JP7283079B2 - 撮像装置および撮像素子 - Google Patents
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Description
本発明の第2の態様によると、撮像素子は、光を遮光する遮光状態と光を透過する透過状態とを切換え可能なフィルタ部と、前記フィルタ部を透過した光を光電変換して電荷を生成する光電変換部と、前記光電変換部で生成された電荷に基づく信号を出力する出力部とをそれぞれ有する第1の画素、第2の画素及び第3の画素と、前記第1の画素の前記フィルタ部が遮光状態であり、前記第2の画素の前記フィルタ部が透過状態であり、前記第3の画素の前記フィルタ部が遮光状態である第1の撮像のときに前記第1の画素の前記出力部から出力された信号と、前記第1の撮像のときに前記第2の画素の前記出力部から出力された信号と、前記第1の画素の前記フィルタ部が透過状態であり、前記第2の画素の前記フィルタ部が透過状態であり、前記第3の画素の前記フィルタ部が透過状態である第2の撮像のときに前記第2の画素の前記出力部から出力された信号とに基づいて、前記第2の撮像において前記第1の画素の前記出力部から出力された信号を補正する補正部と、を備える撮像素子であって、前記撮像素子は、複数の前記第1の画素および複数の前記第3の画素を有し、複数の前記第1の画素は、前記第2の画素の周囲を囲むように配置され、複数の前記第3の画素は、前記第1の画素の周囲を囲むように配置される。
図1は、第1の実施の形態に係る撮像装置の構成を示すブロック図である。図1では、第1の実施の形態に係る撮像装置の一例である電子カメラ1(以下、カメラ1と称する)の構成例を示す。カメラ1は、撮像光学系(結像光学系)2、撮像素子3、制御部4、メモリ5、表示部6、および操作部7を備える。撮影光学系2は、複数のレンズおよび絞りを有し、撮像素子3に被写体像を結像する。なお、撮影光学系2は、カメラ1から着脱可能にしてもよい。
これにより、フィルタ部35は、EC層21~23の透過波長の組み合わせにより、W(白)、BK(黒)、R(赤)、G(緑)、B(青)のいずれかの波長域の光を主に透過させることが可能となる。
一方、フィルタ制御部60は、補正撮像を行う場合は、図6に示すように一部の画素10がB画素10、G画素10、R画素10となり、残りの画素10がBK画素10、即ち遮光画素となるように、各画素10のフィルタ部35を制御する。なお、図5及び図6に示す例では、説明を簡略化するために、行方向32画素×列方向16画素のみ図示している。
領域41~44以外の画素10は、全てBK画素10であり、領域41~44以外のBK画素10は、暗電流測定用の画素である。この暗電流測定用のBK画素10bk1は、領域41~44内のBK画素10bk2と区別するために、点線の四角で囲まれている。
なお、補正部4aは、領域41~44のBK画素10bk2のうち、補正対象画素の近傍の3つのBK画素10bk2について予め算出した混色補正係数の平均値を、補正対象画素の混色補正係数として用いてもよい。混色補正係数の平均値は、2つのBK画素10bk2の混色補正係数を平均して算出してもよいし、4つのBK画素10bk2の混色補正係数を平均して算出してもよく、算出に用いるBK画素10bk2の数は、特に限定されない。また、補正部4aは、各画素についての輝度値を算出しておき、補正対象画素の輝度値との差が小さいBK画素10bk2のうち、補正対象画素に最も近い位置のBK画素10bk2の混色補正係数を、補正対象画素の混色補正係数として用いてもよい。この場合、補正撮像時にBK画素10bk2の画素信号を用いて輝度値を求めることはできないため、輝度値を算出するための撮像動作を行って、BK画素10bk2の輝度値を算出するようにする。なお、補正部4aは、特許文献1に記載の方法を用いて、補正対象画素の混色補正係数を算出するようにしてもよい。例えば、補正部4aは、特許文献1に記載の線形補間法を用いて、混色補正係数を算出するようにしてもよい。
(1)カメラ1は、入射光を遮光する遮光状態と入射光のうちの所定の波長の光を選択的に透過する透過状態とを切換え可能なフィルタ部35と、フィルタ部35を透過した光を光電変換して電荷を生成する光電変換部32と、光電変換部32で生成された電荷に基づく信号を出力する出力部(読み出し部20)とをそれぞれ有する第1の画素及び第2の画素と、第1の画素のフィルタ部35が遮光状態にされて、第2の画素のフィルタ部35が透過状態にされたときに第1の画素の出力部から出力された信号で、第1の画素のフィルタ部35が透過状態にされたときに第1の画素の出力部から出力された信号を補正する補正部4aと、を備える。本実施の形態によるカメラ1は、或る画素10を遮光状態にして算出した混色補正係数を用いて、その画素10を透過状態にして生成された画素信号を補正する。このため、より厳密な補正を行うことができ、補正処理の精度を向上させることができる。また、補正された画素信号を用いることによって、高品質な画像(データ)を生成することができる。
図面を参照して、第2の実施の形態に係る撮像装置を説明する。第2の実施の形態の撮像装置は、図1に示した撮像装置1の構成と同様の構成を有する。第2の実施の形態の撮像装置は、撮像素子3に設けられる全画素の暗電流成分を算出する。図8は、第2の実施の形態に係る撮像装置1の動作の一例を示したフローチャートである。この図8のフローチャートおよび図9等を参照して、撮像装置1の動作例について説明する。なお、図中、第1の実施の形態と同一もしくは相当部分には、同一の参照番号を付し、相違点を主に説明する。
上述した実施の形態では、暗電流測定用のBK画素10bk1と、複数の領域41~44を構成する画素とを生成して、暗電流成分および混色補正係数を算出する例について説明した。しかし、制御部4は、全画素10が暗電流測定用のBK画素10bk1となるように、各画素10のフィルタ部35を制御するようにしてもよい。これにより、制御部4は、撮像素子3の画素毎の暗電流成分を取得することができる。なお、制御部4は、混色補正係数を算出するための領域41~44のみを生成して、混色補正係数のみを取得するようにしてもよい。
上述した実施の形態では、撮像領域の全領域に暗電流測定用の画素および領域41~44を生成して暗電流成分および混色補正係数を取得した後に、R画素10、G画素10、およびB画素10を生成して撮像動作を行う例について説明した。しかし、図10に示すように、制御部4は、撮像領域の一部の領域のみに、暗電流測定用のBK画素10bk1および領域41~44が配置されるように各画素10のフィルタ部35を制御してもよい。これにより、制御部4は、撮像時に生成される各画素10の画素信号を用いて、暗電流成分および混色補正係数の算出と、画像データの生成とを行うことができる。この場合、画像生成部4cは、暗電流成分および混色補正係数を算出するために用いるBK画素10の画素信号を、そのBK画素10の周辺画素の画素信号を用いて補間することにより、画像データの生成を行う。
上述した実施の形態では、撮像時に1つのR画素と、2つのG画素と、1つのB画素とをベイヤー配列の基本単位として繰り返し配置する例について説明した。しかし、図11(a)に示すように、制御部4は、フィルタ部35を制御して、4つのR画素と、8つのG画素と、4つのB画素とをベイヤー配列の基本単位として繰り返し配置するようにしてもよい。この場合、制御部4は、図11(b)に示すように各画素10のフィルタ部35を制御して、暗電流成分および混色補正係数の取得を行う。例えば、制御部4は、2画素×2画素の4つのBK画素10毎に、暗電流成分および混色補正係数を算出する。このように算出した暗電流成分および混色補正係数を用いることで、例えば2画素×2画素の画素信号を加算して加算信号を生成する場合に、加算信号に対する補正処理を精度良く行うことができる。
制御部4は、カメラ1の電子ズーム機能のズーム倍率に応じて、各画素10のフィルタ部35の透過波長域を変更するようにしてもよい。図12(a)は、電子ズームが比較的低倍率である場合の画素信号の読み出し領域120Aと、R画素、G画素、B画素、BK画素の配列パターンとを示す。図12(b)は、電子ズームが比較的高倍率である場合の画素信号の読み出し領域120Bと、R画素、G画素、B画素、BK画素の配列パターンとを示す。制御部4の画像生成部4cは、読み出し領域120(120A、120B)の各画素10から出力される画素信号に基づいて、画像データを生成する。読み出し領域120内の画素10は有効画素となり、読み出し領域120は有効画素領域となる。
上述した実施の形態および変形例では、フィルタ部35は、R(赤)を発色するEC層、G(緑)を発色するEC層、およびB(青)を発色するEC層の3つのフィルタにより構成される例について説明した。しかし、フィルタ部35は、Mg(マゼンタ)を発色するEC層、Ye(イエロー)を発色するEC層、およびCy(シアン)を発色するEC層の3つのフィルタにより構成するようにしてもよい。また、フィルタ部35には液晶を用いた可変フィルタを用いるようにしてもよい。
なお、フィルタ部35は、第1の波長を透過するフィルタと、第1の波長より長い第2の波長を透過するフィルタと、第2の波長より長い第3の波長を透過するフィルタとを有するカラーフィルタと、光を透過する透過状態と光を遮光する遮光状態とを切り替え可能なフィルタとを組み合わせたものを用いてもよい。例えば、フィルタ部35には、互いに異なる波長領域の光を透過するカラーフィルタ(RGBまたはMgYeCyのカラーフィルタ)と透過状態または遮光状態に変更可能な可変フィルタ(液晶フィルタまたはMEMSシャッター)とを組み合わせたものを用いてもよい。また、フィルタ部35には、上述したような透過波長域を変更可能な色可変フィルタと透過状態または遮光状態に変更可能な可変フィルタとを組み合わせたものを用いてもよい。
上述した実施の形態および変形例では、光電変換部としてフォトダイオードを用いる例について説明した。しかし、光電変換部として光電変換膜(有機光電膜)を用いるようにしてもよい。
上述の実施の形態および変形例で説明した撮像素子3は、カメラ、スマートフォン、タブレット、PCに内臓のカメラ、車載カメラ、無人航空機(ドローン、ラジコン機等)に搭載されるカメラ等に適用されてもよい。
日本国特許出願2016年第194627号(2016年9月30日出願)
Claims (13)
- 光を遮光する遮光状態と光を透過する透過状態とを切換え可能なフィルタ部と、前記フィルタ部を透過した光を光電変換して電荷を生成する光電変換部と、前記光電変換部で生成された電荷に基づく信号を出力する出力部とをそれぞれ有する第1の画素、第2の画素及び第3の画素と、を有する撮像素子と、
前記第1の画素の前記フィルタ部が遮光状態であり、前記第2の画素の前記フィルタ部が透過状態であり、前記第3の画素の前記フィルタ部が遮光状態である第1の撮像のときに前記第1の画素の前記出力部から出力された信号と、前記第1の撮像のときに前記第2の画素の前記出力部から出力された信号と、前記第1の画素の前記フィルタ部が透過状態であり、前記第2の画素の前記フィルタ部が透過状態であり、前記第3の画素の前記フィルタ部が透過状態である第2の撮像のときに前記第2の画素の前記出力部から出力された信号とに基づいて、前記第2の撮像において前記第1の画素の前記出力部から出力された信号を補正する補正部と、を備える撮像装置であって、
前記撮像素子は、複数の前記第1の画素および複数の前記第3の画素を有し、
複数の前記第1の画素は、前記第2の画素の周囲を囲むように配置され、
複数の前記第3の画素は、前記第1の画素の周囲を囲むように配置される撮像装置。 - 請求項1に記載の撮像装置において、
前記補正部は、前記第2の撮像において前記第1の画素の前記フィルタ部が透過状態である間に前記第1の画素の前記光電変換部で生成された電荷に基づく信号を補正する撮像装置。 - 請求項1または2に記載の撮像装置において、
前記補正部は、前記第1の撮像のときに前記第1の画素の前記出力部から出力された信号と、前記第1の撮像のときに前記第2の画素の前記出力部から出力された信号とに基づいて補正係数を生成し、前記補正係数と、前記第2の撮像のときに前記第2の画素の前記出力部から出力された信号とに基づいて、前記第2の撮像において前記第1の画素の前記出力部から出力された信号を補正する、撮像装置。 - 請求項3に記載の撮像装置において、
前記補正部は、前記補正係数と、前記第2の撮像のときに前記第2の画素の前記出力部から出力された信号とを乗算して得た信号に基づいて、前記第2の撮像において前記第1の画素の前記出力部から出力された信号を補正する、撮像装置。 - 請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載の撮像装置において、前記第1の画素と前記第2の画素とが隣り合って配置される撮像装置。
- 請求項1から請求項5までのいずれか一項に記載の撮像装置において、
前記第1の画素および前記第2の画素の前記フィルタ部の透過状態と遮光状態とを制御する制御部を備える撮像装置。 - 請求項6に記載の撮像装置において、
前記撮像素子は、複数の前記第1の画素および前記第2の画素を有し、
前記制御部は、前記フィルタ部が遮光状態または透過状態である前記第1の画素、および前記フィルタ部が遮光状態または透過状態である前記第2の画素の位置を変更する撮像装置。 - 請求項1から請求項7までのいずれか一項に記載の撮像装置において、
前記補正部は、前記第1の撮像において前記第3の画素の前記出力部から出力された信号に基づいて、前記第2の撮像において、前記第1の画素、前記第2の画素及び前記第3の画素のうち、少なくとも前記第3の画素の前記出力部から出力された信号を補正する撮像装置。 - 請求項8に記載の撮像装置において、
前記補正部は、前記第1の撮像において前記第3の画素の前記フィルタ部が遮光状態である間に前記第3の画素の前記出力部から出力された信号に基づいて、前記第2の撮像において前記第3の画素の前記フィルタ部が透過状態である間に前記第3の画素の前記光電変換部で生成された電荷に基づく信号を補正する撮像装置。 - 請求項1から請求項9までのいずれか一項に記載の撮像装置において、
前記撮像素子は、複数の前記第2の画素を有し、
複数の前記第3の画素は、複数の前記第2の画素の周囲を囲むように配置される複数の前記第1の画素の間に配置される撮像装置。 - 請求項1から請求項10までのいずれか一項に記載の撮像装置において、
前記フィルタ部は、透過させる光の波長が変更可能である撮像装置。 - 請求項11に記載の撮像装置において、
前記フィルタ部は、第1の波長の光を透過する第1透過状態と、第2の波長の光を透過する第2透過状態と、第3の波長の光を透過する第3透過状態とを切換え可能である撮像装置。 - 光を遮光する遮光状態と光を透過する透過状態とを切換え可能なフィルタ部と、前記フィルタ部を透過した光を光電変換して電荷を生成する光電変換部と、前記光電変換部で生成された電荷に基づく信号を出力する出力部とをそれぞれ有する第1の画素、第2の画素及び第3の画素と、
前記第1の画素の前記フィルタ部が遮光状態であり、前記第2の画素の前記フィルタ部が透過状態であり、前記第3の画素の前記フィルタ部が遮光状態である第1の撮像のときに前記第1の画素の前記出力部から出力された信号と、前記第1の撮像のときに前記第2の画素の前記出力部から出力された信号と、前記第1の画素の前記フィルタ部が透過状態であり、前記第2の画素の前記フィルタ部が透過状態であり、前記第3の画素の前記フィルタ部が透過状態である第2の撮像のときに前記第2の画素の前記出力部から出力された信号とに基づいて、前記第2の撮像において前記第1の画素の前記出力部から出力された信号を補正する補正部と、を備える撮像素子であって、
前記撮像素子は、複数の前記第1の画素および複数の前記第3の画素を有し、
複数の前記第1の画素は、前記第2の画素の周囲を囲むように配置され、
複数の前記第3の画素は、前記第1の画素の周囲を囲むように配置される撮像素子。
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