JP2003008997A - 撮像素子及び撮像素子を用いたデジタルスチルカメラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】絞りが不要でカメラの感度を自由に変更でき、
高ダイナミックレンジの撮像ができ、レンズによらず、
オートフォーカスを行うことができ、画像により各色の
混色割合を変化でき、高Ｓ／Ｎ比の色処理ができ、被写
体が暗くて光量が足りない場合でも、簡単な構成でオー
トフォーカスができる撮像素子及び撮像素子を用いたデ
ジタルカメラを提供すること。 【解決手段】２次元状に配列された多数の画素からなる
撮像面に結像された被写体像を光電変換して画像信号を
生成する撮像素子であって、前記撮像面は異なる特性の
画素で構成された単位画素からなり、該単位画素のうち
で選択的に決定された画素で光電変換された画像信号の
みを出力する構成を有することを特徴とする撮像素子、
及び撮像レンズ１０で結像した被写体像を撮像素子で光
電変換することによって画像信号を得て、該画像信号を
画像処理することにより前記被写体像の画像データを得
るデジタルスチルカメラであって、撮像素子２０として
上記撮像素子を用いることを特徴とするデジタルスチル
カメラ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は撮像素子及び撮像素
子を用いたデジタルスチルカメラに関する。

【０００２】

【従来の技術】デジタルスチルカメラ、デジタルビデオ
カメラにおいては、被写体からの光を光電変換する手段
として撮像素子が用いられている。

【０００３】かかる撮像素子においては、開口率、感
度、ピント位置等の特性は全画素において同一なもので
あり、開口率等を変更して得られる画像の特性を変更す
るためには、レンズや、絞りなどの撮像素子とは別に設
けられた手段を操作することによって行っていた。

【０００４】一方、撮像素子に用いられる画素は高価な
ものであるため、撮像素子からの出力は、例えば撮像素
子を１００万画素で構成した場合は、その出力も１００
万画素であることが求められるように、撮像素子を構成
する画素をフルに用いて行っていた。

【０００５】しかし、近年、撮像素子を構成する画素の
低価格化が進み、撮像素子を構成する画素自体の数に対
し、出力する画素の数が必ずしも一致することは求めら
れなくなった。

【０００６】そこで、本発明者は、撮像素子を出力に比
べて多くの数の画素で構成し、かかる多くの数の画素を
有効活用できる撮像素子について研究し、本発明に至っ
た。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明の課題
は、絞りが不要でカメラの感度を自由に変更でき、高ダ
イナミックレンジの撮像ができる撮像素子及びかかる撮
像素子を用いたデジタルカメラを提供することにある。

【０００８】本発明の他の課題は、レンズによらず、オ
ートフォーカスを行うことができる撮像素子及び撮像素
子を用いたデジタルカメラを提供することにある。

【０００９】本発明の他の課題は、画像により各色の混
色割合を変化でき、高Ｓ／Ｎ比の色処理ができる撮像素
子及び撮像素子を用いたデジタルカメラを提供すること
にある。

【００１０】本発明の他の課題は、被写体が暗くて光量
が足りない場合でも、簡単な構成でオートフォーカスが
できる撮像素子及び撮像素子を用いたデジタルカメラを
提供することにある。

【００１１】本発明の他の課題は、本明細書の以下の記
載によって明らかになる。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、２次元状に配列された多数の画素からなる撮像面に
結像された被写体像を光電変換して画像信号を生成する
撮像素子であって、前記撮像面は異なる特性の画素で構
成された単位画素からなり、該単位画素のうちで選択的
に決定された画素で光電変換された画像信号のみを出力
する構成を有することを特徴とする撮像素子である。

【００１３】請求項２に記載の発明は、前記単位画素
は、開口率又は感度が異なる画素で構成されていること
を特徴とする請求項１記載の撮像素子である。

【００１４】請求項３に記載の発明は、前記単位画素
は、ピント位置が異なる画素で構成されていることを特
徴とする請求項１記載の撮像素子である。

【００１５】請求項４に記載の発明は、前記単位画素
は、異なる色に対し感度を有する画素で構成されること
を特徴とする請求項１記載の撮像素子である。

【００１６】請求項５に記載の発明は、前記単位画素
は、赤外線に対し感度を有する画素と赤外線に対し感度
を有さない画素で構成されることを特徴とする請求項１
記載の撮像素子である。

【００１７】請求項６に記載の発明は、撮像レンズで結
像した被写体像を撮像素子で光電変換することによって
画像信号を得て、該画像信号を画像処理することにより
前記被写体像の画像データを得るデジタルスチルカメラ
であって、撮像素子として請求項１〜５の何れかに記載
の撮像素子を用いることを特徴とするデジタルスチルカ
メラである。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳述する。

【００１９】図１及び図２に基づいて本発明の撮像素子
について以下に説明する。

【００２０】図１（ａ）は本発明の撮像素子の撮像面を
示す図であり、図１（ｂ）は本発明の撮像素子の撮像面
を示す図であり、図２（ａ）撮像素子の単位画素の構成
について説明するための説明図であり、図２（ｂ）は撮
像素子の単位画素のうち出力する画素の一例を示す図で
ある。

【００２１】図１（ａ）及び図１（ｂ）において、１
ａ、１ｂ…は２次元状に配列された多数の画素からなる
撮像面であり、結像された被写体を受光して光電変換を
行うものであり、２ａ、２ｂ…は該撮像面１に対応して
設けられた電荷蓄積部であり、光電変換された電荷を一
旦蓄積するものであり、３ａ、３ｂ…は該電荷蓄積部２
ａ、２ｂ…に蓄積された電荷を一定時間毎に読み出して
転送する垂直転送路であり、４は該複数の垂直転送路３
ａ、３ｂ…から転送された電荷を外部へ画像信号として
出力する水平転送路であ る。

【００２２】かかる撮像素子の動作を説明すると、撮像
面１ａ、１ｂ…で結像した被写体像に対し光電変換を行
い、該撮像面１ａ、１ｂ…による光電変換により生成さ
れた電荷を電荷蓄積部２ａ、２ｂ…で一旦蓄積し、蓄積
された電荷を一定時間毎に当該電荷蓄積部に並設された
垂直転送路３ａ、３ｂ…により水平転送路４へ転送し、
水平転送路に転送された電荷は更に水平転送路から撮像
素子の外部へと転送されることにより画像信号を出力す
る。

【００２３】本発明の撮像素子は、前記撮像面１が異な
る特性の画素で構成された単位画素からなり、該単位画
素のうちで選択的に決定された画素で光電変換された画
像信号のみを出力する構成を有することを特徴とするも
のである。

【００２４】本発明において単位画素とは、画像信号を
出力する際の最小単位となる画素の集合体のことであ
る。本実施の態様では図２（ａ）に示すようにＡ、Ｂで
表される２画素、即ち矢示Ｘ方向に隣接する２画素から
なる画素の集合体として表現しているが、複数画素から
構成されればとくにその数は限定されない。

【００２５】本発明の撮像素子においては、画像信号を
出力する基となる電荷を画素から水平転送路に読み出す
際に、全ての画素からの電荷を読み出さず、単位画素ご
とに読み出す画素を選択的に決定し、１つの単位画素か
ら１画素分の電荷を読み出す。即ち、上記のように構成
された単位画素のうちで選択的に決定された画素で光電
変換された画像信号のみを出力する。例えば、図２に示
すように、図２（ａ）のように単位画素を構成して、図
２（ｂ）に示すように、選択的に決定した１画素の画像
信号のみを出力する。

【００２６】選択的に決定された画素とは、該単位画素
から１画素分の画像信号を出力する際に、読み出し対象
として決定された画素のことであり、撮像条件に応じた
画素が選択される。決定された画素は１画素であっても
よいし、２画素以上であってもよい。２画素以上の場合
は、出力を混合して１画素分の電荷として処理する。

【００２７】また、単位画素である図２（ａ）の画素
Ａ、Ｂは、異なる特性を有する画素、即ち入射する光に
対して異なる画像信号を生成するような画素により構成
される。

【００２８】異なる特性を有する画素とは、例えば、開
口率又は感度が異なる画素、ピント位置が異なる画素、
異なる色に感度を有する画素、赤外線に対して感度を有
する又は有さない画素が挙げられる。

【００２９】このように異なる特性の画素から構成され
た単位画素のうちから選択的に決定した画素の電荷のみ
を読み出すので、撮像素子の構成のみで撮像条件に応じ
た画像信号を生成することができる。

【００３０】異なる特性を有する画素からなる単位画素
は、例えば、１）開口率又は感度が異なる画素からなる
単位画素、２）ピント位置が異なる画素からなる単位画
素、３）異なる色に感度を有する画素からなる単位画
素、４）赤外線に感度を有する画素と赤外線に感度を有
さない画素からなる単位画素により構成することができ
る。

【００３１】１）開口率又は感度が異なる画素からなる
単位画素 画素の開口率を異ならせるには、例えば、撮像面に入射
する入射光が透過する位置に、異なる透過率を有する遮
蔽手段を画素毎に設ければよい。

【００３２】この場合、遮蔽手段としては、フィルタや
オンチップマイクロレンズを用いることができる。例え
ば、図３に示すように、撮像面１の上面に設けられたオ
ンチップマイクロレンズ５の半径を変化させることによ
り集光率を画素毎に変化させて画素毎に開口率を異なら
せることができる。

【００３３】画素の感度を異ならせるには、例えば、異
なる容量の電荷蓄積部を用いて各画素を構成したりすれ
ばよい。

【００３４】このようにして、単位画素を設けて、例え
ば光量が非常に多い位置では、単位画素のうち感度の低
い１画素に蓄積されている電荷を選択的に読み出すとい
うように、撮像条件に応じて決定した画素からの電荷を
読み出して画像信号を出力する。

【００３５】かかる構成によれば、自動露光補正を行う
際に、単位画素内の同じ開口率又は感度を有する画素を
連動させることができるので、絞りが不要でカメラの感
度を自由に変更できる。また、光量の多い位置では開口
率又は感度が低い画素から読み出し、光量の少ない位置
では開口率又は感度が高い画素から読み出すことができ
るので、高ダイナミックレンジな画像信号を出力するこ
とができる。

【００３６】２）ピント位置が異なる画素からなる単位
画素 画素のピント位置を異ならせるためには、例えば、各画
素に補正レンズを設けてピント位置を調節して単位画素
を構成したり、図４に示すように、画素面をＺ方向に異
なる高さで設けることによりピント位置を調節して撮像
面を構成したりすればよい。

【００３７】このようにして、単位画素を設けて、単位
画そのうちのピント位置の合った１画素に蓄積されてい
る電荷を選択的に読み出すというように、撮像条件に応
じて決定した画素からの電荷を読み出して画像信号を出
力する。

【００３８】かかる構成によれば、オートフォーカス撮
影を行う際に、単位画素のうちの同じピント位置である
画素を連動させて画像信号を読み出して出力すると、レ
ンズの移動なしにピント調整ができる。

【００３９】３）異なる色に感度を有する画素からなる
単位画素 画素が異なる色に感度を有するようにするには、例え
ば、撮像面に入射する入射光が透過する位置に、異なる
色フィルタを各画素毎に設けて単位画素を構成すればよ
い。

【００４０】異なる色フィルタとは、例えば、Ｒ（レッ
ド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）、Ｃ（シアン）、
Ｍ（マゼンダ）、Ｙ（イエロー）からなる色フィルター
を用いることができ、かかる６種類の色フィルタを有す
る６画素で単位画素を構成する。

【００４１】このように異なる色フィルタを設けた単位
画素を構成して、単位画素を構成する画素に蓄積された
電荷を読み出す際に、垂直転送路において画素混合を行
い１画素分の信号として読み出して画像信号を出力す
る。

【００４２】かかる構成によれば、１画素分の電荷を読
み出す際に、混色した画像信号を出力することができ、
細かい色階調でＳ／Ｎ比のよい画像信号が出力できる。

【００４３】４）赤外線に感度を有する画素と赤外線に
感度を有さない画素からなる単位画素

【００４４】本発明において赤外線とは、７７０ｎｍ〜
１，０００，０００ｎｍ程度の波長の光のことをいう。

【００４５】予め赤外線に対する感度を持たない画素
と、赤外線に対する感度を持つ画素で単位画素を構成し
てもよいが、赤外線に感度を有する画素で撮像面を構成
し、単位画素のうちの特定画素の該撮像面に入射する入
射光が透過する位置にのみ赤外線カット手段を設けて単
位画素を構成することもできる。かかる席がカット手段
としては、例えば、上記波長の赤外線のみを透過しない
赤外線カットフィルムを用いることができる。

【００４６】このように赤外線に感度を有する画素と赤
外線に感度を有さない画素により単位画素を構成して、
オートフォーカス時には赤外線に感度を有する画素から
読み出して画像信号を出力し、本撮影時には赤外線に感
度を有さない画素から読み出して画像信号を出力する。

【００４７】かかる構成によれば、暗い被写体の場合
は、赤外カット手段のない画素を利用して被写体の光の
みでオートフォーカスが行えるので、暗い被写体でも簡
単な構成でオートフォーカスが行える。

【００４８】尚、図２に示す態様では、単位画素を隣接
する合計２画素から構成して、該単位画素から選択的に
決定した１画素の画像信号を出力する場合を例に挙げて
説明したが、単位画素を構成する画素数は２画素以外の
複数画素でもよい。

【００４９】図５は本発明のデジタルスチルカメラの概
略構成を示すブロック図である。

【００５０】図５において、撮像レンズ１０は被写体像
を結像し、結像した被写体像は撮像素子２０で光電変換
され画像信号として出力される。画像信号が出力される
と、信号処理部３０でＡ／Ｄ変換等の処理が施され、デ
ジタル画像データとして画像蓄積部４０に蓄積される。

【００５１】かかるデジタルスチルカメラにおいて、撮
像素子２０として、上記撮像素子を用いると、デジタル
スチルカメラとして上記効果を奏することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の撮像素子の撮像面を示す図 （ｂ）は本発明の撮像素子の撮像面を示す図

【図２】（ａ）撮像素子の単位画素の構成について説明
するための説明図 （ｂ）は撮像素子の単位画素のうち出力する画素の一例
を示す図

【図３】単位画素の構成の一例を示す図

【図４】単位画素の構成の他の一例を示す図

【図５】本発明のデジタルスチルカメラの概略構成を示
すブロック図

【符号の説明】

１ａ、１ｂ…:撮像面 ２ａ、２ｂ…:電荷蓄積部 ３ａ、３ｂ…:垂直転送路 ４：水平転送路 ５：オンチップマイクロレンズ １０：撮像レンズ ２０：撮像素子 ３０：信号処理部 ４０：画像蓄積部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｎ 9/07 Ｈ０４Ｎ 9/07 Ａ // Ｈ０４Ｎ 101:00 101:00 (72)発明者 山口 晃一 東京都八王子市石川町2970番地 コニカ株 式会社内 Ｆターム(参考） 2H002 DB02 DB19 JA07 2H054 AA01 5C022 AA13 AB01 AB26 AB29 AC42 5C024 AX01 BX01 CX41 DX04 EX43 GX01 GY00 GZ01 JX21 5C065 AA03 BB11 CC01 CC08 CC09 DD01 DD17 EE05 EE11 GG18

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】２次元状に配列された多数の画素からなる
   撮像面に結像された被写体像を光電変換して画像信号を
   生成する撮像素子であって、前記撮像面は異なる特性の
   画素で構成された単位画素からなり、該単位画素のうち
   で選択的に決定された画素で光電変換された画像信号の
   みを出力する構成を有することを特徴とする撮像素子。
2. 【請求項２】前記単位画素は、開口率又は感度が異なる
   画素で構成されていることを特徴とする請求項１記載の
   撮像素子。
3. 【請求項３】前記単位画素は、ピント位置が異なる画素
   で構成されていることを特徴とする請求項１記載の撮像
   素子。
4. 【請求項４】前記単位画素は、異なる色に対し感度を有
   する画素で構成されることを特徴とする請求項１記載の
   撮像素子。
5. 【請求項５】前記単位画素は、赤外線に対し感度を有す
   る画素と赤外線に対し感度を有さない画素で構成される
   ことを特徴とする請求項１記載の撮像素子。
6. 【請求項６】撮像レンズで結像した被写体像を撮像素子
   で光電変換することによって画像信号を得て、該画像信
   号を画像処理することにより前記被写体像の画像データ
   を得るデジタルスチルカメラであって、撮像素子として
   請求項１〜５の何れかに記載の撮像素子を用いることを
   特徴とするデジタルスチルカメラ。