JP2011114680A - 撮像装置 - Google Patents
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Abstract
従来技術では、偽色低減やダイナミックレンジ拡大およびS/N比の向上などを十分に行うことができなかった。
【解決手段】
本発明に係る撮像装置は、受光面積が異なる少なくとも3個以上の複数の光電変換部を1つの画素単位とし、前記画素単位が色成分毎に行方向および列方向に規則的に繰り返し配置された撮像部と、前記撮像部の各画素単位の少なくとも1つの光電変換部を予め設定された撮影モードに応じて選択する選択部と、前記選択部で選択された各画素単位の光電変換部から画像信号を読み出して予め設定された撮影モードに応じた処理を行い、当該画素単位の画像信号として出力する処理部とを有することを特徴とする。
【選択図】図3
Description
図1は撮像装置101の構成を示すブロック図である。撮像装置101は、光学系102と、メカニカルシャッタ103と、撮像部104と、画像バッファ105と、画像処理部106と、制御部107と、表示部108と、メモリカードI/F109と、操作部材110と、メモリ111とで構成される。
次に、本実施形態に係る撮像装置101における画素単位とサブ画素の配置例について図2を用いて説明する。図2(a)は従来の画素単位の様子を示した図である。図2(a)は4行4列のベイヤー配列の画素単位を示す図である。ここで、Px(1,1)からPx(4,4)までの(x,y)の表記において、xは行をyは列をそれぞれ示している。例えばPx(1,2)は1行2列目の画素単位を表す。
図4は、撮像部104の回路例を示すブロック図である。図4に示した撮像部104は、2行2列の4つの画素単位しか描かれていないが、1000行1000列の100万画素で構成される場合も同様の回路が繰り返し配置されるだけである。尚、図4は、図3で説明した6つのサブ画素が1つの画素単位に配置される場合の回路例である。
次に、本実施形態に係る撮像装置101の撮影モードとサブ画像の選択および組合せについて説明する。本実施形態に係る撮像装置101は、1つの画素単位が複数のサブ画素で構成されので、複数のサブ画素の選択や組合せによって、撮像部104で被写体を撮影する際のダイナミックレンジや感度を変えることができる。本実施形態に係る撮像装置101では、操作部材110の撮影モード選択ダイヤル110aによって、「広ダイナミックレンジモード」,「超広ダイナミックレンジモード」,「超々広ダイナミックレンジモード」,「通常感度撮影モード」,「高感度撮影モード」,「超高感度撮影モード」,「低感度撮影モード」,「超低感度撮影モード」など様々な種類のダイナミックレンジや感度に設定して撮影することができる。そして、操作部材110の撮影モード選択ダイヤル110aでこれらの撮影モードが選択されると、制御部107のサブ画素選択部151は、各撮影モードに応じたサブ画像を選択して、撮像部104から選択されたサブ画素の画像信号を読み出すよう制御する。選択されたサブ画素の情報はサブ画素処理部152にも出力される。そして、サブ画素処理部152は、画像バッファ105に取り込まれたサブ画素の画像データを各撮影モードに応じて処理する。
図5(a)の例は、操作部材110の撮影モードダイヤル110aで「広ダイナミックレンジモード」が選択された時の撮像部104から読み出すサブ画素の位置を示している。
図5(b)の例は、操作部材110の撮影モードダイヤル110aで「超広ダイナミックレンジモード」が選択された時の撮像部104から読み出すサブ画素の位置を示している。
図6(a)の例は、操作部材110の撮影モードダイヤル110aで「超々広ダイナミックレンジモード」が選択された時の撮像部104から読み出すサブ画素の位置を示している。
ここで、ダイナミックレンジの拡張処理について簡単に説明する。図7(a)から図7(d)の4つの図は、横軸が時間で縦軸が画素の出力(量子化レベル)を示した図である。尚、ここでの説明では、撮像部104はアナログの画像信号を8ビット階調(256階調)で量子化するものとする。
図6(b)の例は、操作部材110の撮影モードダイヤル110aで「通常感度撮影モード(高速モード)」が選択された時の撮像部104から読み出すサブ画素の位置を示している。
先に説明した図5(a)のように3つのサブ画素(Sp1,Sp3,Sp4)を選択して、これらの3つのサブ画素(Sp1,Sp3,Sp4)の出力信号を加算して画像データとして利用する。この場合は、サブ画素Sp1だけを利用する場合に比べてサブ画素の面積が1.5倍になるので、「通常感度撮影モード」の1.5倍の高感度撮影が可能になる。
この場合は、例えば図3に示した1つ画素単位において、5つのサブ画素(Sp2,Sp3,Sp4,Sp5,Sp6)を選択して、これらの5つのサブ画素(Sp2,Sp3,Sp4,Sp5,Sp6)の出力信号を加算して画像データとして利用する。これにより、サブ画素Sp1だけを利用する場合に比べてサブ画素の面積が2.25倍になるので、「通常感度撮影モード」の2.25倍の超高感度撮影が可能になる。
図8(a)の例は、操作部材110の撮影モードダイヤル110aで「低感度撮影モード」が選択された時の撮像部104から読み出すサブ画素の位置を示している。
(感度):(Sp3)+(Sp4)=(Sp1)/2
「超低感度撮影モード」
図8(b)の例は、操作部材110の撮影モードダイヤル110aで「超低感度撮影モード」が選択された時の撮像部104から読み出すサブ画素の位置を示している。
(感度):(Sp6)=(Sp1)/4
尚、サブ画素(Sp6)の代わりに同じ小口径のサブ画素(Sp2,Sp3,Sp4,Sp5)の4つのサブ画素のいずれか1つのサブ画素の出力信号を用いても構わない。
本実施形態に係る撮像装置101では、多様な感度調節が可能になるので静止画の撮影だけでなく、ライブビュー画像(スルー画像とも呼ぶ)や動画の撮影にも有効である。一般にライブビュー画像や動画の撮影は電子シャッターによって行われるので、シャッター速度の低速側はライブビュー画像や動画のフレームレートで制限される。例えばライブビュー画像または動画のフレームレートが30フレーム/秒の場合、画像の取り込みなどの他の処理を無視して単純に考えるとシャッター速度を1/30秒より遅くすることはできない。このため従来の撮像装置では、絞りが最小絞りになっている場合や被写界深度を変えたくない場合には対応することができない。これに対して本実施形態に係る撮像装置101では、先に説明したように、1つの画素単位を構成する複数のサブ画素の選択方法によって様々な低感度化が実現できるので多様な撮影が可能になる。尚、シャッター速度の高速側はライブビュー画像や動画の1フレーム撮影期間の垂直ブランキング期間を制御することで1/8000秒など超高速シャッターを実現可能である。
先に説明した本実施形態に係る撮像装置101は、1つの画素単位が複数の光電変換部(複数のサブ画素)で構成され、これらのサブ画素の組合せによって広ダイナミックレンジ撮影や低感度撮影を実現するようになっている。ところが、複数のサブ画素のいずれかに欠陥画素がある場合に問題が生じる。ここでは、大口径のサブ画素や小口径のサブ画素に画素欠陥があった場合の補正方法について説明する。尚、画素欠陥があるか否かの判別方法は、本実施形態の主要部分ではないので詳細な説明は省略するが、例えば一様な光量の被写体をテスト撮影して、各サブ画素の出力信号が所定範囲内にあるか否かを試験すればよい。
先ず、大口径のサブ画素に画素欠陥がある場合の補正例について説明する。例えば図9(a)の例では、大口径の青色(B)のサブ画素B1に画素欠陥があり、サブ画素B1の出力信号が利用できない場合を示している。この場合、図9(a)において、サブ画素B1に隣接する同じ青色の4つの小口径のサブ画素(B3,B4,B5,B6)の出力信号を加算する。この結果、図9(b)に示すような大口径の仮想画素Bmが4つのサブ画素(B3,B4,B5,B6)の中心位置に仮想的に合成されることになる。そして、この仮想画素Bmの出力信号(4つのサブ画素(B3,B4,B5,B6)の出力信号の加算値)を欠陥のあるサブ画素B1の出力信号として利用する。
次に、小口径のサブ画素に画素欠陥がある場合の補正例について説明する。特に小口径のサブ画素が単独で1つ使用される図8(b)のような「超低感度撮影モード」の場合は当該画素の出力信号が全く得られないので大きな問題となり、画素欠陥補正が重要である。
先の実施形態では、図3で説明したように、1つの画素単位を構成する複数のサブ画素は、大口径のサブ画素Sp1を中心として紙面左上から右下方向に伸びた矢印状に配置されていたが、図3の形状である必要はない。ここでは、図3とは異なるサブ画素の配置例について説明する。
103・・・メカニカルシャッタ 104・・・撮像部
105・・・画像バッファ 106・・・画像処理部
107・・・制御部 108・・・表示部
109・・・メモリカードI/F 110・・・操作部材
110a・・・撮影モード選択ダイヤル 110b・・・レリーズボタン
111・・・メモリ 151・・・サブ画素選択部
152・・・サブ画素処理部
Px(1,1)からPx(4,4)・・・画素単位
Sp1からSp6・・・サブ画素
PD1からPD6・・・フォトダイオード
TrX1からTrX6・・・転送トランジスタ
FD・・・浮遊拡散領域
TrR・・・リセットトランジスタ
TrA・・・増幅トランジスタ
TrS・・・選択トランジスタ
PW(1),PW(2)・・・定電流源
VLINE(1),VLINE(2)・・・垂直信号線
VSCAN・・・垂直走査回路
Sg(1),Sg(2)・・・信号保持部
HSCAN・・・水平走査回路
Claims (6)
- 受光面積が異なる少なくとも3個以上の複数の光電変換部を1つの画素単位とし、前記画素単位が色成分毎に行方向および列方向に規則的に繰り返し配置された撮像部と、
前記撮像部の各画素単位の少なくとも1つの光電変換部を予め設定された撮影モードに応じて選択する選択部と、
前記選択部で選択された各画素単位の光電変換部から画像信号を読み出して予め設定された撮影モードに応じた処理を行い、当該画素単位の画像信号として出力する処理部と
を有することを特徴とする撮像装置。 - 請求項1に記載の撮像装置において、
前記撮像部の画素単位は、最大受光面積の1つの親光電変換部と、複数の子光電変換部とで構成されることを特徴とする撮像装置。 - 請求項1または2に記載の撮像装置において、
前記撮像部の画素単位の領域と隣接する画素単位の領域とは互いにオーバーラップして配置され、且つ各画素単位を構成する複数の光電変換部が互いに重ならないように配置されることを特徴とする撮像装置。 - 請求項1から3のいずれか一項に記載の撮像装置において、
前記撮像部の各画素単位を構成する複数の光電変換部のいずれかが欠陥光電変換部であった場合は、前記欠陥光電変換部の出力を当該画素単位内の非欠陥光電変換部の出力で補正することを特徴とする撮像装置。 - 請求項1から4のいずれか一項に記載の撮像装置において、
前記処理部は、前記複数の光電変換部の組合せによってダイナミックレンジまたは撮影感度を制御する
ことを特徴とする撮像装置。 - 請求項5に記載の撮像装置において、
前記処理部は、前記複数の光電変換部の少なくとも1つの光電変換部からなる大面積の組と、前記複数の光電変換部の少なくとも1つの光電変換部からなる小面積の組との出力信号の比率を可変して異なるダイナミックレンジの画像信号を出力する
ことを特徴とする撮像装置。
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