JP7283079B2 - 撮像装置および撮像素子 - Google Patents
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Description
本発明は、撮像装置および撮像素子に関する。
隣接する全画素が遮光画素である画素の信号に基づいて、通常画素の混色を補正するためのパラメータを算出する撮像装置が知られている（特許文献１）。しかし、この撮像装置は、遮光画素の位置からは画像信号が得られない。
本発明の第１の態様によると、撮像装置は、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、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。
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。
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。
（第１の実施の形態）
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。
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。
撮像素子３は、例えば、ＣＭＯＳイメージセンサやＣＣＤイメージセンサである。撮像素子３は、撮影光学系２により形成された被写体像を撮像する。撮像素子３には、光電変換部を有する複数の画素が配置される。光電変換部は、例えばフォトダイオード（ＰＤ）によって構成される。撮像素子３は、受光量に応じた信号を生成し、生成した信号を制御部４に出力する。
メモリ５は、例えば、メモリカード等の記録媒体である。メモリ５には、画像データ等が記録される。メモリ５へのデータの書き込みや、メモリ５からのデータの読み出しは、制御部４によって行われる。表示部６は、画像データに基づく画像、シャッター速度や絞り値等の撮影に関する情報、およびメニュー画面等を表示する。操作部７は、レリーズボタン、各種設定スイッチ等を含み、それぞれの操作に応じた操作信号を制御部４へ出力する。
制御部４は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により構成され、制御プログラムに基づきカメラ１の各部を制御する。また、制御部４は、補正部４ａと、記憶部４ｂと、画像生成部４ｃとを有する。補正部４ａは、詳細は後述するが、撮像素子３の各画素から出力された画素信号に基づいて、暗電流成分および混色補正係数を算出する。また、補正部４ａは、暗電流成分および混色補正係数に基づいて、撮像素子３の各画素から出力された画素信号に対して補正処理を行う。記憶部４ｂには、補正部４ａにより算出された暗電流成分および混色補正係数が記憶される。補正部４ａが行う処理については、後で詳しく述べる。
画像生成部４ｃは、補正部４ａにより補正された画素信号に対して各種の画像処理を施し、画像データを生成する。画像処理には、階調変換処理、補間処理、輪郭強調処理等の公知の画像処理が含まれる。
図２および図３を参照して、第１の実施の形態に係る撮像素子３の構成について説明する。図２は、第１の実施の形態に係る撮像素子３の一部の構成を示すブロック図である。図３は、第１の実施の形態に係る撮像素子３の構造を説明するための図である。図３（ａ）は、撮像素子３の断面構造の一例を示す図であり、図３（ｂ）は、撮像素子３のフィルタ部の透明電極のレイアウト例を説明するための平面図である。
図２に示すように、撮像素子３は、複数の画素１０と、フィルタ垂直駆動部４０と、フィルタ水平駆動部５０と、フィルタ制御部６０と、画素垂直駆動部７０と、カラム回路部８０と、水平走査部９０と、出力部１００と、システム制御部１１０とを備える。撮像素子３では、画素１０が二次元状（例えば、行方向および列方向）に配置される。図２に示す例では、説明を簡略化するために、画素１０は水平方向１５画素×垂直方向１２画素のみ図示しているが、撮像素子３は、例えば数百万画素～数億画素、又はそれ以上の画素を有する。
図３（ａ）に示すように、撮像素子３は、半導体基板２２０と、配線層２１０と、支持基板２００と、マイクロレンズ３１と、フィルタ部３５とを備える。図３（ａ）に示す例では、撮像素子３は、裏面照射型の撮像素子として構成されている。半導体基板２２０は、配線層２１０を介して支持基板２００に積層される。半導体基板２２０は、シリコン等の半導体基板により構成され、支持基板２００は、半導体基板やガラス基板等により構成される。配線層２１０は、導体膜（金属膜）および絶縁膜を含む配線層であり、複数の配線やビアなどが配置される。導体膜には、銅、アルミニウム等が用いられる。絶縁膜は、酸化膜や窒化膜などで構成される。撮影光学系２を通過した光は、主にＺ軸プラス方向へ向かって入射する。また、座標軸に示すように、Ｚ軸に直交する紙面右方向をＸ軸プラス方向、Ｚ軸およびＸ軸に直交する紙面奥方向をＹ軸プラス方向とする。
画素１０（図３においては画素１０Ａ～１０Ｃ）は、マイクロレンズ３１と、フィルタ部３５と、光電変換部３２とを含んで構成される。マイクロレンズ３１は、入射した光を光電変換部３２に集光する。光電変換部３２は、入射した光を光電変換して電荷を生成する。
フィルタ部３５は、マイクロレンズ３１側から半導体基板２２０側に向かって順次積層されたエレクトロクロミック（以下、ＥＣと称する）層２１、２２、２３と、透明電極１１、１２、１３、１４とを有する。ＥＣ層２１～２３は、金属酸化物等のエレクトロクロミック材料を用いて形成される。透明電極１１～１４は、例えばＩＴＯ（酸化インジウムスズ）等により形成される。ＥＣ層２１と透明電極１２との間、ＥＣ層２２と透明電極１３との間、及びＥＣ層２３と透明電極１４との間には、絶縁膜３３がそれぞれ設けられる。また、フィルタ部３５には、不図示の電解質層（電解質膜）が設けられる。
透明電極１１は、図３（ｂ）に明示したように、第１の方向であるＸ方向に、即ち行方向に配列された複数のＥＣ層２１の一方の面を覆うように、行方向に配列された複数のＥＣ層毎に、配置される。図２に示した例では、画素１０の配列は、１２行であるので、透明電極１１は、１２本並置されている。透明電極１２及び透明電極１３は、透明電極１１と同様に、Ｘ方向に配置された複数のＥＣ層２２及びＥＣ層２３の一方の面を覆うように配置される。
透明電極１４は、３つのＥＣ層２１、２２、２３に共通の電極で、ＥＣ層２３の他方の面側に配置される。共通透明電極１４は、図３（ｂ）に明示したように、Ｘ方向と交差する第２の方向であるＹ方向、即ち列方向に配列された複数のＥＣ層２３に沿って、列方向に配列された複数のＥＣ層毎に、配置される。図２に示した例では、画素１０の配列は、１５列であるので、共通透明電極１４は、１５本並置されている。
透明電極１１～１３および共通透明電極１４は、ＥＣ層２１、２２、２３に対してマトリクス状（網目状）に配置される電極となる。透明電極１１～１３は、フィルタ垂直駆動部４０に接続され、共通透明電極１４は、フィルタ水平駆動部５０に接続される。これにより、本実施の形態では、マトリクス状の電極を用いてＥＣ層２１、２２、２３の駆動制御を行うアクティブマトリクス駆動を行うことができる。
ＥＣ層２１は、透明電極１１と共通透明電極１４とによる駆動信号の供給によって酸化還元反応を生じることによりＢ（青）を発色する。従って、ＥＣ層２１は、駆動信号の供給によって、入射光のうち、Ｂ（青）に対応する波長域の光を透過させる。ＥＣ層２２は、透明電極１２と共通透明電極１４とによる駆動信号の供給によって酸化還元反応を生じることによりＧ（緑）を発色する。従って、ＥＣ層２２は、駆動信号の供給によって、入射光のうち、Ｇ（緑）に対応する波長域の光を透過させる。ＥＣ層２３は、透明電極１３と共通透明電極１４とによる駆動信号の供給によって酸化還元反応を生じることによりＲ（赤）を発色する。従って、ＥＣ層２３は、駆動信号の供給によって、入射光のうち、Ｒ（赤）に対応する波長域の光を透過させる。ＥＣ層２１、２２、２３は、上述の駆動信号の供給を停止した場合は、一定時間の間は上記の発色が持続され、リセット信号を供給した場合は、入射する光のうちの全ての波長域の光を透過する透明（消色）の状態になる。
上述のように、複数のフィルタ部３５の各々は、Ｂ（青）を発色するＥＣ層２１、Ｇ（緑）を発色するＥＣ層２２、およびＲ（赤）を発色するＥＣ層２３の３つのフィルタにより構成される。３つのＥＣ層２１、２２、２３のいずれにも、駆動信号が供給されていない状態では、３層ＥＣ透過波長域は、Ｗ（白）となる。３つのＥＣ層２１、２２、２３の全てに駆動信号を供給すると、３層ＥＣ透過波長域は、ＢＫ（黒）となる。同様に、ＥＣ層２１のみに、ＥＣ層２２のみに、及びＥＣ層２３のみに、それぞれ駆動信号を供給した場合には、３層ＥＣ透過波長域は、それぞれＢ（青）、Ｇ（緑）、Ｒ（赤）になる。
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。
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。
以下の説明において、フィルタ部３５の３層ＥＣ透過波長域がＢ（青）になった画素をＢ画素と称し、３層ＥＣ透過波長域がＧ（緑）になった画素をＧ画素と称し、３層ＥＣ透過波長域がＲ（赤）になった画素をＲ画素と称する。また、フィルタ部３５の３層ＥＣ透過波長域がＢＫ（黒）になった画素を、ＢＫ画素、又はフィルタ部３５が入射光を遮光するので遮光画素と称する。
このように各画素１０は、フィルタ部３５を透過する波長が適宜変更され、その波長の光成分を光電変換する。また、フィルタ部３５が全色透過するなら、画素１０はＷの光成分を光電変換し、フィルタ部３５が全色吸収するなら、画素１０は遮光された状態の信号を出力する。
図２において、フィルタ制御部６０は、フィルタ垂直駆動部４０およびフィルタ水平駆動部５０から各フィルタ部３５に入力される信号を制御することにより、各フィルタ部３５の透過波長を設定（変更）する。フィルタ垂直駆動部４０は、複数のフィルタ部３５の行を選択して、即ち、複数の透明電極１１～１３のうちの所定の透明電極を選択してそれに駆動信号を供給する。フィルタ水平駆動部５０は、複数のフィルタ部３５の列を選択して、即ち、複数の共通透明電極１４のうちの所定の共通透明電極を選択してそれに駆動信号を供給する。こうして、フィルタ垂直駆動部４０によって選択された透明電極１１～１３とフィルタ水平駆動部５０によって選択された共通透明電極１４との両方に関するＥＣ層が発色する。
例えば、図３（ｂ）において、フィルタ水平駆動部５０が３本の共通透明電極１４のうちの右端の共通透明電極１４を選択して駆動信号を供給し、フィルタ垂直駆動部４０が９本の透明電極１１～１３のうち上端の透明電極１１を選択して駆動信号を供給すると右上端に位置するＥＣ層２１が発色する。また、フィルタ水平駆動部５０が右端の共通透明電極１４を選択して駆動信号を供給し、フィルタ垂直駆動部４０が上端の透明電極１２を選択して駆動信号を供給すると右上端のＥＣ層２２が発色する。また、フィルタ水平駆動部５０が右端の共通透明電極１４を選択して駆動信号を供給し、フィルタ垂直駆動部４０が上端の透明電極１３を選択して駆動信号を供給すると、右上端のＥＣ層２３が発色する。
図２において、システム制御部１１０は、カメラ１の制御部４からの信号に基づいて、フィルタ制御部６０、画素垂直駆動部７０、カラム回路部８０、水平走査部９０、および出力部１００を制御する。画素垂直駆動部７０は、システム制御部１１０からの信号に基づいて、後述する信号ＴＸ、信号ＲＳＴ、信号ＳＥＬなどの制御信号を各画素１０に供給して、各画素１０の動作を制御する。
カラム回路部８０は、複数のアナログ／デジタル変換部（ＡＤ変換部）を含んで構成され、各画素１０から後述する垂直信号線３０を介して入力された信号をデジタル信号に変換し、変換後のデジタル信号を水平走査部９０に出力する。水平走査部９０は、カラム回路部８０から出力された信号を、出力部１００に順次出力する。出力部１００は、不図示の信号処理部を有し、水平走査部９０から入力された信号に対して相関二重サンプリングや信号量を補正する処理等の信号処理を行い、カメラ１の制御部４に出力する。出力部１００は、ＬＶＤＳやＳＬＶＳ等の高速インタフェースに対応した入出力回路等を有し、信号を制御部４に高速に伝送する。
次に、撮像素子３における互いに近傍の画素の間に生じる混色、即ちクロストークについて説明する。混色は、或る画素に入射した光束がその画素の近傍の画素に入り込むこと、又は、或る画素で光電変換により発生した電荷がその画素の近傍の画素に漏れ出ることなどで発生する。このような混色について、図３（ａ）を用いて以下に説明する。
撮像素子３では、画素１０のフィルタ部３５を透過した光の一部が、その画素１０の周辺画素の光電変換部３２に漏れる場合が生じる。図３（ａ）において、破線６１は、画素１０Ｂのフィルタ部３５を透過して画素１０Ｃの光電変換部３２に入射する光を模式的に表している。画素１０Ｃの光電変換部３２は、画素１０Ｃのフィルタ部３５を透過した光に基づく電荷に加えて、画素１０Ｂのフィルタ部３５を透過した光に基づく電荷を生成することになる。
図３（ａ）に示す破線６２は、画素１０Ｂの光電変換部３２により生成された電荷の一部が、画素１０Ｃの光電変換部３２に漏れることを模式的に表している。画素１０Ｃは、画素１０Ｃの光電変換部３２により生成された電荷と、画素１０Ｂの光電変換部３２により生成された電荷とに基づく画素信号を生成することになる。
このように、撮像素子３では、画素信号には、近傍画素の間で混色によるノイズ成分が混入する。そこで、詳細は後述するが、カメラ１の制御部４は、近傍画素間で信号が漏れる割合を示す情報である混色補正係数を求めて、混色補正係数を用いて画素信号を補正することによって、画素信号から混色によるノイズ成分を除去する。
また、撮像素子３に設けられる光電変換部３２（フォトダイオード）では、暗電流が生じる。画素信号のうち暗電流に起因する信号成分は、画素信号にとってノイズ成分となる。そこで、詳細は後述するが、カメラ１の制御部４は、撮像素子３から遮光状態の画素の画素信号を読み出すことで、暗電流成分を検出する。そして、制御部４は、補正対象となる画素の画素信号から暗電流成分を減算することによって、画素信号から暗電流によるノイズ成分を除去する。
図４は、第１の実施の形態に係る撮像素子３の画素１０の構成例を示す回路図である。画素１０は、上述した光電変換部３２と、読み出し部２０とを有する。読み出し部２０は、転送部２５と、リセット部２６と、フローティングディフュージョン（以下、ＦＤと称する）２７と、増幅部２８と、選択部２９とを有する。図２に示す画素垂直駆動部７０は、上述したように、信号ＴＸ、信号ＲＳＴ、信号ＳＥＬなどの制御信号を各画素１０に供給して、各画素１０の動作を制御する。
転送部２５は、信号ＴＸにより制御され、光電変換部３２で光電変換された電荷をフローティングディフュージョン２７に転送する。すなわち、転送部２５は、光電変換部３２およびフローティングディフュージョン２７の間に電荷転送路を形成する。フローティングディフュージョン２７は電荷を保持（蓄積）する。増幅部２８は、フローティングディフュージョン２７に保持された電荷による信号を増幅し、選択部２９を介して垂直信号線３０に出力する。図２に示す例では、増幅部２８は、ドレイン端子、ゲート端子およびソース端子がそれぞれ、電源ＶＤＤ、フローティングディフュージョン２７および選択部２９に接続されるトランジスタＭ３により構成される。増幅部２８のソース端子は、選択部２９を介して垂直信号線３０に接続される。増幅部２８は、不図示の電流源を負荷電流源としてソースフォロワ回路の一部として機能する。
リセット部２６は、信号ＲＳＴにより制御され、フローティングディフュージョン２７の電荷をリセットし、フローティングディフュージョン２７の電位をリセット電位（基準電位）にリセットする。選択部２９は、信号ＳＥＬにより制御され、増幅部２８からの信号を垂直信号線３０に出力する。転送部２５、排出部２６、および選択部２９は、例えば、それぞれトランジスタＭ１、トランジスタＭ２、トランジスタＭ４により構成される。
撮像素子３は、画像データの生成に用いる画素信号を取得するための撮像動作（以下、本撮像と称する）を行う場合と、暗電流成分及び混色補正係数の算出に用いる画素信号を取得するための撮像動作（以下、補正撮像と称する）を行う場合とで、各フィルタ部３５の状態を切り換える。フィルタ制御部６０は、撮像素子３が本撮像を行う場合は、画素１０がベイヤー配列に従って配置されるように、各画素１０のフィルタ部３５を制御する。図５は、本撮像時の各画素のフィルタ部３５の入射光の透過・遮光状態を示す図であり、図６は、補正撮像時の各画素のフィルタ部３５の入射光の透過・遮光状態を示す図である。図５に示すように、フィルタ制御部６０は、本撮像時にはフィルタ部３５を駆動制御して、Ｇ画素１０とＢ画素１０とが行方向に交互に配置された画素列と、Ｒ画素１０とＧ画素１０とが行方向に交互に配置された画素列とを列方向に交互に並べる。
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。
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。
図６において、Ｒ画素１０に隣接する隣接画素に関する混色補正係数を算出するための領域４１と、Ｇ画素１０に隣接する隣接画素に関する混色補正係数を算出するための領域４２と、Ｇ画素１０に隣接する隣接画素に関する混色補正係数を算出するための領域４３と、Ｂ画素１０に隣接する隣接画素に関する混色補正係数を算出するための領域４４とが、散在している。本実施の形態では、領域４１～４４の各々は、３画素×３画素の９画素から構成される。領域４１は、その中心位置に、Ｒ画素１０を有し、このＲ画素１０を囲む周囲の８画素はＢＫ画素（遮光画素）１０ｂｋ２である。同様に、領域４２、４３の各々は、その中心位置に、Ｇ画素１０を有し、このＧ画素１０を囲む周囲の８画素はＢＫ画素１０ｂｋ２である。領域４４は、その中心位置に、Ｂ画素１０を有し、このＢ画素１０を囲む周囲の８画素はＢＫ画素１０ｂｋ２である。なお、領域４１の中心位置の画素はＲ画素１０であるが、これは、中心位置の画素が撮像時もＲ画素となるように、領域４１の位置が定められている。他の領域４２～４４も同様である。
また、各領域４１～４４の大きさは、中心画素からの混色の影響、即ちクロストークの影響が及ぶ範囲として、定められている。従って、本実施の形態では、例えば、領域４１の中心画素のＲ画素１０からの混色（クロストーク）は、それに隣接する周囲の８画素にしか、及ばない。もし、混色（クロストーク）が上記の周囲８画素よりも外側の画素にまで及ぶ場合には、領域４１～４４は、その外側の画素を含むように選定される。
これらの４つの領域４１～４４は、図６において、上下左右方向に互いに隣接配置されている。即ち、領域４２と領域４４とが互いに左右方向（画素配列の行方向）に隣接配置され、領域４１と領域４３とが互いに左右方向に隣接配置されている。これらの互いに隣接配置された領域４１～４４は、撮像素子３の撮像面全体に、上下左右方向に略等間隔で分散して配置されている。
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。
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。
次に、暗電流成分の算出及び撮像時の暗電流成分の補正について説明する。撮像素子３は、補正撮像を行う場合に、各画素１０のフィルタ部３５を制御して図６に示すように、暗電流測定用のＢＫ画素１０ｂｋ１を配置する。点線の四角で囲まれた暗電流測定用のＢＫ画素１０ｂｋ１は、入射光が光電変換部３２に入射せず、かつ、領域４１～４４の中心画素からの混色（クロストーク）の影響を受けないので、当該ＢＫ画素１０ｂｋ１の暗電流量に応じた画素信号を出力する。補正部４ａは、撮像素子３から出力された暗電流測定用のＢＫ画素１０ｂｋ１の画素信号に基づいて暗電流成分を算出する。補正部４ａは、算出した暗電流成分と、ＢＫ画素１０ｂｋ１の位置に関する情報とを対応付けて、記憶部４ｂに記憶させる。
撮像素子３は、本撮像を行う場合に、各画素１０のフィルタ部３５を制御して図５に示すように、Ｒ画素１０、Ｇ画素１０、およびＢ画素１０をベイヤー配列で配置する。補正部４ａは、本撮像時に撮像素子３の各画素から出力された画素信号から、記憶部４ｂに記憶された暗電流成分を減算して、画素信号を補正する。補正部４ａは、本撮像時に取得した画素信号が補正撮像時に図６の暗電流測定用のＢＫ画素１０ｂｋ１であった画素から出力されたものである場合には、補正撮像時に当該暗電流測定用のＢＫ画素１０ｂｋ１の画素信号を用いて予め算出した暗電流成分で、画素信号を補正する。
補正撮像時の図６の領域４１～４４内の中心画素は、暗電流量に応じた画素信号が生成されないため、中心画素の暗電流成分を予め算出することができない。そこで、補正部４ａは、本撮像時に取得した画素信号が補正撮像時に図６の領域４１～４４内の中心画素であった画素から出力されたものである場合には、補正撮像時に当該画素の近傍の暗電流測定用のＢＫ画素１０ｂｋ１の画素信号を用いて予め算出した暗電流成分で、画素信号を補正する。
補正撮像時の図６の領域４１～４４内のＢＫ画素１０ｂｋ２は、暗電流量に応じた画素信号が生成されないため、ＢＫ画素１０ｂｋ２の暗電流成分を予め算出することができない。そこで、補正部４ａは、本撮像時の画素信号が補正撮像時に図６の領域４１～４４内のＢＫ画素１０ｂｋ２であった画素から出力されたものである場合には、補正撮像時に当該画素の近傍の暗電流測定用のＢＫ画素１０ｂｋ１の画素信号を用いて予め算出した暗電流成分で、画素信号を補正する。このように処理を行うことにより、補正部４ａは、補正対象となる画素の画素信号から暗電流によるノイズ成分を取り除くことができる。
次に、混色補正係数の算出及び撮像時の混色のノイズ成分の除去について説明する。補正撮像を行う場合に、撮像素子３は、各画素１０のフィルタ部３５を制御して図６に示すように、複数の領域４１～４４を構成する画素を配置して、混色補正係数の算出を行う。例えば、領域４１の中心画素であるＲ画素１０からの混色（クロストーク）は、その中心画素に隣接する８つのＢＫ画素１０ｂｋ２に影響する。そして、隣接のＢＫ画素１０ｂｋ２は、混色による画素信号（ノイズ信号）を出力する。
制御部４の補正部４ａは、Ｒ画素１０からの画素信号と、隣接のＢＫ画素１０ｂｋ２からの画素信号とを比較することで、Ｒ画素１０の画素信号Ｒ１と隣接するＢＫ画素１０ｂｋ２に現れる画素信号ｒ１との比（ｒ１／Ｒ１）、すなわち混色補正係数を、隣接ＢＫ画素１０ｂｋ２毎に算出する。例えば、補正部４ａは、領域４１のＲ画素１０からの画素信号とＲ画素１０の上に位置するＢＫ画素１０ｂｋ２（Ｙ方向に一つずれた位置の画素）からの画素信号とを比較して、Ｒ画素１０からＲ画素１０の上に位置するＢＫ画素１０ｂｋ２に混入する信号成分に関する混色補正係数を算出する。
同様にして、補正部４ａは、Ｒ画素１０から右上のＢＫ画素１０ｂｋ２（Ｘ方向に一つかつＹ方向に一つずれた位置の画素）に混入する信号成分、Ｒ画素１０から右のＢＫ画素１０ｂｋ２（Ｘ方向に一つずれた位置の画素）に混入する信号成分、およびＲ画素１０から右下のＢＫ画素１０ｂｋ２（Ｘ方向に一つかつ－Ｙ方向に一つずれた位置の画素）に混入する信号成分のそれぞれについての混色補正係数を算出する。また、補正部４ａは、Ｒ画素１０から下（－Ｙ方向に一つずれた位置の画素）のＢＫ画素１０ｂｋ２に混入する信号成分、Ｒ画素１０から左下のＢＫ画素１０ｂｋ２（－Ｘ方向に一つかつ－Ｙ方向に一つずれた位置の画素）に混入する信号成分、Ｒ画素１０から左のＢＫ画素１０ｂｋ２（－Ｘ方向に一つずれた位置の画素）に混入する信号成分、およびＲ画素１０から左上のＢＫ画素１０ｂｋ２（－Ｘ方向に一つかつＹ方向に一つずれた位置の画素）に混入する信号成分のそれぞれについての混色補正係数を算出する。これにより、補正部４ａは、領域４１のＲ画素１０と、Ｒ画素１０に対して上下左右および斜め方向に位置するＢＫ画素１０ｂｋ２とに関して合成８個の混色補正係数を取得する。
なお、補正部４ａは、上述の混色補正係数の算出の前に領域４１～４４の画素の画素信号から暗電流成分を減算して、暗電流成分を除去した画素信号に基づき、混色補正係数の算出を行ってもよい。例えば、暗電流測定用の複数のＢＫ画素１０ｂｋ１のうち、領域４１～４４の画素１０の各々に最も近い位置のＢＫ画素１０ｂｋ１の暗電流成分を用いて、領域４１～４４の画素１０の各々の画素信号から暗電流成分を減算する。このように、補正部４ａは、暗電流成分が取り除かれた画素信号を用いて混色補正係数の算出を行うことによって、混色補正係数を精度良く算出することができる。
また、補正部４ａは、領域４２～４４についても同様の処理を行うことで、領域４２のＧ画素１０、領域４３のＧ画素１０、領域４４のＢ画素１０から隣接画素への混色に関する混色補正係数を算出することができる。補正部４ａは、算出した混色補正係数と、ＢＫ画素１０ｂｋ２の位置に関する位置情報とを対応付けて、記憶部４ｂに記憶させる。
また、図６に示すように、撮像素子３は、領域４１～４４に隣接する全ての画素が暗電流測定用のＢＫ画素１０ｂｋ１であるので、領域４１～４４のＢＫ画素１０ｂｋ２に隣接画素からの混色が生じることが抑制される。このため、補正部４ａは、領域４１～４４のＢＫ画素１０ｂｋ２の画素信号を用いることによって、混色補正係数を精度良く算出することができる。この結果、補正部４ａは、補正処理の精度を向上させることができる。
次に、撮像時の混色によるノイズ成分の補正、即ち除去について説明する。補正部４ａは、本撮像時の画素信号に対して、記憶部４ｂに記憶された混色補正係数を用いて補正処理を行う。補正部４ａは、補正対象画素の上下左右および斜め方向に位置するそれぞれの画素から混入する信号成分に関する混色補正係数を用いて、補正対象画素の画素信号の補正を行う。この場合、補正部４ａは、記憶部４ｂに記憶された領域４１～４４のＢＫ画素１０ｂｋ２に関する混色補正係数に基づいて、補正対象である補正対象画素の画素信号を補正するための混色補正係数を算出する。
補正対象画素がＲ画素の場合には、補正部４ａは、Ｒ画素の上に位置するＧ画素からＲ画素に混入する信号成分についての混色補正係数、Ｒ画素の右上のＢ画素からＲ画素に混入する信号成分についての混色補正係数、およびＲ画素の右のＧ画素からＲ画素に混入する信号成分についての混色補正係数をそれぞれ算出する。また、補正部４ａは、Ｒ画素の右下に位置するＢ画素からＲ画素に混入する信号成分についての混色補正係数、Ｒ画素の下のＧ画素からＲ画素に混入する信号成分についての混色補正係数、およびＲ画素の左下のＢ画素からＲ画素に混入する信号成分についての混色補正係数をそれぞれ算出する。また、補正部４ａは、Ｒ画素の左に位置するＧ画素からＲ画素に混入する信号成分についての混色補正係数、およびＲ画素の左上のＢ画素からＲ画素に混入する信号成分についての混色補正係数をそれぞれ算出する。
補正部４ａは、領域４１～４４のＢＫ画素１０ｂｋ２に関する混色補正係数に基づいて、補正対象画素についての混色補正係数を算出する。例えば、補正部４ａは、領域４１～４４の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について予め算出した混色補正係数を、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。
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。
補正部４ａは、補正対象画素に隣接する隣接画素の画素信号に、算出した補正対象画素の混色補正係数を乗算して、補正対象画素の画素信号中の混色ノイズ成分を算出し、算出した混色ノイズ成分を補正対象画素の画素信号から減算する。補正対象画素がＲ画素の場合には、補正部４ａは、補正対象画素に隣接する８つの画素のそれぞれの画素信号に、８つの画素の各々から補正対象画素に混入する信号成分に関する混色補正係数をそれぞれ乗算して、８つの画素からＲ画素に混入するノイズ成分を求める。補正部４ａは、算出した隣接画素からのノイズ成分を、補正対象画素の画素信号から減算することで、補正対象画素の画素信号から混色によるノイズ成分を取り除くことができる。このように、本実施の形態では、補正撮像時に撮像素子３の全領域に渡って設けられる複数のＢＫ画素１０ｂｋ２に関する混色補正係数を用いて、補正対象となる補正対象画素を補正するための混色補正係数を算出することができる。このため、補正対象画素の混色補正係数を精度良く算出することができ、補正処理の精度を向上させることができる。
図７は、第１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７のフローチャート、図５、および図６を参照して、撮像装置１の動作例について説明する。図７に示す処理は、例えばユーザによりレリーズボタンが操作されて撮影の指示が行われた場合に実行される。
ステップＳ１００において、撮像素子３のフィルタ制御部６０は、各画素１０のフィルタ部３５を制御して図６に示すように、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する。このステップＳ１００は、後述の本撮像前毎に行う必要はなく、例えばカメラ１の電源投入毎に行われる。
ステップＳ１１０において、制御部４は、撮像素子３に補正撮像を行わせて、図６の各画素１０から画素信号を読み出す。ステップＳ１２０において、制御部４の補正部４ａは、撮像素子３から出力された暗電流測定用のＢＫ画素１０ｂｋ１の画素信号に基づいて暗電流成分を算出する。ステップＳ１３０において、補正部４ａは、算出した暗電流成分と、ＢＫ画素１０ｂｋ１の位置に関する情報とを対応付けて、記憶部４ｂに記憶させる。
ステップＳ１４０において、補正部４ａは、領域４１～４４の各画素１０の画素信号に基づいて、中心画素に隣接するＢＫ画素１０ｂｋ２に関する混色補正係数を算出する。ステップＳ１５０において、補正部４ａは、算出した混色補正係数と当該混色補正係数を使用する画素とを対応付けて、混色補正係数と対応する画素の位置情報とを記憶部４ｂに記憶させる。なお、制御部４は、撮像光学系２の焦点距離、撮像光学系２のレンズ、絞り値、シャッター時間、フィルタ部３５の透過波長等が変更された場合に、ステップ１００からステップ１５０までの処理を実行して、暗電流成分および混色補正係数を再度、取得してもよい。また、制御部４は、製品出荷前にステップ１００からステップ１５０までの処理を実行して、暗電流成分および混色補正係数を取得するようにしてもよい。
ステップＳ１６０において、撮像素子３のフィルタ制御部６０は、フィルタ部３５を制御して、図５に示すように、Ｒ画素１０、Ｇ画素１０、およびＢ画素１０をベイヤー配列に従うように生成する。ステップＳ１７０において、制御部４は、撮像素子３に本撮像を行わせる。
ステップＳ１８０において、補正部４ａは、記憶部４ｂに記憶された暗電流成分および混色補正係数を用いて、本撮像によって生成された各画素１０の画素信号を補正する。これにより、補正部４ａは、画素信号から暗電流および混色によるノイズ成分を取り除くことができる。ステップＳ１９０において、画像生成部４ｃは、補正部４ａにより補正された画素信号に基づいて画像データを生成する。
上述した実施の形態によれば、次の作用効果が得られる。
（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。
（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。
（２）本実施の形態によるカメラ１では、画素１０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を有する。このため、各画素１０を遮光状態にして混色補正係数および暗電流成分を算出し、被写体像の撮像を行う場合は各画素１０を透過状態にすることができる。このため、本撮像時に混色補正係数および暗電流成分を取得するための遮光画素を設ける必要がなく、本撮像時に欠陥画素が生じることを防ぐことができる。また、各画素から画像データを生成するための画素信号を取得することができるため、高品質な画像（データ）を生成することができる。
（３）本実施の形態によるカメラ１では、画素１０毎に透過波長を変更可能なフィルタ部３５が設けられる。このため、制御部４は、暗電流測定用のＢＫ画素１０ｂｋ１および混色補正係数を算出するための領域４１～４４を、所望の位置に配置することができる。また、図６に示すように、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を配置することにより、各画素についての暗電流成分、混色補正係数を正確に取得することが可能となる。
（第２の実施の形態）
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。
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。
ステップＳ２００において、撮像素子３のフィルタ制御部６０は、第１の実施の形態の場合と同様に図６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する。
ステップＳ２１０において、制御部４は、撮像素子３に補正撮像を行わせて、撮像素子３の各画素１０から画素信号を読み出す。ステップＳ２２０において、制御部４の補正部４ａは、撮像素子３から出力された暗電流測定用のＢＫ画素１０ｂｋ１の画素信号に基づいて、暗電流成分を算出する。ステップＳ２３０において、補正部４ａは、算出した暗電流成分と、暗電流測定用のＢＫ画素１０ｂｋ１の位置に関する情報とを対応付けて、記憶部４ｂに記憶させる。
ステップＳ２４０において、補正部４ａは、領域４１～４４の各画素１０の画素信号に基づいて、中心画素に隣接するＢＫ画素１０ｂｋ２に関する混色補正係数を算出する。ステップＳ２５０において、補正部４ａは、算出した混色補正係数と、当該ＢＫ画素１０ｂｋ２の位置情報とを対応付けて、記憶部４ｂに記憶させる。
ステップＳ２６０において、補正部４ａは、暗電流成分を算出していない画素が無いか否かを判定する。補正部４ａは、全画素の暗電流成分を算出した場合は、ステップＳ２７０へ進み、全画素の暗電流成分を算出していない場合は、ステップＳ２００へ戻る。
ステップＳ２００へ戻った場合は、撮像素子３のフィルタ制御部６０は、各画素１０のフィルタ部３５を制御してＢＫ画素１０の位置を変更する。例えば図９に示すように、フィルタ制御部６０は、それまでとは異なる新たな領域に、領域４１～４４を配置する。図９においては、図６の場合に領域４１～領域４４のＢＫ画素１０ｂｋ２であった画素のうちの一部の画素が、領域４１～領域４４の中心画素に変更されている。これにより、補正部４ａは、図６に示す暗電流測定用のＢＫ画素１０ｂｋ１における暗電流成分と、図９に示す暗電流測定用のＢＫ画素１０ｂｋ１における暗電流成分と、をそれぞれ算出することが可能となる。
ステップＳ２７０において、撮像素子３のフィルタ制御部６０は、フィルタ部３５を制御して、第１の実施の形態の場合と同様に図５に示すように、Ｒ画素１０、Ｇ画素１０、およびＢ画素１０をベイヤー配列に従うように生成する。ステップＳ２８０において、制御部４は、撮像素子３に本撮像を行わせる。
ステップＳ２９０において、補正部４ａは、記憶部４ｂに記憶された各画素の暗電流成分および混色補正係数を用いて、本撮像によって生成された各画素１０の画素信号を補正する。これにより、補正部４ａは、画素信号から暗電流および混色によるノイズ成分を取り除くことができる。ステップＳ３００において、画像生成部４ｃは、補正部４ａにより補正された画素信号に基づいて画像データを生成する。
このように、本実施の形態による撮像装置１は、ＢＫ画素１０の位置を変更して暗電流成分を算出する処理を繰り返すことによって、全画素の暗電流成分を取得することができる。また、撮像素子３に設けられる各画素の暗電流成分および混色補正係数を用いて、各画素の画素信号を補正するため、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。
なお、上述した実施の形態では、全画素の暗電流成分を算出する例について説明したが、全画素の暗電流成分を算出する代わりに、全画素の混色補正係数を算出するようにしてもよい。この場合、ステップＳ２６０において、補正部４ａは、混色補正係数を算出していない画素が無いか否かを判定する。補正部４ａは、全画素の混色補正係数を算出した場合は、ステップＳ２７０へ進み、全画素の混色補正係数を算出していない場合は、ステップＳ２００へ戻る。ステップＳ２００へ戻った場合は、フィルタ制御部６０は、各画素１０のフィルタ部３５を制御して、例えば図９に示すように、それまでとは異なる新たな領域に領域４１～４４を配置する。これにより、補正部４ａは、図６に示す領域４１～４４のＢＫ画素１０ｂｋ２における混色補正係数と、図９に示す領域４１～４４のＢＫ画素１０ｂｋ２における混色補正係数と、をそれぞれ算出することが可能となる。また、制御部４は、ステップ２００からステップ２６０までの処理を繰り返し実行することによって、全画素の暗電流成分と全画素の混色補正係数とを取得するようにしてもよい。
本実施の形態では、或る画素から隣接画素に混入するノイズ成分を算出するための混色補正係数と、隣接画素からその画素に混入するノイズ成分を算出するための混色補正係数とを、それぞれ画素毎に取得することができる。
本実施の形態では、全画素についての暗電流成分および混色補正係数の算出を行うため、暗電流成分および混色補正係数の算出にかかる処理時間が長くなる。このため、制御部４は、製品出荷前にステップ２００からステップ２６０までの処理を実行して、全画素の暗電流成分および混色補正係数を取得することが望ましい。なお、制御部４は、撮像光学系２の焦点距離、撮像光学系２のレンズ、絞り値、シャッター時間、フィルタ部３５の透過波長等が変更された場合に、ステップ２００からステップ２６０までの処理を実行して、全画素の暗電流成分および混色補正係数を再度、取得してもよい。また、制御部４は、ユーザによりレリーズボタンが操作されて撮影の指示が行われた場合に、ステップ２００からステップ２６０までの処理を実行して、全画素の暗電流成分および混色補正係数を再度、取得するようにしてもよい。
なお、上述した実施の形態では、画素毎に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、例えば撮像素子３の画素数が非常に多い場合には、全画素１０のうちの一部の画素について暗電流成分および混色補正係数を算出するようにしてもよい。例えば、全画素１０のうちの特定の行や列の画素を間引いて暗電流成分および混色補正係数の算出を行う画素を選択し、選択した画素について暗電流成分および混色補正係数を算出するようにしてもよい。
次のような変形も本発明の範囲内であり、変形例の一つ、もしくは複数を上述の実施形態と組み合わせることも可能である。
（変形例１）
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、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。
（変形例２）
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。
（変形例３）
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。
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。
（変形例４）
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。
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。
制御部４は、図１２に示すように、フィルタ部３５を制御して、読み出し領域外の画素１０をＢＫ画素１０に切り換える。このようにすることで、読み出し領域外のＢＫ画素１０では、光電変換動作が行われない。このため、読み出し領域外の画素における光電変換動作に起因して、読み出し領域内の画素の画素信号にノイズが混入することを防ぐことができる。例えば、高輝度被写体を撮像する場合に、読み出し領域外の画素の光電変換部３２の電荷が飽和して、読み出し領域内の画素に電荷が漏れることによって、画像にノイズが生じることを防ぐことができる。
（変形例５）
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、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。
（変形例６）
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。
（変形例７）
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。
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。
上記では、種々の実施の形態および変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。
次の優先権基礎出願の開示内容は引用文としてここに組み込まれる。
日本国特許出願２０１６年第１９４６２７号（２０１６年９月３０日出願）
日本国特許出願２０１６年第１９４６２７号（２０１６年９月３０日出願）
３ 撮像素子、１０ 画素、２０ 読み出し部、３２ 光電変換部、３５ フィルタ部、４ａ 補正部
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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