JP2003032694A - 固体撮像素子およびディジタルカメラ - Google Patents

固体撮像素子およびディジタルカメラ

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 低照度下においても撮像調節を精度よく行な
うことのできる固体撮像素子およびディジタルカメラを
提供。 【解決手段】 固体撮像素子(CCD)の受光部には、原色
色フィルタが被着されたRGB画素セルと、色フィルタが
被着されていない制御用セルとが配列されており、撮像
信号に基づいて被写界が低輝度状態であると制御部にて
判定されると、制御用セルから出力されるセル受光信号
に基づいて、自動露出および自動焦点調節を行なうため
の輝度評価値およびコントラスト評価値がそれぞれディ
ジタル信号処理部にて生成され、これら評価値に基づい
て露出および撮像レンズの焦点位置が調節され、レリー
ズ信号に従って静止画像が撮影される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、撮像面に結像され
る光学像に応じた撮像信号を出力する固体撮像素子およ
びディジタルカメラに係り、たとえばカラー静止画像を
生成して出力する固体撮像素子およびディジタルカメラ
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、CCD 固体撮像素子やMOS型撮像素
子を搭載したディジタルカメラが普及している。このよ
うな撮像装置では、固体撮像素子の生成する画素数が増
大してきており、高精細なカラー画像を得られるように
なってきた。反面、固体撮像素子内にて光電変換を行な
う撮像セルは、高画素密度化やカメラ自体の小型化のた
めに、さらには歩留まり向上のために小型化される傾向
にあり、これに伴って画素サイズが小さくなって1セル
あたりの受光感度が低下する。また、カラー画像を得る
ために、撮像セルを構成するフォトダイオードの上部に
は、原色系または補色系の色フィルタが被着されて、こ
の色フィルタの分光透過特性のために、フォトダイオー
ドに到達する光量が減少する。このため、被写体を低照
度下にて撮像する場合には、充分な情報量を得ることが
できなかった。
【0003】一方、このようなディジタルカメラでは、
撮像素子より出力される撮像信号を用いて、自動露出調
整(AE)や自動焦点調節(AF)などを行なう撮像調節が行わ
れるものがある。たとえば、特開平5-161078号公報に
は、CCDを使用した電子スチルカメラにおいて、1画面
の偶数フィールドと奇数フィールドとで異なるシャッタ
速度にて撮像することにより、2つの測光値を得て被写
体の明るさを求めて自動露出を行なう装置が開示されて
いる。
【0004】また、撮像信号に含まれる高域周波数成分
を抽出してコントラスト評価値を算出し、高コントラス
トが得られた際のレンズ位置に撮像レンズを制御するこ
とにより焦点調節を行なうコントラスト検出方式の自動
焦点調節機能がカメラに採用されている。また、撮像信
号のレベルに基づいて、その撮像信号のレベルを補正す
る可変利得増幅を行って、輝度レベル補正やホワイトバ
ランス調整が行われる。
【0005】しかし、撮像セルの感度が不足した場合に
は、相対的にノイズ成分が増加することとなって、この
ような撮像調節を精度よく行なうことが困難なことがあ
った。たとえば、様々な撮影シーンにおいて、夕暮れや
室内、夜間等に撮影する場合に、被写界の照度が低いた
めに、撮像調節を的確に行なう輝度レベルの撮像信号を
得ることが困難である。そこで従来は、たとえば画素を
混合して読み出すことにより、撮像信号の情報量を高め
撮像調節の際の精度を向上させるようにしていた。
【0006】また、このような固体撮像素子を用いたデ
ィジタルカメラでは、固体撮像素子に固有な欠陥画素を
補正して、補正された画像データを生成する機能を有し
ている。たとえば、特開平7-203465号公報には、カラー
単板式の固体撮像素子から出力される欠陥画素の欠陥信
号を補正する信号補間方法が開示され、さらに、特開平
11-262025号公報には、欠陥画素と同色の画素を用いて
欠陥画素の信号補正を行なう画像補正方法が開示されて
いる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、画素混
合による読出しでは、結局、全画素を読み出す際と同様
の転送速度が必要となって、間引き読み出しと較べて画
素転送速度が低下する。これでは撮影前のモニタ表示
等、スムーズな動画像を表示できない。たとえば、有効
画素が1280*1024画素の撮像素子を使用して、画素混合
により垂直走査方向に1/4画素間引きや1/8画素間引きを
行なう場合、1/7.5秒もしくは1/15秒程度の画素の読出
時間を要する。さらに高画素密度の撮像素子を用いる場
合には、それに応じて画素出力速度が低下する。
【0008】この画素混合のように、通常の間引き読み
出しでは読み出さない画素をすべて読み出す場合、たと
えば、1/8読み出しでは、通常の間引き読み出しの8倍
の画素を読み出して、8倍の情報量を得ることができる
が、その読出時間に全画素読出時と同等な時間が必要と
なるという問題があった。この場合であっても、必要な
レベルの情報量を充分に得られるとは限らない。
【0009】したがって、照度が不足している暗い場所
で撮影を行なう場合に、出力速度を低下させずに、AEや
AFの制御を精度よく行なうことが困難であった。このよ
うに、とくに被写界照度が低い場合、撮像信号にノイズ
成分が相対的に増大して、撮像制御を行なうための制御
情報を精度よく得ることができない場合があった。
【0010】また、カラー画像信号を出力する固体撮像
素子の撮像面には、カラーフィルタが被着されているた
め、カラーフィルタがない場合と較べると、RGB原色系
カラーフィルタで約1/3の感度低下が発生し、補色系カ
ラーフィルタの場合でも約1/2程度の感度低下が発生し
ている。このため、低照度下において充分なレベルの出
力信号を得ることができず、高精度な撮像制御を行なう
ことが困難であった。
【0011】本発明はこのような従来技術の欠点を解消
し、低照度下においても、撮像制御を精度よく行なうこ
とのできる固体撮像素子およびディジタルカメラを提供
することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明は上述の課題を解
決するために、複数の光電変換素子がアレイ状に配置さ
れて、光電変換素子に結像される光学像に応じたカラー
画素信号を出力する固体撮像素子において、この固体撮
像素子は、複数の画素位置について、入射光側と光電変
換素子との間に色フィルタが設けられず、色フィルタを
介さずに入射される光の光量に応じた第1の信号電荷を
生成する第1の受光セルと、第1の受光セルを除く画素
位置の光電変換素子のそれぞれに対して所定の色配列の
色フィルタが配設され、色フィルタを透過して入射光側
から入射する光の光量に応じた第2の信号電荷を生成す
る第2の受光セルと、第1および第2の信号電荷を水平
および垂直方向に転送する電荷転送手段と、電荷転送手
段から転送される信号電荷を電気信号に変換して出力す
る出力手段とを含むことを特徴とする。
【0013】また、本発明は上述の課題を解決するため
に、撮像レンズを介して入射される光学像を受光し、光
学像に応じた画像信号を生成するディジタルカメラにお
いて、このカメラは、光学像の入射側に色フィルタが配
置されていない第1の受光セルと、光学像の入射側に色
フィルタが配置された第2の受光セルとが撮像面に配置
され、各受光セルへの受光量に応じた受光信号をそれぞ
れ生成する撮像手段と、撮像手段から読み出される受光
信号を処理して、各画素位置における画素値を生成し
て、光学像に応じた画像信号を生成する信号処理手段
と、第1の受光セルにて生成される第1の受光信号を重
点的に読み出すための制御を行なう第1の撮像制御と、
動画モード時に第2の受光セルにて生成される第2の受
光信号を読み出す第2の撮像制御とを行なう制御手段と
を含み、制御手段は、撮像手段への入射光量を判定する
判定手段を含み、入射光量が所定の閾値よりも少ない低
照度状態であることが判定手段にて判定されると、第1
の撮像制御を行なって、第1の受光信号に基づいて撮像
調節を行なうことを特徴とする。
【0014】この場合、信号処理手段は、露出制御を行
なうための輝度評価値を第1の受光信号に基づいて生成
する手段を含み、制御手段は、撮像調節として、輝度評
価値に従って露出を制御するとよい。
【0015】また、信号処理手段は、撮像レンズの焦点
位置を調節するためのコントラスト評価値を第1の受光
信号に基づいて生成する手段を含み、制御手段は、撮像
調節として、コントラスト評価値に従って焦点位置を制
御するとよい。
【0016】さらに、制御手段は、撮像調節を行なう際
に、第1の受光信号を生成する第1の受光セルが欠陥画
素であるか否かを判定して、欠陥画素に該当する第1の
受光セルからの第1の受光信号を除外し、欠陥画素に該
当しない第1の受光信号に基づいて撮像調節を行なうと
よい。
【0017】また、第1の受光セルと第2の受光セルと
に関する受光セル情報を格納する記憶手段を含み、制御
手段は、受光セル情報に基づいて、第1および第2の受
光セルからの第1および第2の受光信号を判別し、さら
に、信号処理手段は、第2の受光信号に対して欠陥補正
する補正手段を含み、補正手段は、制御手段にて判別さ
れる第1の受光信号に対しても、第2の受光信号に対す
る補正処理と同様の欠陥補正処理を受光セル情報に従っ
て行なうとよい。
【0018】また、本発明は上述の課題を解決するため
に、撮像レンズを介して入射される光学像を受光し、光
学像に応じた画像信号を生成するディジタルカメラにお
いて、このカメラは、光学像の入射側に色フィルタが配
置されていない第1の受光セルと、光学像の入射側に色
フィルタが配置された第2の受光セルとが撮像面に配置
され、第1および第2の受光セルへの受光量に応じた第
1および第2の受光信号をそれぞれ生成する撮像手段
と、撮像手段から読み出される受光信号を処理して、各
画素位置における画素値を生成して、光学像に応じた画
像信号を生成する信号処理手段と、第1および第2の受
光信号を撮像手段からそれぞれ読み出すための制御を行
なう制御手段とを含み、信号処理手段は、撮影に先立っ
て撮像調節を行なう際に、露出制御を行なうための輝度
評価値を第1の受光信号に基づいて生成し、撮影が開始
されると、制御手段は、輝度評価値に応じた露出にて撮
像手段を駆動し、信号処理手段は、第1の受光セル位置
の画素値を第2の受光信号によって補正することを特徴
とする。
【0019】
【発明の実施の形態】次に、添付図面を参照して本発明
による固体撮像素子および撮像装置ならびに撮像方法が
適用された撮像装置の実施例を詳細に説明する。図1を
参照すると、一実施例としてディジタルカメラのブロッ
ク図が示され、このディジタルカメラ10は、撮像レンズ
8および固体撮像素子(CCD) 12によって撮像される被写
界の撮像信号を処理して、カラーまたはモノクロ静止画
像を表わすデータをカメラ本体10に着脱可能なメモリカ
ード30に記録する撮像装置である。このカメラ10は、被
写界を撮像し、高解像度の撮像画像をたとえば静止画符
号化処理してメモリカード30に記録する静止画モード
と、フレーミングやピント合わせ等を決定するために被
写界を連続的に低解像度にて撮像し、その撮像画像を順
次モニタ表示する動画モードとを有する。本実施例で
は、本カメラ10が起動すると動画モードが設定され、操
作部26に備えられたレリーズスイッチがオン状態に操作
されると静止画モードが設定される。また、動画モード
は、操作に応じて設定または解除することができる。
【0020】さらにディジタルカメラ10は、固体撮像素
子12の出力信号に基づいて、自動焦点調整(AF)および自
動露出調整(AE)等の撮像調節を行なう撮像調節機能を有
する。カメラ10は、撮像調節モードにおいて固体撮像素
子12からの出力信号を処理し、その処理結果に基づい
て、被写界の輝度レベルを測定しその測光結果に従って
シャッタ速度や絞り値を制御する自動露出調整機能と、
固体撮像素子12からの出力信号に基づいて、所望の被写
体が撮像レンズ8を介して固体撮像素子12の撮像面に合
焦するように撮像レンズ8のピント位置を制御する自動
焦点調節機能とを有する。
【0021】この撮像調節機能は、動画モード期間に間
欠的に実行されることにより、撮像した動画像をモニタ
しながら撮像調節を行なうことができる。また、撮像調
整機能は、操作者によるレリーズ操作に応動して実行さ
れ、撮像調節の動作が完了した後、静止画像を得るため
の本撮影動作が行われる。静止画モードに移行すると、
カメラ10は、撮像される1コマもしくは複数コマの静止
画像を処理し、その処理画像データを出力部24に着脱自
在に装填されるメモリカード30に圧縮符号化または非圧
縮にて記録する。
【0022】本実施例におけるディジタルカメラ10は、
とくに低照度下においてピント調整および測光・露出調
整等の撮像調節を行なう際に、固体撮像素子12に対する
駆動制御と、固体撮像素子12の出力信号に対する信号処
理とを、通常照度下におけるそれとは異なる設定の低照
度モードにて行なう。また、被写界の低照度状態に限ら
ず、たとえば高速なシャッタ速度にて撮像したり、絞り
を絞り込んで撮像する際に、固体撮像素子12への所定期
間内における受光光量が少なくなる場合についても低照
度モードへ移行する。減光フィルタを撮像レンズ8の前
面に備え付けた場合についても同様である。
【0023】この低照度モードは、固体撮像素子12に結
像した画像の画素出力を行なうための画素セルとは別に
固体撮像素子12の受光部に設けた高感度の素抜け画素セ
ル、つまり制御用セルからの出力値に基づいて、もしく
はその出力値を重点的に用いて、撮像調節を行なうモー
ドである。なお、以下の説明において本発明に直接関係
のない部分は、図示およびその説明を省略し、また、信
号の参照符号はその現われる接続線の参照番号で表わ
す。
【0024】固体撮像素子12は、撮像レンズ8によって
結像される被写界像を受光し電気信号に変換するイメー
ジセンサである。固体撮像素子12は、水平および垂直走
査方向にそれぞれ複数のフォトダイオードを配列して受
光量に応じた信号電荷を生成する感光部と、感光部へ入
射する光を所定の分光透過特性にて透過する色フィルタ
アレイと、各フォトダイオードにて生成される電荷を垂
直(V)方向に転送する垂直転送CCD と、各垂直転送CCD
から転送される電荷を水平(H)方向に転送する水平転送C
CDと、水平転送CCDにて転送される電荷を電気信号に変
換して出力する出力アンプとを含むCCDイメージセンサ
である。なお、固体撮像素子12は、CCD型撮像素子に限
らず、CMOSイメージセンサ等の他の固体撮像素子でもよ
い。
【0025】図2および図3は、固体撮像素子12の一受
光部のセルを中心として仮想的に切り出した断面を概念
的に示す斜視図である。図2に示すように固体撮像素子
12は、n型基板(N-Sub) 200 上にP-ウェル(P-well) 202
が形成され、そのP-ウェル202内にPN接合のフォトダイ
オード204が形成されている。固体撮像素子12は、フォ
トダイオード204に到達した光の量に応じて生成された
信号電荷を読出ゲート206を介して垂直転送路208にシフ
トし、信号電荷を転送電極210への転送パルスに応じて
垂直転送路208上で転送する。各垂直転送路208および転
送電極210のさらに上部には遮光膜212が形成されてお
り、垂直転送路208への光を遮光する。
【0026】遮光膜212に覆われていないフォトダイオ
ード204の感光部分は、受光部としての画素セルを構成
し、画素セルに到達する光に応じた信号電荷が生成され
る。後述の制御用セルを形成する感光部を除いて、赤
(R)、緑(G)および青(B)のいずれかの色フィルタ214が受
光部分と遮光膜212とを覆うようにしてフォトダイオー
ド204の上部、つまり入射光側に形成される。本実施例
では、各画素セル毎に異なる原色系色フィルタが形成さ
れるが、これに限らず、補色系、その他分光透過特性の
異なる色フィルタが形成されてもよい。これら色フィル
タ214の周辺は、無色透明のオーバーコート層216により
充填され、このオーバーコート層216の上部には、感光
部へ光を集光するマイクロレンズ218が形成されてい
る。
【0027】色フィルタ214は、たとえば図4にその配
列の一部を模式的に示すように縦GストライプRG市松
配列400を基本構成とする。そして、図5に斜線にて示
すように、一つ以上の受光セルについて色フィルタを配
置しないセルを、制御用セル402,404,406などのように
配置する。なお、色フィルタ214の基本配列はこれに限
らず、他のフィルタ配列、たとえばベイヤ配列などでも
よい。
【0028】このような構成により、マイクロレンズ21
8に入射する光束が、色フィルタ214を透過してフォトダ
イオード204に到達し、ここで光電変換が行われて生成
した信号電荷が垂直転送路208および水平転送路に転送
されて、画素セルへの受光量に応じて生成された信号電
荷に応じた画素値を示す画素信号が出力アンプから出力
される。また、マイクロレンズ218を介して制御用セル
に到達した光束に応じてフォトダイオード204にて生成
された信号電荷は、同様にして各転送路を経て出力アン
プにて電荷検出され、制御用セルに対する受光量に応じ
たセル受光信号が出力アンプから出力される。
【0029】このように、本実施例における固体撮像素
子12には、制御用セルを部分的に形成するフィルタ配列
のRGB原色フィルタ層が配設される。固体撮像素子12
は、タイミング制御部14から与えられる駆動信号に応じ
て駆動されて、画素セルからの出力値や制御用セルから
の出力値、さらには不図示のオプチカルブラック部分の
出力値などを含む出力信号を出力102に出力する。この
フィルタ配列は、一般的な色フィルタ配列の一部分に色
フィルタを配置していない受光領域、つまり制御用セル
を形成している点で従来の配列パターンとは異なる。
【0030】固体撮像素子12の所定部分に配置された制
御用セルは、フォトダイオード204の上面つまり入射光
側に色フィルタ214を設けず、マイクロレンズ218からの
光を無色透明のオーバーコート層216を介して直接受光
する感光部である。この制御用セルは、たとえば低照度
下において、ピント合わせや測光および露出制御などの
撮像調節を手動もしくは自動的に行なうための受光光量
センサとして機能し、制御用セルは画素セルと同一撮像
面に設けられている。この制御用セルを構成するフォト
ダイオード204にて生成される信号電荷を検出して固体
撮像素子12より出力されるセル受光信号は、静止画像を
形成する画素信号としては使用しないようにカメラ10内
のディジタル信号処理部20が構成される。
【0031】この制御用セルの断面構造を図3に示す。
図示するように制御用セルは、図2に示したセル構造の
ものから、レジスト処理等によって形成する色フィルタ
214を設けず、その部分にオーバーコートをたとえばス
ピンコート等の処理により充填した構造の受光部となっ
ている。他の部分については図2に示した画素セルの構
成と同様の構造でよく、オーバーコート層216の上部に
は、マイクロレンズ218が設けられている。制御用セル
は、後述するように様々な配置パターンにて配置するこ
とができる。このような構造により、制御用セルは、色
フィルタ214が配設された画素セルよりも可視光領域に
おいて分光特性が広く、光の透過率が高く構成されてい
る。したがって、制御用セルに到達する光の光量を多く
することができ、画素セルよりも光電変換効率が高い高
感度な高感度セルが構成される。この制御用セルでは、
色フィルタ214を介さずにフォトダイオード204に到達し
た光が光電変換され、信号電荷に応じたセル受光信号が
読み出される。このため、画素セルと制御用セルとを比
較した場合、同一光量の光を受光した際に、制御用セル
からの出力値が画素セルからの出力値よりも大きくな
る。したがって、低照度下において、たとえば同一照度
の均一面を被写体とする被写界を撮像した際に、制御用
セルからの出力値を、画素セルからの出力値と較べて大
きな値とすることができる。
【0032】ここで制御用セルの配置パターンの各例を
説明すると、たとえば、図5に示した例では、Gストラ
イプRB市松配列色フィルタを基本配列とする撮像面
に、制御用セル402が配置され、この制御用セル402の
右、下および右斜め下に他の制御用セルが配置されてい
る。同様に制御用セル404の1セル分下方には他の制御
用セルが配置されている。さらに制御用セル406の1セ
ル分上方および右方にそれぞれ制御用セルが配置されて
いる。
【0033】また、図6には、撮像領域の一部において
配置された制御用セル配置例が斜線にて示されている。
この例では、複数の制御用セルが複数画素の間隔を空け
て離隔配置されており、水平および垂直走査方向に4セ
ル毎の間隔で制御用セルが配置されている。この場合、
撮像調節を行なう際に固体撮像素子を1/4間引き読み出
しで駆動することにより、垂直走査方向に1/4間引きで
読み出し、制御用セルへの受光量に応じた出力値を重点
的に出力させることができる。さらに水平方向について
も1/4間引き処理を行なう場合には、制御用セルのみの
値を抽出することができる。図7に示す制御用セルの配
置パターンについても同様に制御用セルの配置例を示し
ている。この例では固体撮像素子が1/8間引き読み出し
駆動される際に、制御用セルからの出力値を得ることが
できる。なお、動画モードにおいて間引き読み出しを行
なう場合には、これら制御用セルの値を読み出さないよ
うにして、各ラインおきに間引いて画素信号を読み出す
駆動を行なう。
【0034】さらに、図8は、固体撮像素子12の撮像領
域におけるほぼ中央部を拡大して示す部分図であり、撮
像画面を構成する各画素セルの中央部付近に複数の制御
用セルを配置している。なお、同図には示してないが、
撮像領域の画面周辺部に、撮像領域中央部の制御用セル
の単位面積当たりの配置数よりも少ない数の制御用セル
を配置してもよく、この場合、画面全体として、画面中
央部を重み付けした制御用セルからの出力値が得られ
る。
【0035】また、図9に示す例では、固体撮像素子12
の有効画素領域全面を示し、撮像画面を16分割したうち
の各分割ブロックにおける中央部分に、斜線にて示した
制御用セルをそれぞれ1つづつ配置した例である。なお
この図において、制御用セルのセルサイズは、図示明瞭
化のため画面サイズに比して拡大して示している。ま
た、各分割ブロックごとに複数の制御用セルを、分割ブ
ロック内の所定部分、たとえば分割ブロック内の四隅部
分や中央部分に配置させてもよい。このような制御用セ
ル配置により、撮像調節を行なう場合、必要な分割ブロ
ックを選択して使用する際に、それら分割ブロックにお
ける出力値を、各分割ブロックの代表値として使用する
ことができる。また、各分割ブロック内には、それぞれ
同数個の制御用セルを配置してもよいが、これに限ら
ず、たとえば画面中央部付近の分割ブロックについて
は、制御用セルの数を他の分割ブロックにおけるそれよ
りも多くしてもよい。
【0036】さらに図10に示す例では、撮像領域の中央
部を部分的に示す中央部拡大図であり、制御用セルの配
置パターンの他の例が示されている。図示するように、
この例では、制御用セルを、水平および垂直走査方向に
一列および二列に配列した構成としている。この場合、
図11に示す中央部分拡大図のように、所定数の画素セル
分の間隔を空けて制御用セルを形成してもよい。
【0037】以上は正方画素配列の固体撮像素子12へ制
御用セルを適用した場合について説明したが、これに限
らず、画素セルおよび制御用セルの各受光部を、図12に
示すようにハニカム状に配列させてもよい。このハニカ
ム配列が採用された固体撮像素子1200は、たとえば6な
いし8角形、さらには円形形状に近い形状にて形成され
た各受光部を固体撮像素子1200の撮像面にたとえば垂直
走査方向にジグザク状に配置することにより、受光部面
積を効率的に増大させ、さらに水平および垂直解像度を
高めた撮像素子である。
【0038】詳しくは同図に示すように、ハニカム配列
の固体撮像素子1200は、フォトダイオード(PD)の開口部
を形成する受光セル1210を格子縞状に配置し、45°斜め
方向の受光セル間距離を、水平および垂直走査方向の受
光セル間距離よりも小さく設定して、垂直方向に配置さ
れた複数の受光セル1210に隣接して垂直電荷転送路(VCC
D)をジクザグ状に形成する。各VCCDは、水平電荷転送路
(HCCD)に接続され、HCCDはVCCDから転送された信号電荷
をさらに出力アンプ1220に転送する。出力アンプ1220
は、入力される信号電荷を電気信号に変換してその出力
102に出力する。
【0039】このようなハニカム方式の固体撮像素子12
00に、たとえば図13に示すようにGストライプRB市松
配列の色フィルタ(R,G,B)を被着する。この色フィルタ
配列例において、所定のセル位置に、色フィルタが被着
されていない素抜け画素、つまり制御用セル(CC)を設け
る。なお、この固体撮像素子1200に対しても、図6〜図
11に示したような、間引き読み出し対応の制御用セル配
列や、撮像領域の所定領域を重み付けする制御用セル配
列などの各配列パターンを適用することができる。
【0040】以上説明したように、制御用セルの配置パ
ターンは、撮像調節を行なうための目的に適合する様々
な配列パターンが適用される。とくに、制御用セルが配
置されたセル位置に対応する画素値を、固体撮像素子の
出力に対する信号処理によって求める場合に、対象とな
る制御用セル周辺に配置された画素セルの画素値により
算出する。したがって、制御用セル位置は、画素出力信
号に対する補間処理、特に欠陥画素補正処理によって当
該画素値が生成しうる位置に決定される。このように、
制御用セル位置は、所望の撮像制御を行なうために必要
な情報を与え、かつ後処理にて有効に補正される撮像領
域の所定位置に作成される。
【0041】また、制御用セルの配置個数は、静止画像
に対して要求される画像品質や、固体撮像素子における
欠陥画素数などに応じた数が選択される。また、撮像制
御を行なうために要求される精度やその調節内容によっ
ても異なる制御用セルの配置個数が選択される。制御用
セルの配置個数は、究極には1つの制御用セルを撮像領
域の所望の部分、たとえば撮像領域の中央部分に配置し
てもよく、このセルの出力値に応じて受光量に応じた情
報を得ることができる。また、コントラスト検出方式の
自動焦点調節を行なうための制御用セルの配列パターン
は、撮像領域に対する水平および垂直走査方向さらには
斜め方向の複数サンプリング点を満足する直線上または
面に制御用セルをそれぞれ複数配置する。この場合、フ
ォーカシングエリア内の複数位置における制御用セルの
各出力値から高域周波数成分を抽出し、これらを積算し
てコントラスト評価値を作成し、撮像レンズ8の各位置
におけるコントラスト評価値のピークに応じたレンズ位
置を合焦位置として、撮像レンズ8の焦点位置を制御す
る。
【0042】なお、色フィルタが配置されない制御用セ
ルには、オーバーコート層を充填するのみならず、他の
光透過部材を配置してもよい。他の光透過部材として
は、分光透過特性が各波長にて均一な透明部材を配置す
ることができる。この場合、光透過率が他の色フィルタ
よりも高い光透過部材を使用する。また、透明部材を配
置するのではなく、受光部の上方に光透過部材を充填し
ない間隙を設けて、マイクロレンズ218からの光束をそ
の間隙による空間を介してフォトダイオード204に到達
するようにしてもよい。
【0043】以上説明した各固体撮像素子には、受光量
に応じたレベルの出力信号を所定の許容範囲内にて形成
することができない欠陥セルがその製造上、一部に含ま
れる。またこのような欠陥セルを皆無にすることはコス
トの点からも困難である。したがって、一般的には、こ
のような欠陥画素からの出力信号に対し、その画素位置
における出力値を、他の画素値等により補正して出力す
る欠陥画素補正処理を施す。なお、固体撮像素子の製造
時における良否判定を行なう場合には、画素セルにおけ
る欠陥セルの数と、実際に配置される制御用セルの数と
を加えた数が、固体撮像素子に対し許容する欠陥セル数
以下となる固体撮像素子が選別されて出荷される。
【0044】固体撮像素子12より出力される撮像信号に
よる画像形成を目的とする場合、たとえば静止画撮影
や、撮像領域全面における出力画像を得る場合などで
は、固体撮像素子12の出力信号を処理するディジタル信
号処理部20(図1)は、後述するように制御用セルを欠
陥画素セルと同様に取り扱ってその出力値を使用せず、
他の出力値で補間し、その欠陥セル位置における画素値
を補正出力する。また、ディジタル信号処理部20は、低
照度モードにおいて、撮像制御のためのセル受光信号を
固体撮像素子12の出力信号から得る際、特定の制御用セ
ルが欠陥セルであった場合には、その欠陥セルからの出
力値を撮像調節のためには使用しないように除外して、
他の正常な制御用セルからの出力値に基づいて、撮像制
御を行なうための評価値を算出する。固体撮像素子12
は、図1に示すタイミング制御部14から供給される駆動
信号100 によって駆動される。
【0045】タイミング制御部14は、制御部(CPU) 22か
ら通知される制御信号に応動して各部を駆動するタイミ
ングを制御する制御する制御および駆動回路である。タ
イミング制御部14は、制御部22から与えられる制御信号
130に応動する露光開始タイミングにて、所定の露光量
にて被写界を撮像させるために、固体撮像素子12を駆動
する電荷転送パルス、フィールドシフトパルスおよび読
出パルス等の駆動信号を生成して出力100に出力する。
また、タイミング制御部14は、制御部22から通知される
制御信号に応動して、固体撮像素子12、アナログ処理部
16、A/D変換部18およびディジタル信号処理部20を駆動
する画素クロック104を生成し、さらに、色分離パル
ス、A/Dクロックおよび同期信号等のタイミング信号108
を生成する。
【0046】また、タイミング制御部14は、動画モード
を指示する制御信号が制御部22より与えられると、撮像
領域における画素セルを間引き読み出しする部分読出し
を行なって、読み出された画素信号を固体撮像素子12よ
り高速に出力させる駆動信号100を生成する。この駆動
信号100にて駆動される固体撮像素子12は、たとえば、
1秒間に15〜30フレームにて複数連続するコマを表示さ
せる画素信号を出力する。本実施例におけるタイミング
制御部14は、この動画モードでは、制御用セルからのセ
ル受光信号を読み出さないようにして固体撮像素子12を
駆動する駆動信号を生成する。
【0047】さらに、静止画モードを指示する制御信号
が制御部(CPU) 22より与えられると、タイミング制御部
14は、撮像領域における画素セルおよび制御用セルを全
セル分読み出す全画素読出しを行なって、読み出された
撮像信号を出力させる駆動信号100を生成する。この静
止画モードにおける撮像信号には、制御用セルにて生成
されたセル受光信号が含まれる。
【0048】タイミング制御部14は、撮像調整機能の実
行を指示する制御信号が制御部22より与えられて、さら
に低照度モードが制御部22によって設定されると、制御
用セルにて受光された信号電荷を重点的に読み出すため
の駆動信号100を生成して固体撮像素子12に供給する。
【0049】具体的には、たとえば図6に示された制御
用セルの配列パターンの固体撮像素子12を駆動する場合
には、タイミング制御部14は、固体撮像素子12の撮像領
域における各セルを1/4間引き読み出しする駆動信号100
を固体撮像素子12に供給する。また、図7に示された制
御用セル配列の固体撮像素子12を駆動する場合には、撮
像領域における各セルを1/8間引き読み出しする駆動信
号100を固体撮像素子12に供給する。図8〜図10に示し
た制御用セル配列の固体撮像素子12を駆動する場合に
は、タイミング制御部14は、同様にして、制御用セルが
配置された水平走査ラインにおける各セルを重点的に読
み出す駆動信号100を固体撮像素子12に供給する。な
お、通常照度モードが設定されている場合には、撮像調
節を指示されたタイミング制御部14は、動画モードにお
ける画素読出し時と同様の駆動信号100を生成する。こ
の場合、各RGB画素セルからの出力値に基づいて作成さ
れる輝度評価値およびコントラスト評価値等の各種評価
値に基づいて撮像調節が行われる。
【0050】固体撮像素子12の出力102に接続されたア
ナログ処理部16は、撮像素子12から出力されるアナログ
撮像信号を、タイミング制御部14より供給される画素ク
ロック104に同期して相関二重サンプリングする相関二
重サンプリング(CDS)回路を有する。この相関二重サン
プリング回路は、各セルからの出力信号102におけるリ
セットノイズを除去する。
【0051】相関二重サンプリング回路の出力は、色分
離回路に接続され、色分離回路は、固体撮像素子12の色
フィルタ配列に応じてRGB点順次に入力される撮像信号
を、タイミング制御部14から供給される色分離パルスに
応動して各色成分ごとに3線分離する。アナログ処理部
16は、色分離された各色成分信号のレベルを調整する可
変利得増幅回路およびガンマ補正回路と、各色成分信号
を一線化するマルチプレクサとの各アナログ信号処理回
路を含み、通常照度モードにおいて、画素クロック104
やタイミング信号106に応動して、これら調整および補
正処理等のアナログ信号処理を行なう。アナログ処理部
16は、各処理回路にて処理された撮像信号を出力106に
接続されたアナログ・ディジタル(A/D)変換部18に出力
する。
【0052】さらに本実施例におけるアナログ処理部16
は、制御部22により低照度モードが設定されると、相関
二重サンプリング回路の出力信号のうち、制御用セルか
らのセル受光信号に対して、上述のようなレベル調整お
よび補正処理を行わずに、色分離回路の出力値を出力10
6に出力する。
【0053】A/D変換部18は、入力106に入力されるアナ
ログ信号を所定ビット数のディジタル信号に変換するア
ナログ・ディジタル変換処理部である。本実施例におけ
るA/D変換部18は、タイミング制御部14から供給されるA
/Dクロックや同期信号等のタイミング信号108に応動し
て、水平走査期間ごとに切り換えて供給される各色成分
の各画素信号や制御用セルからのセル受光信号を、たと
えば8ビットないし12ビットのディジタル値に順次変換
し、変換された画像データを出力110に出力する。A/D変
換処理部18の出力110はディジタル信号処理部20に接続
されている。
【0054】ディジタル信号処理部20は、入力110に入
力される画像データを制御部22から供給される制御信号
112に応じて各種のディジタル信号処理を行なう回路で
ある。ディジタル信号処理部20は、画像データをそれぞ
れ一時記憶するフレームメモリ(FM) 21を有し、静止画
モードが設定されると、画像データをフレームメモリ21
に格納し、格納された画像データに対し、色バランス、
輝度および彩度等を補正する補正処理を信号処理パラメ
ータに従って行なう。また、ディジタル信号処理部20
は、画像データに対してフィルタ処理および輪郭強調処
理等のディジタル信号処理を実行して適切な静止画像を
作成する処理機能を有する。また、ディジタル信号処理
部20は、RGB原色カラー画像データを輝度データYおよ
び色差データCに変換するYC変換処理機能を有し、動画
モードにおいて、撮像映像を汎用の外部表示装置に表示
させる場合に、YC変換処理を行なったYCデータを出力11
6に出力する。さらに、静止画モードにおけるディジタ
ル信号処理部20は、出力部24にて処理する圧縮符号化方
式に応じて、画像データをYCデータに変換して出力116
に出力する。また、ディジタル信号処理部20は、動画モ
ードにおいて、出力部24に内蔵される液晶モニタ装置に
撮像映像を表示させる場合にはRGB形式の画像データを
出力116に出力する。
【0055】また、ディジタル信号処理部20は、撮像素
子12のフィルタ配列に応じた各画素を各画素位置にて3
つの原色RGBにて表わす画素生成処理機能を有する。信
号処理部20は、静止画モードにおいて、撮像素子12にお
けるR,G,B各原色の画素セルおよび制御用セルに対し
て、それぞれ1つのセル位置におけるRGB各画素値をそ
れぞれ周辺画素セルを用いて補間処理して各画素位置に
おけるRGBの各画素値を生成する。補間対象のセルがRGB
画素セルである場合、その対象画素の値と周辺画素とを
用いて補間処理し、逆に、補間対象が制御用セルであっ
た場合には、その値を使用せずに、周辺画素の値を用い
て補間処理する。なお、ハニカム配列の撮像素子の出力
信号を処理する場合にディジタル信号処理部20は、画素
セルと画素セルとの間に、実際にセルが存在しない仮想
画素を想定して、その仮想画素の想定位置における画素
値を算出して仮想画素値を生成する機能を含むとよい。
【0056】さらにディジタル信号処理部20は、制御部
22にて撮像調節モードが設定されると、自動露出調整を
行なうための輝度評価値および自動焦点調節を行なうた
めのコントラスト評価値等の各種撮像調節のための評価
値を、固体撮像素子12からの出力信号に基づいて算出す
る機能を有する。詳しくは、ディジタル信号処理部20
は、撮像調節モードにおいて、入力110に入力される撮
像信号に基づいて、被写界の輝度レベルを測定する測光
機能を有する。ディジタル信号処理部20は、制御部22か
ら供給される現在の絞り値とシャッタ速度と感度とから
定まる露出制御値に基づいて、入力信号レベルに応じた
被写界の輝度レベルを算出する。この場合、ディジタル
信号処理部20は、撮像画面を複数のブロックに分割して
各ブロック内の信号レベルを積算し、その所定ブロッ
ク、たとえば中央部分等に対応する分割ブロックの積算
値を画面位置情報に応じて重み付けして輝度評価値を算
出する。
【0057】制御部22は、電源投入直後の動画モードで
は、撮像されたRGB画素信号に基づいて被写界の輝度レ
ベルを測定する。制御部22は、このRGB画素信号に基づ
いてディジタル信号処理部20にて算出された輝度評価値
と、あらかじめ設定された輝度判定閾値とを比較し、輝
度評価値が輝度判定閾値以上であるか否かを判定する。
制御部22では、その判定結果に従って、被写界が低照度
状態であるか否かを認識し、輝度評価値が輝度判定閾値
未満である場合に低照度モードを設定する。逆に輝度評
価値が輝度判定閾値以上の値である場合には制御部22
は、通常照度モードを再度設定する。低照度モードおよ
び通常照度モードを設定する制御信号は制御部22より各
部に与えられる。
【0058】低照度モードが設定されたディジタル信号
処理部20は、この低照度モードにて撮像して得られる撮
像信号110から制御用セルからのセル受光信号を抽出
し、抽出された所望のセル受光信号をそれぞれ使用して
輝度評価値を算出する。
【0059】この低照度モードにおけるディジタル信号
処理部20は、固体撮像素子12に配列された制御用セルの
配置パターンに応じて、セル受光信号の値のみ、もしく
は、セル受光信号と他のRGB画素信号との値に基づいて
輝度レベルを測光評価し、その輝度評価値を算出する。
ディジタル信号処理部20は、生成した輝度評価値を制御
部22に通知する。なお、通常照度モードが設定された場
合、ディジタル信号処理部20は、RGB画素信号に基づい
て上述の各評価値を算出する。
【0060】さらにディジタル信号処理部20は、自動焦
点調節を行なう際に、撮像レンズ8の位置を変更しなが
らそれぞれのレンズ位置にて得られる複数レンズ位置で
の画素信号またはセル受光信号から被写界のコントラス
ト成分を抽出し、所定の測距条件にてコントラスト成分
が最大となったことを示すコントラスト評価値を算出す
る。この場合、ディジタル信号処理部20は、低照度モー
ドにおいて、入力110に入力されるセル受光信号を用い
て、その信号レベルに基づいてコントラスト評価値を算
出する。逆に通常照度モードが設定されたディジタル信
号処理部20は、入力110に入力されるRGB画素信号を用い
てコントラスト評価値を算出する。
【0061】さらにディジタル信号処理部20は、静止画
モードにおいて前述のような画素生成処理を行なう前
に、固体撮像素子12にて発生する欠陥画素セルの出力値
および制御用セルの出力値を補正する画素補正処理機能
を有する。ディジタル信号処理部20は、画素補正する際
に、補正対象とする対象画素、つまり欠陥画素セルおよ
び制御用セルの周辺の一つまたは複数の画素を用いて、
その対象画素を補正処理することにより、キズが良好に
補正された静止画像を生成する。
【0062】詳しくは、ディジタル信号処理部20は、制
御部22から供給される位置情報114を用いて、撮像信号
に含まれる欠陥画素セルおよび制御用セルの値を同一色
成分の隣接画素値に応じた値で置き換える補間処理を行
なう。なお、ディジタル信号処理部20は、制御用セルに
対しては、色フィルタ配列順に応じた色フィルタの色成
分をその制御セル位置に割り当てて、割り当てた色成分
と同一の色成分の隣接画素値を使用して制御用セル位置
における画素値を算出する。たとえばディジタル信号処
理部20は、フレームメモリ21に一旦記憶された画像デー
タのうち、対象画素に近接する上下左右方向の同一色成
分画素を用いてそれらの平均を算出し、その平均値を対
象画素が記憶されるアドレスに書き込んで対象画素を算
出結果で埋め戻す。
【0063】座標メモリ28の記憶領域には、図14に示す
ように、固体撮像素子12における受光セルの受光セル情
報として、受光セルの属性を示すセル属性情報と、固体
撮像素子12の撮像領域における受光セルの位置座標(H,
V)を示すアドレス情報とが格納されている。セル属性情
報は、欠陥画素であるか否かを示す欠陥画素情報と、制
御用セルであるか否かを示す制御用セル情報とを含み、
これらいずれの受光セルではない受光セル、つまり正常
に使用可能なRGB画素セルについては、画素補正処理が
不要であるので、セル属性情報およびアドレス情報を座
標メモリ28に格納しなくてよい。
【0064】一例として、たとえば図6に示した制御用
セルの配置パターンが適用された固体撮像素子12では、
同図における左上を原点とした場合、位置座標(H,V) が
座標(2,2),(2,6),(2,10),...、座標(6,2),(6,6),(6,1
0),...、座標(2,2),(2,6),(2,10),...の各制御用セルを
示すアドレス情報が座標メモリ28に格納され、これら座
標における各受光セルの制御用セル情報の属性値"1"
が、各位置座標に対応して座標メモリ28に格納される。
また、座標(4,5)の画素セルが欠陥セルであった場合に
は、この画素セルの欠陥画素情報の属性値"1"が、位置
座標とともに座標メモリ28に格納される。さらに、たと
えば、座標(6,10)の制御用セルが、欠陥セルであった場
合には、欠陥画素情報および制御用セル情報の各属性
値"1"がそのアドレス情報とともに座標メモリ28に格納
される。なお、属性値"0"はそれぞれ欠陥画素セルおよ
び制御用セルではないことを示す。
【0065】このような受光セル情報は、固体撮像素子
12を製造するメーカにて所定の情報記録媒体に記録し、
固体撮像素子12に添付して提供する。この固体撮像素子
12を撮像装置に組み込む場合には、情報記録媒体に記録
された受光セル情報を座標メモリ28に、たとえば図14に
示すようなフォーマットにて記録する。記録形式は、こ
れに限らず、たとえば、図15に示すように、欠陥セルの
位置座標を示す欠陥セル情報と制御用セル情報とを区分
して、座標メモリ28のそれぞれ別の記録領域に記憶した
形式でもよい。なお、色フィルタ配列は、制御部22にて
認識しているが、座標メモリ28の記憶領域に、撮像素子
の色フィルタ配列を示す情報を受光セル情報として格納
しておき、これに基づいて制御部22が色フィルタ配列を
認識するようにしてもよい。
【0066】このように、制御用セルが配置されている
位置座標を示す制御用セル情報が座標メモリ28に格納さ
れており、静止画モードにおけるディジタル信号処理部
20は、制御用セルから得られるセル受光信号に対して
も、欠陥画素セルに対する欠陥補正処理と同様の処理を
行なうことができる。制御用セル自体が欠陥セルであっ
た場合も同様である。
【0067】なお、撮像制御を行なう際には、制御用セ
ル自体が欠陥セルであって、その位置座標データが座標
メモリ28に登録されている場合には、制御部22はこれを
判定して、その制御用セルの出力値を撮像制御用として
は使用しないように禁止する制御をディジタル信号処理
部20に対して行なう。この場合、ディジタル信号処理部
20は、欠陥セルとして登録された制御用セルからのセル
受光信号を除く他の制御用セルからのセル受光信号に基
づいて、その輝度レベルおよび高域周波数成分を評価し
た各評価値をそれぞれ生成して制御部22に通知する。
【0068】ディジタル信号処理部20は、静止画モード
において、このような画素補正処理の後、さらに上述し
た画素生成処理や色バランス調整、輝度および彩度等の
補正処理およびYC変換処理などを行ない、このようにし
て補正および調整処理された画像データをフレームメモ
リ21から読み出して出力部24に出力する。ディジタル信
号処理部20の出力116は、出力部24に接続されている。
【0069】出力部24は、ディジタル信号処理部20にて
処理された画像データを、所望の出力形態にて出力させ
る処理部である。詳しくは、出力部24は、画像データの
表わす画像および映像を表示するモニタ表示装置を含
み、動画モードにおいて入力116に入力されるRGB画像デ
ータに応じた各コマの画像をその表示画面に表示させ
る。また、出力部24は、画像データ116をたとえばNTSC
映像信号に変換して、その出力118に着脱自在に接続さ
れるテレビモニタ装置やビデオプリンタおよびビデオレ
コーダ等の汎用の映像機器に出力する。
【0070】さらに出力部24は、静止画撮影によって得
られた静止画像のYC画像データを、たとえばJPEG方式に
よって所定長のデータに圧縮符号化し、処理された符号
化データを、出力120に着脱自在に接続されるメモリカ
ード等の記録媒体30に記録する。出力部24はまた、記録
媒体30に記録された情報を読み出してその符号化データ
を復号し、復号された画像データをディジタル信号処理
部20に供給する機能を有する。この場合、ディジタル信
号処理部20は、出力部24から供給される画像データを、
出力部24からの出力先に応じた信号形式に再変換処理
し、その処理結果を出力116に出力する。なお、ディジ
タル信号処理部20は、ディジタル画像信号を入出力する
ディジタル端子を備えてもよく、たとえば、連続する各
コマの動画像データを入出力可能なシリアル入出力端子
もしくはパラレル入出力端子を備える場合には、その接
続装置に応じた所定の形式に変換して入出力端子より出
力するとよい。
【0071】制御部(CPU) 22は、操作部26に対する操作
者の操作状態に応じて動画モードまたは静止画モードを
各部に設定し、設定したモードに応じてカメラ10の各部
を制御する機能を有する。また、制御部22は、固体撮像
素子12から出力される撮像信号に基づいて、露出および
焦点調節などの撮像調節を行なうための撮像調節モード
を設定してカメラ10の各部を制御する。この撮像調節モ
ードにおいてさらに制御部22は、ディジタル信号処理部
20から通知される輝度情報に基づいて輝度判定を行な
い、その判定結果に従って低照度モードまたは通常照度
モードを設定する。
【0072】詳しくは制御部22は、本カメラ10に電源が
投入されると、電源オン後の初期状態では、あらかじめ
設定されたパラメータに従って、たとえば動画モードを
指示する制御信号を生成して各部に供給する。さらに制
御部22は、操作部26に配置されたレリーズ釦が押下され
たことを操作部26からのレリーズ信号により検出する
と、静止画モードを指示する制御信号を生成して各部に
供給する。この場合、制御部22は、ディジタル信号処理
部20から与えられる輝度およびコントラスト評価値に基
づいて、静止画撮影を行なう際のシャッタ速度、絞り値
および焦点を決定し、その決定に応じた制御信号をタイ
ミング制御部14に出力する。なお、レリーズスイッチが
2段押下式スイッチにて構成される場合には、制御部22
は、その第1ストロークに応じた第1のレリーズ信号に
応動して撮像調節モードを設定し、焦点調節、露出調節
およびホワイトバランス等を調整し、レリーズスイッチ
がさらに押下された第2ストロークに応じた第2のレリ
ーズ信号に応動して静止画モードを設定するとよい。タ
イミング制御部14は、レリーズタイミングおよび露出制
御を指示する制御部22からの制御信号を接続線130を介
して受け取ると、制御信号130に応じて撮像素子12およ
びアナログ処理部16を駆動する。
【0073】また、制御部22は、座標メモリ28に格納さ
れている受光セル情報を読み出して、撮像素子12に関す
る情報を認識し、受光セル情報内のアドレス情報をフレ
ームメモリ21の記憶アドレスを示す位置情報に変換す
る。制御部22は、受光セル情報に含まれるセル属性情報
および位置情報を接続線114を介してディジタル信号処
理部20に出力する。
【0074】さらに制御部22は、特に静止画モードにお
いて、ディジタル信号処理部20における画素生成処理お
よび画素補間処理を制御する機能を有する。具体的に
は、制御部22は、撮像信号に対するホワイトバランス調
整処理のためのパラメータや撮像画像の画像サイズおよ
び圧縮符号化の有無、さらには圧縮率など、操作部26に
より設定された撮像記録処理に関する情報を制御信号11
2としてディジタル信号処理部20に通知する。また、制
御部22は、撮像調節のための各種方式を選択してディジ
タル信号処理部20を制御する機能を有する。たとえば制
御部22は、自動露出調整や自動焦点調節を行なう際の測
光エリアや測距エリアを決定し、どのパターンにて測光
および測距するかを決定し、決定した所望のパターンに
対応するセルによって、前述の輝度評価値およびコント
ラスト評価値をディジタル信号処理部20に生成させる制
御を行なう。これら測光および測距エリアは、操作部26
に対する操作に応じて複数の中から自由に選択すること
が可能である。また、測光エリアのパターンと測距エリ
アパターンとは、必ずしも一致した領域でなくてもよ
い。また、通常照度モードと、低照度モードでは、これ
ら測光エリアおよび測距エリアは、それぞれ異なる形状
のパターンに対応するセルからの情報に基づいて、撮像
調整のための各種評価値を得るようにしてもよい。
【0075】以上のような構成で、本発明による固体撮
像素子および撮像制御装置ならびにその方法が適用され
たディジタルカメラの動作を図16を参照して説明する。
電源スイッチがオンに操作されるとカメラ10に電源が投
入されて各部が起動される。ステップS10では、撮影モ
ード、再生モードおよび通信モードのうち、操作部26の
設定に応じて、たとえば撮影モードが、その初期状態と
して設定される。この撮影モードでは、露出やピント合
わせなどの撮像調節を自動で行なう自動調整と手動にて
これらを調節するマニュアル調整とのいずれかを選択す
ることができるが、以下、自動調整を行なう設定の場合
について説明する。
【0076】撮影モードにおいてステップS12に進む
と、まず、操作部26の設定に応じて動画モードが設定さ
れる。動画モードでは、固体撮像素子12を間引読出しに
て駆動する駆動信号がタイミング制御部14から撮像素子
12に供給される。ここで、たとえば、図7に示す固体撮
像素子12を1/8間引き読み出しする駆動信号が与えられ
ると、水平および垂直方向にそれぞれ間引きされた8画
素ごとのRGB画素信号が固体撮像素子12から読み出され
る。この場合、制御用セルが配置された位置からのセル
受光信号は読み出されず、制御用セルを避けてRGB画素
信号が間引き読み出しされる。このRGB画素信号は、ア
ナログ処理部16にて相関二重サンプリングされた後、所
定レベルに増幅され、A/D変換されてディジタル信号処
理部20に入力される。
【0077】ディジタル信号処理部20では、RGB画素信
号を各フレームごとにモニタ表示用のNTSC映像信号に変
換して出力118に出力するとともに、RGB画素信号に基づ
いて輝度評価値およびコントラスト評価値を所定の期間
ごとに算出して制御部20に通知する。制御部22では、デ
ィジタル信号処理部20から通知される各評価値に基づい
て、動画像を撮像している際の各フレームの露出時間
(シャッタ速度)である電荷蓄積時間や絞り値等を決定
して、その決定情報をタイミング制御部14に通知すると
ともに、アナログ処理部16にてレベル調整する際の利得
を制御する。こうして動画像を撮像しながらその撮像画
像をモニタ表示し、その際にも、被写界の明るさ等の状
況の変化に追従して撮像調節を行ないながらモニタ撮影
を行なうことができる。
【0078】次にステップS14に進み、レリーズスイッ
チが操作されたことが、制御部22にて検出されたレリー
ズ信号によって認識されるとステップS16に進む。レリ
ーズ信号が検出されない場合にはステップS12に戻って
動画像モードにおける処理が継続される。
【0079】ステップS16では被写界の照度を判定する
照度判定処理が行なわれる。この判定処理では、ディジ
タル信号処理部20に入力されているRGB画素信号に基づ
いて輝度評価値が生成される。制御部22は、ディジタル
信号処理部20から通知される輝度評価値と輝度判定閾値
とを比較する。輝度評価値が輝度判定閾値を超えている
と、被写界が通常照度状態であると制御部22にて判定さ
れるとステップS18に進み、輝度評価値が輝度判定閾値
未満の値であった場合には、低照度状態であると判定さ
れてステップS20に進む。
【0080】ステップS18における通常照度モードで
は、動画モードと同様の駆動方法にて固体撮像素子12が
駆動され、間引き読み出しされたRGB画素信号が固体撮
像素子12から出力される。ディジタル信号処理部20で
は、このRGB画素信号に基づいて、輝度評価値およびコ
ントラスト評価値を算出し、算出したこれら評価値は制
御部22に通知される。制御部22では、輝度評価値に従っ
て露出値を決定し、またコントラスト評価値に基づいて
撮像レンズ8の焦点位置を制御する。こうしてRGB画素
値により、輝度評価値およびコントラスト評価値がそれ
ぞれ生成されてこれら評価値に基づいて自動露出調整(A
E)および自動焦点調節(AF)調節が行なわれる。このよう
にして通常照度モードにおける撮像調整処理が完了する
とステップS22に進む。
【0081】他方のステップS20における低照度モード
では、動画モードが終了し、固体撮像素子12に対する駆
動方法が切り替えられて、固体撮像素子12に配置した制
御用セルを重点的に読み出す制御が開始される。低照度
モードにおける撮像調整処理は、固体撮像素子12の制御
用セルからセル受光信号の値に基づいて、輝度評価値お
よびコントラスト評価値がそれぞれ算出される。制御部
14では、算出されたこれら評価値に基づいて、次のステ
ップである本撮影の静止画モードにおける露出値を決定
し、撮像レンズ8の焦点位置を制御する。なお、各評価
値を算出する際には、セル受光信号とともに読み出され
たRGB画素値をも使用して各評価値を算出することがで
きる。このようにして、低照度下において高感度画素が
サンプリングされて、撮像調節のための輝度評価値とコ
ントラスト評価値とが決定され、これらに基づいて露出
時間および絞り値の露出情報が決定され、撮像レンズ8
の焦点位置が制御される。
【0082】このようにしてステップS18またはS20にて
撮像調整処理が行なわれるとステップS22に進んで、静
止画モードにて本撮影が行なわれる。この静止画モード
では、先に決定された露出情報に従って被写界が撮像さ
れ、撮像素子12内の受光セルのすべてが読み出される全
画素読出しが行なわれる。撮像素子12から読み出された
アナログ撮像信号は、アナログ処理部16およびA/D変換
部18にて各種信号処理を受けた後にディジタル信号処理
部20に入力される。ディジタル信号処理部20に入力され
た画像データはフレームメモリ21に一旦格納される。
【0083】次いでステップS24に進んで、ディジタル
信号処理部20では、格納された画像データに対し、制御
部22から供給される位置情報114に対応する画素位置の
格納データが補間処理されて、欠陥画素セルおよび制御
用セルの値が補正される。補正された画像データは、さ
らに、各画素位置におけるRGB画素値がそれぞれ補間処
理により生成され、このようにして生成された画像デー
タに対し、色バランス、輝度および彩度等が調整され、
さらにフィルタ処理および輪郭強調処理等のディジタル
信号処理が施される。このようにして補正および調整処
理された画像データは、フレームメモリ21から読み出さ
れて出力部24に入力される。出力部24に入力したYC画像
データは圧縮符号化されて記録媒体30に記録される。
【0084】以上説明したように、本実施例では、固体
撮像素子12に備えられたRGB画素セルと、制御用セルと
を使用して、撮像調整を行なうための受光信号をそれぞ
れ得ることができる。したがって、被写界照度が低い場
合などのような固体撮像素子12に対する入射光量が少な
い場合であっても、RGB画素値のみを使用するのではな
く、セル受光信号の値を使用して被写界の照度を測定し
たり、所望の被写体に対するピント合わせを行なったり
するための各種評価値を精度よく得ることができる。な
お、実施例では、レリーズ信号が検出された場合にステ
ップS16における照度判定を行なっているが、このよう
な照度判定処理を動画モード期間中において間欠的に行
なってもよい。
【0085】この場合、たとえば低照度状態であると制
御部22にて判定されると、動画モードであっても制御用
セルの値を重点的に読み出すようにタイミング制御部14
に対する制御や固体撮像素子12に対する駆動を切り替え
て、制御用セルからの出力値を用いて輝度評価値および
コントラスト評価値を生成する。この結果、動画モード
における撮像調節を制御用セルの出力値に基づいて行な
うことができ、低照度下において、動画モードにおける
撮像調節の精度を高めることができる。
【0086】このように上記実施例では、1画素に入射
する光量を増やすことにより、暗い場所で撮像した撮像
信号の情報量を増やしている。この情報量の増大によっ
て、撮像制御のための制御情報を正確に得ることがで
き、このため、暗い場所での撮影や高速シャッタ速度で
の撮影などであっても、精度のよい制御を行なうことが
できる。この場合、感度の高い画素セルを、決められた
座標に配置し、AE/AF制御時には、この画素セルの情報
を重点的に使用し、精度を向上させるとともに、静止画
像を得るための本撮像時には、これら制御画素を使用せ
ず、制御画素を欠陥画素とみなして取り扱うことによ
り、キズ補正を行なう欠陥補正処理と同様に処理するこ
とで高品質の静止画像を得るができる。このように、色
フィルタが配設された各色成分の画素のほかに、それら
色成分画素よりも、さらに高感度の画素を固体撮像素子
内に配置しているから、カラーフィルタの分光感度特性
および透過率に左右されずに、撮像制御のための情報量
を充分に得ることができる。
【0087】
【発明の効果】このように本発明によれば、感度を低下
させる要因を取り除いた受光セルを配置しているので、
たとえば照度の足りない撮影条件下において、焦点調節
や露出調整を自動的に行なうための評価値を、高感度な
受光セルからの出力値に基づいて充分なレベルで得るこ
とができ、ノイズの影響を相対的に少なくすることがで
きるので、自動露出調整や自動焦点調節などの撮像調節
を精度よく行なうことができる。このような高感度な受
光セルからの出力信号は、たとえば静止画像用に備えら
れた欠陥補正処理と同一機能を使用して補正することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が適用されたディジタルカメラの一構成
例を示すブロック図である。
【図2】固体撮像素子の一受光部のセルを切り出した状
態を示す断面斜視図である。
【図3】固体撮像素子の制御用セルの断面構造例を示す
断面斜視図である。
【図4】固体撮像素子に配設される色フィルタの配列例
を示す図である。
【図5】図4に示した色フィルタに制御用セルを配置す
る一例を示す図である。
【図6】固体撮像素子の撮像領域における制御用セルの
配置例を示す図である。
【図7】固体撮像素子の撮像領域における制御用セルの
配置例を示す図である。
【図8】固体撮像素子の撮像領域の中央部付近における
制御用セルの配置例を示す図である。
【図9】撮像領域の各分割ブロックにおける制御用セル
の配置例を示す図である。
【図10】固体撮像素子の撮像領域の中央部付近におけ
る制御用セルの他の配置例を示す図である。
【図11】固体撮像素子の撮像領域の中央部付近におけ
る制御用セルのさらに他の配置例を示す図である。
【図12】ハニカム配列の固体撮像素子の構成例を示す
図である。
【図13】ハニカム配列の固体撮像素子における制御用
セルの配置例を示す図である。
【図14】座標メモリの記憶領域に格納格納された受光
セル情報の一例を示す図である。
【図15】座標メモリの記録領域の他の構成例を示す図
である。
【図16】ディジタルカメラの動作を示すフローチャー
トである。
【符号の説明】
8 撮像レンズ 10 ディジタルカメラ 12 撮像素子 (CCD) 14 タイミング制御部 20 ディジタル信号処理部 21 フレームメモリ (FM) 22 制御部 (CPU) 28 座標メモリ
───────────────────────────────────────────────────── 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) G03B 13/36 H04N 5/232 H 5C022 G06T 1/00 420 5/235 5C024 H01L 27/148 5/335 P 5C051 H04N 1/028 101:00 5C065 5/232 H01L 27/14 B 5/235 G02B 7/11 N 5/335 D // H04N 101:00 K G03B 3/00 A Fターム(参考) 2H002 DB06 DB20 DB25 EB09 FB11 HA04 2H011 AA03 BA33 BB03 2H051 AA08 BA47 CB26 CE14 DA22 4M118 AA01 AA02 AA05 AA07 AB01 BA13 BA14 CA03 CA20 DA12 DB09 DB20 DD10 FA06 FA07 FA35 GB03 GB08 GB09 GC08 GC09 GC14 GC20 GD04 GD07 5B047 AB04 BA03 BB04 BC01 BC07 CA06 CB04 DA06 DC11 5C022 AA13 AB03 AB28 AC42 5C024 AX01 BX01 CX23 CX41 EX52 GX03 HX23 HX58 5C051 AA01 BA02 DA06 DA10 DB01 DB04 DB06 DB08 DB18 DB22 DC02 DC07 DE05 EA01 5C065 AA03 BB11 BB48 DD02 EE06 EE09

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の光電変換素子がアレイ状に配置さ
    れて、該光電変換素子に結像される光学像に応じたカラ
    ー画素信号を出力する固体撮像素子において、該固体撮
    像素子は、 複数の画素位置について、入射光側と前記光電変換素子
    との間に色フィルタが設けられず、色フィルタを介さず
    に入射される光の光量に応じた第1の信号電荷を生成す
    る第1の受光セルと、 第1の受光セルを除く画素位置の光電変換素子のそれぞ
    れに対して所定の色配列の色フィルタが配設され、該色
    フィルタを透過して前記入射光側から入射する光の光量
    に応じた第2の信号電荷を生成する第2の受光セルと、 第1および第2の信号電荷を水平および垂直方向に転送
    する電荷転送手段と、 該電荷転送手段から転送される信号電荷を電気信号に変
    換して出力する出力手段とを含むことを特徴とする固体
    撮像素子。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の固体撮像素子におい
    て、第1の受光セルは、直線上に形成されていることを
    特徴とする固体撮像素子。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載の固体撮像素子におい
    て、第1の受光セルは、間引き読出しに応じた複数画素
    ごとの間隔にて配置されていることを特徴とする固体撮
    像素子。
  4. 【請求項4】 請求項1に記載の固体撮像素子におい
    て、第1の受光セルは、撮像領域の中央部分にその周辺
    部と較べて重点的に多く配置されていることを特徴とす
    る固体撮像素子。
  5. 【請求項5】 請求項1に記載の固体撮像素子におい
    て、第1の受光セルからの第1の信号電荷は、撮像調節
    を行なう際に該固体撮像素子から重点的に読み出される
    ことを特徴とする固体撮像素子。
  6. 【請求項6】 請求項1に記載の固体撮像素子におい
    て、第2の受光セルからの第2の信号電荷は、該固体撮
    像素子が動画像駆動された際に読み出されて出力される
    ことを特徴とする固体撮像素子。
  7. 【請求項7】 請求項1に記載の固体撮像素子におい
    て、第1および第2の信号電荷は、該固体撮像素子が全
    画素読出しされた際にそれぞれ読み出されて出力される
    ことを特徴とする固体撮像素子。
  8. 【請求項8】 請求項1に記載の固体撮像素子におい
    て、第1の受光セルは、自動露出用と自動焦点調節用と
    にそれぞれ使用可能な位置に配置されていることを特徴
    とする固体撮像素子。
  9. 【請求項9】 請求項1に記載の固体撮像素子におい
    て、第1の受光セルが配置された位置に関する位置情報
    および該固体撮像素子内の欠陥画素に関する欠陥画素情
    報を記録した記録媒体を含むことを特徴とする固体撮像
    素子。
  10. 【請求項10】 請求項1に記載の固体撮像素子におい
    て、第2の受光セルに対応して配列される色フィルタは
    原色系フィルタであることを特徴とする固体撮像素子。
  11. 【請求項11】 請求項1に記載の固体撮像素子におい
    て、第2の受光セルに対応して配列される色フィルタは
    補色系フィルタであることを特徴とする固体撮像素子。
  12. 【請求項12】 請求項1に記載の固体撮像素子におい
    て、第1の受光セルの入射光側には、前記色フィルタよ
    りも透過率が高い導光部材が配置されていることを特徴
    とする固体撮像素子。
  13. 【請求項13】 撮像レンズを介して入射される光学像
    を受光し、該光学像に応じた画像信号を生成するディジ
    タルカメラにおいて、該カメラは、 前記光学像の入射側に色フィルタが配置されていない第
    1の受光セルと、前記光学像の入射側に色フィルタが配
    置された第2の受光セルとが撮像面に配置され、各受光
    セルへの受光量に応じた受光信号をそれぞれ生成する撮
    像手段と、 前記撮像手段から読み出される受光信号を処理して、各
    画素位置における画素値を生成して、前記光学像に応じ
    た画像信号を生成する信号処理手段と、 第1の受光セルにて生成される第1の受光信号を重点的
    に読み出すための制御を行なう第1の撮像制御と、動画
    モード時に第2の受光セルにて生成される第2の受光信
    号を読み出す第2の撮像制御とを行なう制御手段とを含
    み、 該制御手段は、前記撮像手段への入射光量を判定する判
    定手段を含み、前記入射光量が所定の閾値よりも少ない
    低照度状態であることが該判定手段にて判定されると、
    第1の撮像制御を行なって、第1の受光信号に基づいて
    撮像調節を行なうことを特徴とするディジタルカメラ。
  14. 【請求項14】 請求項13に記載のディジタルカメラ
    において、前記信号処理手段は、露出制御を行なうため
    の輝度評価値を第1の受光信号に基づいて生成する手段
    を含み、 前記制御手段は、前記撮像調節として、前記輝度評価値
    に従って露出を制御することを特徴とするディジタルカ
    メラ。
  15. 【請求項15】 請求項13に記載のディジタルカメラ
    において、前記信号処理手段は、前記撮像レンズの焦点
    位置を調節するためのコントラスト評価値を第1の受光
    信号に基づいて生成する手段を含み、 前記制御手段は、前記撮像調節として、前記コントラス
    ト評価値に従って前記焦点位置を制御することを特徴と
    するディジタルカメラ。
  16. 【請求項16】 請求項13に記載のディジタルカメラ
    において、前記制御手段は、前記低照度状態ではないと
    判断した場合に、第2の撮像制御を行なって、第2の受
    光信号に基づいて撮像調節を行なうことを特徴とするデ
    ィジタルカメラ。
  17. 【請求項17】 請求項13に記載のディジタルカメラ
    において、前記制御手段は、前記撮像調節を行なう際
    に、第1の受光信号を生成する第1の受光セルが欠陥画
    素であるか否かを判定して、欠陥画素に該当する第1の
    受光セルからの第1の受光信号を除外し、欠陥画素に該
    当しない第1の受光信号に基づいて撮像調節を行なうこ
    とを特徴とする固体撮像素子。
  18. 【請求項18】 請求項13に記載のディジタルカメラ
    において、該カメラは、第1の受光セルと第2の受光セ
    ルとに関する受光セル情報を格納する記憶手段を含み、 前記制御手段は、前記受光セル情報に基づいて、第1お
    よび第2の受光セルからの第1および第2の受光信号を
    判別することを特徴とするディジタルカメラ。
  19. 【請求項19】 請求項18に記載のディジタルカメラ
    において、前記信号処理手段は、前記第2の受光信号に
    対して欠陥補正する補正手段を含み、該補正手段は、前
    記制御手段にて判別される第1の受光信号に対しても、
    第2の受光信号に対する補正処理と同様の前記欠陥補正
    処理を前記受光セル情報に従って行なうことを特徴とす
    るディジタルカメラ。
  20. 【請求項20】 撮像レンズを介して入射される光学像
    を受光し、該光学像に応じた画像信号を生成するディジ
    タルカメラにおいて、該カメラは、 前記光学像の入射側に色フィルタが配置されていない第
    1の受光セルと、前記光学像の入射側に色フィルタが配
    置された第2の受光セルとが撮像面に配置され、第1お
    よび第2の受光セルへの受光量に応じた第1および第2
    の受光信号をそれぞれ生成する撮像手段と、 前記撮像手段から読み出される受光信号を処理して、各
    画素位置における画素値を生成して、前記光学像に応じ
    た画像信号を生成する信号処理手段と、 第1および第2の受光信号を前記撮像手段からそれぞれ
    読み出すための制御を行なう制御手段とを含み、 前記信号処理手段は、撮影に先立って撮像調節を行なう
    際に、露出制御を行なうための輝度評価値を第1の受光
    信号に基づいて生成し、 撮影が開始されると、前記制御手段は、前記輝度評価値
    に応じた露出にて前記撮像手段を駆動し、前記信号処理
    手段は、第1の受光セル位置の画素値を第2の受光信号
    によって補正することを特徴とするディジタルカメラ。
  21. 【請求項21】 請求項20に記載のディジタルカメラ
    において、前記信号処理手段は、撮影に先立って撮像調
    節を行なう際に、前記撮像レンズの焦点位置を調節する
    ためのコントラスト評価値を第1の受光信号に基づいて
    生成し、 前記制御手段は、前記コントラスト評価値に従って前記
    焦点位置を制御することを特徴とするディジタルカメ
    ラ。
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