高感度画素として駆動する固体撮像素子の駆動方法。
2. 請求項１に記載の固体撮像素子の駆動方法であって、
   前記低感度画素として駆動する前記緑色フィルタ積層画素は、前記低感度画素として駆動する該赤色フィルタ積層画素及び該青色フィルタ積層画素と同一ライン上のみに存在する固体撮像素子の駆動方法。
3. 請求項２に記載の固体撮像素子の駆動方法であって、
   前記低感度画素として駆動する前記緑色フィルタ積層画素は、前記同一ライン上に存在する前記緑色フィルタ積層画素のうちの１個おきの緑色フィルタ積層画素である固体撮像素子の駆動方法。
4. 請求項１に記載の固体撮像素子の駆動方法であって、
   前記低感度画素を構成する前記赤色フィルタ積層画素と前記青色フィルタ積層画素を含む前記画素ラインに含まれる前記緑色フィルタ積層画素を高感度画素として駆動すると共に、該画素ラインに隣接する画素ラインを構成する前記緑色フィルタ積層画素のうち前記低感度画素の前記赤色フィルタ積層画素と前記青色フィルタ積層画素に隣接する前記緑色フィルタ積層画素を低感度画素として駆動する固体撮像素子の駆動方法。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の固体撮像素子の駆動方法であって、
   前記低感度画素の露光時間を前記高感度画素の露光時間に比べて短時間とすることで、前記高感度画素に比べて前記低感度画素の低感度化をはかる固体撮像素子の駆動方法。
6. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の固体撮像素子の駆動方法であって、
   前記低感度画素の出力信号を増幅する増幅率を前記高感度画素の出力信号を増幅する増幅率より低くすることで、前記高感度画素に比べて前記低感度画素の低感度化をはかる固体撮像素子の駆動方法。
7. 低感度画素と、
   高感度画素を備え、
   奇数行の画素行に対して偶数行の画素行が１／２画素ピッチづつずらして配置され、右斜め上方向に延びる画素ラインと左斜め上方向に延びる画素ラインとが共に１ライン置きに緑色フィルタ積層画素のみで構成され、
   該緑色フィルタ積層画素が配置されていない残りの市松位置に配置される画素のうち奇数行又は偶数行の一方を構成する画素を赤色フィルタ積層画素にすると共に他方を構成する画素を青色フィルタ積層画素とし、
   前記右斜め上方向に延びる画素ライン又は前記左斜め上方向に延びる画素ラインのうち一方の画素ラインの４ライン毎に１ライン上に存在する前記赤色フィルタ積層画素及び前記青色フィルタ積層画素及び該赤色フィルタ積層画素若しくは該青色フィルタ積層画素に最隣接する前記緑色フィルタ積層画素を前記低感度画素で構成し、残りの画素を前記高感度画素で構成した固体撮像素子。
8. 請求項７に記載の固体撮像素子であって、
   前記低感度画素の前記緑色フィルタ積層画素は、前記低感度画素の前記赤色フィルタ積層画素及び前記青色フィルタ積層画素と同一ライン上のみに存在する固体撮像素子。
9. 請求項８に記載の固体撮像素子であって、
   前記低感度画素の前記緑色フィルタ積層画素は、前記同一ライン上に存在する前記緑色フィルタ積層画素のうちの１個おきの緑色フィルタ積層画素である固体撮像素子。
10. 請求項７に記載の固体撮像素子であって、
    前記低感度画素を構成する前記赤色フィルタ積層画素と前記青色フィルタ積層画素を含む前記画素ラインに含まれる前記緑色フィルタ積層画素を高感度画素にすると共に、該画素ラインに隣接する画素ラインを構成する前記緑色フィルタ積層画素のうち前記低感度画素の前記赤色フィルタ積層画素と前記青色フィルタ積層画素に隣接する前記緑色フィルタ積層画素を低感度画素とする固体撮像素子。
11. 請求項７から請求項１０のいずれか一項に記載の固体撮像素子であって、
    前記低感度画素の遮光膜開口の開口面積が前記高感度画素の遮光膜開口の開口面積より小さい固体撮像素子。
12. 請求項７から請求項１１のいずれか一項に記載の固体撮像素子であって、
    前記高感度画素にマイクロレンズを搭載し、前記低感度画素にマイクロレンズを非搭載とした固体撮像素子。
13. 請求項７から請求項１２のいずれか一項に記載の固体撮像素子と、
    前記固体撮像素子を駆動する駆動部と、
    前記低感度画素の画素位置の撮像画像信号を周囲の前記高感度画素の撮像画像信号で補間演算して求める信号処理部と、を備える撮像装置。
14. 請求項１３に記載の撮像装置であって、
    前記補間演算で用いる前記高感度画素の撮影画像信号が緑色フィルタ積層画素の撮像画像信号である撮像装置。
15. 請求項１３又は請求項１４に記載の撮像装置であって、
    前記信号処理部は、前記高感度画素が飽和したとき該高感度画素の画素位置の前記撮像画像信号を該高感度画素に近接する前記低感度画素の撮像画像信号を用いて補間演算し求める撮像装置。

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