JPWO2017119477A1 - 撮像素子および撮像装置 - Google Patents

Abstract

撮像素子は、入射した光を光電変換する光電変換層と、光電変換層の一方の面に設けられた第１電極と、一方の面に設けられ、第１電極の周囲を取り囲む第２電極と、を備える。

Description

本発明は、撮像素子および撮像装置に関する。

従来より有機光電変換膜を有する画素が配置された撮像素子が知られている。
しかしながら、従来の撮像素子では、各画素の受光領域の大きさを変えることができなかった。

日本国特開２０１２−１６９５８４号公報

本発明の第１の態様による撮像素子は、入射した光を光電変換する光電変換層と、前記光電変換層の一方の面に設けられた第１電極と、前記一方の面に設けられ、前記第１電極の周囲を取り囲む第２電極と、を備える。
本発明の第２の態様は、第１の態様による撮像素子において、前記第２電極は、前記第１電極の全周囲を取り囲むことが好ましい。
本発明の第３の態様は、第１または第２の態様による撮像素子において、前記第１電極および第２電極は、同心円状に設けられていることが好ましい。
本発明の第４の態様は、第１から第３のいずれかの態様による撮像素子において、前記一方の面に設けられ、前記第２電極の周囲を取り囲む第３電極をさらに備えることが好ましい。
本発明の第５の態様は、第１から第４のいずれか態様による撮像素子において、前記光電変換層と前記第１電極および第２電極とを有する第１画素が複数配置された第１の撮像素子部と、前記第１の撮像素子部の前記光電変換層と前記第１電極および第２電極とを透過した透過光を受光する第２画素が複数配置された第２の撮像素子部とを備えることが好ましい。
本発明の第６の態様は、第５の態様による撮像素子において、前記第２の撮像素子部は、前記第２画素が半導体基板上に形成されていることが好ましい。
本発明の第７の態様は、第５の態様による撮像素子において、前記第２の撮像素子部の各第２画素は、撮影光学系の開放Ｆ値の瞳領域を通過した光束を受光する光電変換部を有することが好ましい。
本発明の第８の態様による撮像装置は、第５から第７のいずれかの態様による撮像素子と、前記第１画素の前記第１電極および第２電極の一方に基づく光電変換信号によって、第１の被写界深度を有する第１の画像データを生成する第１の画像データ生成部と、前記第２画素の光電変換部に基づく光電変換信号によって、第２の被写界深度を有する第２の画像データを生成する第２の画像データ生成部とを備える。
本発明の第９の態様は、第８の態様による撮像装置において、前記第１画素の前記第１電極および第２電極の一方に基づく光電変換信号と、前記第２画素の前記光電変換部に基づく光電変換信号とによって、第１および第２の被写界深度を有する第３の画像データを生成する第３の画像データ生成部をさらに備えることが好ましい。
本発明の第１０の態様による撮像装置は、第１から第４のいずれかの態様による撮像素子を備え、前記撮像素子は、前記光電変換層と、前記第１電極および第２電極とを有する第１画素が複数配置された第１の撮像素子部を備え、前記第１の撮像素子部の撮像面における被写体の輝度を検出する輝度検出部と、前記輝度検出部で検出した前記被写体の輝度に応じて、前記第１電極および第２電極の一方または両方に基づく光電変換信号を読み出す読み出し部とをさらに備える。
本発明の第１１の態様は、第１０の態様による撮像装置において、前記読み出し部によって読み出された前記光電変換信号を補正する補正部を更に備え、前記輝度検出部は、前記第１画素毎の被写体輝度を検出し、前記読み出し部は、前記輝度検出部によって検出された前記第１画素における被写体輝度が所定の輝度以上であると検出された場合に、前記第１電極および第２電極の一方に基づく光電変換信号を読み出し、前記輝度検出部によって検出された前記第１画素における被写体輝度が前記所定の輝度よりも小さい輝度であると検出された場合に、前記第１電極および第２電極の両方に基づく光電変換信号を読み出し、前記補正部は、前記輝度検出部によって検出された前記第１画素毎の被写体輝度に応じて前記光電変換信号を補正することが好ましい。
本発明の第１２の態様による撮像装置は、入射した光を光電変換する光電変換層と、第１電極および第２電極とを有する画素が複数配置され、前記画素が、分光感度が異なる複数種の画素を含む撮像素子と、互いに隣り合う分光感度の異なる画素について、一方の画素の前記第１電極および第２電極のうち、他方の画素に近い方の電極に基づく光電変換信号と、当該他方の画素の前記第１電極および第２電極のうち、当該一方の画素に近い方の部分電極に基づく光電変換信号とを加算する加算部とを備える。
本発明の第１３の態様は、第１２の態様による撮像装置において、前記画素は、行方向および列方向に配置され、前記画素は、さらに第３電極および第４電極を有し、前記第１乃至第４電極が行方向および列方向に２行２列に配置され、前記加算部は、互いに行方向に隣り合う分光感度の異なる画素について、一方の画素の前記第１乃至第４電極のうち、他方の画素に近い２つの電極に基づく２つの光電変換信号と、当該他方の画素の前記第１乃至第４電極のうち、当該一方の画素に近い２つの電極に基づく２つの光電変換信号とを加算して第１の加算光電変換信号を生成すると共に、互いに列方向に隣り合う分光感度の異なる画素について、一方の画素の前記第１乃至第４電極のうち、他方の画素に近い２つの電極に基づく２つの光電変換信号と、当該他方の画素の前記第１乃至第４電極のうち、当該一方の画素に近い２つの電極に基づく２つの光電変換信号とを加算して第２の加算光電変換信号を生成することが好ましい。
本発明の第１４の態様は、第１３の態様による撮像装置において、前記加算部は、画素内の前記第１乃至第４電極に基づく４つの光電変換信号を加算して第３の加算光電変換信号を生成し、前記第１および第２の加算光電変換信号の少なくとも一方と、前記第３の加算光電変換信号とに基づいて、画像データを生成する画像データ生成部をさらに備えることが好ましい。
本発明の第１５の態様は、第１３の態様による撮像装置において、前記撮像素子は、前記光電変換層と前記第１乃至第４電極とを有する第１画素が行方向および列方向に配置された第１の撮像素子部と、前記第１の撮像素子部の前記光電変換層と前記第１乃至第４電極とを透過した透過光を受光する第２画素が行方向および列方向に配置された第２の撮像素子部とを有し、前記第１および第２の加算光電変換信号の少なくとも一方と、前記第２画素の光電変換部に基づく光電変換信号とに基づいて、画像データを生成する画像データ生成部をさらに備えることが好ましい。
本発明の第１６の態様による撮像装置は、複数の第１画素を有し、前記複数の第１画素の各々が第１および第２の光電変換領域を有する第１の撮像素子部と、前記複数の第１画素の各々を透過した透過光をそれぞれ受光する複数の第２画素を有する第２の撮像素子部と、前記第２画素を第１の露出値で露出制御すると共に、前記第１画素について前記第１の光電変換領域を前記第１の露出値よりも大きい第２の露出値で露出制御し、前記第２の光電変換領域を前記第１の露出値よりも小さい第３の露出値で露出制御する露出制御部と、を備える。
本発明の第１７の態様による撮像装置は、複数の第１画素を有する第１の撮像素子部と、前記複数の第１画素の各々を透過した透過光をそれぞれ受光する複数の第２画素を有し、前記第２画素が第１および第２の光電変換領域を有する第２の撮像素子部と、前記第１画素を第１の露出値で露出制御すると共に、前記第２画素について前記第１の光電変換領域を前記第１の露出値よりも大きい第２の露出値で露出制御し、前記第２の光電変換領域を前記第１の露出値よりも小さい第３の露出値で露出制御する露出制御部と、を備える。
本発明の第１８の態様は、第１６または第１７の態様による撮像装置において、前記第１の露出値は、適正露出値であることが好ましい。
本発明の第１９の態様は、第１６の態様による撮像装置において、前記第１画素は、前記第１の光電変換領域に基づく第１の光電変換信号と前記第２の光電変換領域に基づく第２の光電変換信号とを出力し、前記第２画素は、第３の光電変換信号を出力し、前記第１、第２、および第３の光電変換信号に基づきそれぞれ第１、第２、および第３の画像データを生成し、前記第１、第２、および第３の画像データを合成する画像データ生成部をさらに備えることが好ましい。
本発明の第２０の態様は、第１７の態様による撮像装置において、前記第１画素は、第１の光電変換信号を出力し、前記第２画素は、前記第１の光電変換領域に基づく第２の光電変換信号と前記第２の光電変換領域に基づく第３の光電変換信号とを出力し、前記第１、第２、および第３の光電変換信号に基づきそれぞれ第１、第２、および第３の画像データを生成し、前記第１、第２、および第３の画像データを合成する画像データ生成部をさらに備えることが好ましい。
本発明の第２１の態様は、第１６から第２０のいずれかの態様による撮像装置において、前記第１および第２の光電変換領域の各々が複数の部分領域を有し、前記第１の光電変換領域の前記部分領域と前記第２の光電変換領域の前記部分領域は、互いに市松模様を呈するように配置されることが好ましい。

第１の実施の形態によるデジタルカメラの構成を例示する図である。 第１および第２の撮像素子部の概要を示す図である。 （ａ）は第１の撮像素子部の一部である１０行×６列の画素の配置を示す図であり、（ｂ）は第２の撮像素子部の一部である１０行×６列の画素の配置を示す図である。 （ａ）は、第１の撮像素子部の１つの画素を被写体側から見た図であり、（ｂ）は、画素を被写体側とは反対側から見た図であり、（ｃ）は、（ａ）のｃ１−ｃ１矢視断面図である。 第２の撮像素子部の画素の構造を模式的に示す図であり、第２の撮像素子部の１つの画素を被写体側から見た図である。 第１および第２の撮像素子部の一画素の構成を示す断面図である。 第１の撮像素子部における１つの画素の信号読み出し回路構成を例示する図である。 被写体側から見た、画素の有機光電変換膜において電荷を読み出す光電変換領域を示す図である。 ハイダイナミックレンジ撮影モードを説明するためのブロック図である。 被写体側から見た、画素の有機光電変換膜において電荷を読み出す光電変換領域の変形例を示す図である。 部分電極の変形例を示すである。 第２の実施の形態によるデジタルカメラの構成を例示する図である。 （ａ）は第１の撮像素子部の一部である１０行×６列の画素の配置を示す図であり、（ｂ）は第２の撮像素子部の一部である１０行×６列の画素の配置を示す図である。 （ａ）は、撮像素子の１つの画素を被写体側から見た平面図であり、（ｂ）は、画素を側面から見た側面図であり、（ｃ）は、被写体側から見た第１乃至第４の部分電極の配置を示す図である。 第１の撮像素子部における１つの画素の信号読み出し回路構成を例示する図である。 部分電極と光電変換領域との対応関係を示す図である。 イエローの仮想画素の設定について説明する図である。 シアンの仮想画素の設定について説明する図である。 マゼンタの仮想画素の設定について説明する図である。 第１の撮像素子部の「Ｒ」、「Ｇ」、「Ｂ」画素の画素重心位置と、イエロー、シアン、およびマゼンタの仮想画素の画素重心位置とを示した図である。 （Ｒ＋Ｂ＋Ｇ＋Ｇ）の仮想画素の設定について説明する図である。 第１の撮像素子部の「Ｒ」、「Ｇ」、「Ｂ」画素の画素重心位置と、イエロー、シアン、および（Ｗ+Ｇ）の仮想画素の画素重心位置とを示した図である。 第３の実施の形態によるデジタルカメラの構成を例示する図である。 各光電変換領域のグループ分けについて説明する図である。 第３の実施の形態の変形例を示す図である。

−−−第１の実施の形態−−−
図１は、本発明の第１の実施の形態によるデジタルカメラ１の構成を例示する図である。デジタルカメラ１は、撮影光学系１０、撮像部１１、制御部１２、操作部１３、画像処理部１４、液晶モニタ１５、バッファメモリ１６を有する。また、デジタルカメラ１には、メモリカード１７が装着されている。メモリカード１７は、不揮発性のフラッシュメモリなどから構成され、デジタルカメラ１に対して着脱可能である。

撮影光学系１０は、複数のレンズおよび絞りにより構成され、撮像部１１の撮像面に被写体像を結像させる。撮影光学系１０を構成する複数のレンズには、焦点調節のために光軸方向に駆動されるフォーカスレンズが含まれる。フォーカスレンズは、不図示のレンズ駆動部により光軸方向に駆動される。

撮像部１１は、互いに積層された第１および第２の撮像素子部２１，２２を有する撮像素子と、増幅回路２３と、ＡＤ変換回路２４とを有する。第１および第２の撮像素子部２１，２２の各々は、２次元状に配列された複数の画素から構成され、撮影光学系１０を介して被写体からの光束を受光し、光電変換を行って光電変換信号を出力する。第１および第２の撮像素子部２１，２２の各画素は、後に詳述するように、それぞれアナログの光電変換信号を出力する。これらの光電変換信号は、後述するように撮影画像用の信号として使用される。増幅回路２３は、光電変換信号を所定の増幅率（ゲイン）で増幅してＡＤ変換回路２４に出力する。ＡＤ変換回路２４は、光電変換信号をＡＤ変換する。
なお、第１および第２の撮像素子部２１，２２は、互いに同時に撮像動作、すなわち露光操作を開始する。

制御部１２は、マイクロプロセッサおよびその周辺回路から構成され、不図示のＲＯＭに格納された制御プログラムを実行することにより、デジタルカメラ１の各種の制御を行う。また、制御部１２は、焦点検出部１２ａと画像合成部１２ｂとを機能的に有する。この機能部は、上記の制御プログラムによりソフトウェア的に実装される。なお、この機能部を電子回路により構成することも可能である。

制御部１２は、ＡＤ変換回路２４によってＡＤ変換された光電変換信号をバッファメモリ１６に格納する。焦点検出部１２ａは、バッファメモリ１６に格納された第１の撮像素子部２１の光電変換信号に基づき、および／または、バッファメモリ１６に格納された第２の撮像素子部２２の光電変換信号に基づき、それぞれ公知のコントラスト検出方式の焦点検出処理を行う。

画像処理部１４は、ＡＳＩＣ等により構成されている。画像処理部１４は、第１および第２の撮像素子部２１、２２の光電変換信号についてそれぞれ補間処理、圧縮処理、ホワイトバランス処理などの各種の画像処理を行って画像データを生成する。画像合成部１２ｂは、第１の撮像素子部２１の光電変換信号に基づく画像データと第２の撮像素子部２２の光電変換信号に基づく画像データとを合成して合成画像データを生成する。これらの画像データおよび合成画像データは、液晶モニタ１５に表示されたり、メモリカード１７に格納されたりする。

操作部１３は、レリーズ操作部材やモード切替操作部材や焦点検出エリア設定用の操作部材や電源操作部材などの各種の操作部材から構成され、撮影者により操作される。モード切替操作部材は、たとえば、後に詳述する複数焦点深度（被写界深度）撮影モードや、ハイダイナミックレンジ撮影モードなどを、選択設定する。操作部１３は、撮影者による上記の各操作部材の操作に応じた操作信号を制御部１２へ出力する。

（第１および第２の撮像素子部２１，２２の説明）
図２は、本実施形態に係る第１および第２の撮像素子部２１，２２の概要を示す図である。撮像素子は、互いに積層された第１および第２の撮像素子部２１、２１を有する。第１の撮像素子部２１は、光電変換部として有機光電変換膜を有し、第２の撮像素子部２２は、光電変換部として半導体基板に形成されたフォトダイオードを有する。第１の撮像素子部２１は、第２の撮像素子部２２に積層され、第１および第２の撮像素子部２１，２２は、図１に示した撮影光学系１０の光軸が第１および第２の撮像素子部２１，２２の各々の撮像面の中心を通るように、撮影光学系１０の光路中に配置されている。なお、第１および第２の撮像素子部２１，２２は、図２では、図の複雑化を避けるために４行×３列の画素２１０，２２０のみが示されているが、本実施の形態では、共に、ｍ行×ｎ列の画素が配列され、第１の撮像素子部２１の画素と第２の撮像素子部２２の画素とは、同一サイズである。

第１の撮像素子部２１の各画素２１０は、所定の色成分の光を吸収（光電変換）する有機光電変換膜を有する。第１の撮像素子部２１で吸収（光電変換）されなかった色成分の光は、第１の撮像素子部２１を透過して第２の撮像素子部２２に入射し、第２の撮像素子部２２で光電変換される。なお、第１の撮像素子部２１で光電変換される色成分と、第２の撮像素子部２２で光電変換される色成分とは、補色関係である。詳述すると、第１の撮像素子部２１の各画素２１０は、当該画素２１０の真後ろに位置する第２の撮像素子部２２の画素２２０と対応関係にあり、すなわち、第１の撮像素子部２１の各画素２１０は、自身を通過した光束を受光する第２の撮像素子部２２の画素２２０と対応関係にあり、このような対応関係にある第１および第２の撮像素子部２１，２２の画素２１０，２２０は、互いに補色関係の色成分を吸収して光電変換する。

図３は、第１の撮像素子部２１の一部である１０行×６列の画素２１０の配置と、第２の撮像素子部２２の一部である１０行×６列の画素２２０の配置と、をそれぞれ示す図である。図３（ａ）において、第１の撮像素子部２１について、画素２１０に付された「Ｍｇ」は、その画素がマゼンタの色成分を吸収し光電変換する画素、すなわち、マゼンタの分光感度を有する画素を示し、同様に、画素２１０に付された「Ｙｅ」は、その画素がイエローの色成分を吸収し光電変換する画素、すなわち、イエローの分光感度を有する画素を示し、画素２１０に付された「Ｃｙ」は、その画素がシアンの色成分を吸収し光電変換する画素、すなわち、シアンの分光感度を有する画素を示す。第１の撮像素子部２１は、奇数行の画素列では、「Ｍｇ」画素２１０と「Ｙｅ」画素２１０が交互に配列され、偶数行の画素列では、「Ｃｙ」画素２１０と「Ｍｇ」画素２１０とが交互に配列されている。

図３（ｂ）において、第２の撮像素子部２２について、画素２２０に付された「Ｇ」は、その画素が緑の色成分を吸収し光電変換する画素、すなわち、緑の分光感度を有する画素を示し、同様に、画素２２０に付された「Ｂ」は、その画素が青の色成分を吸収し光電変換する画素、すなわち、青の分光感度を有する画素を示し、画素２２０に付された「Ｒ」は、その画素が赤の色成分を吸収し光電変換する画素、すなわち、赤の分光感度を有する画素を示す。第２の撮像素子部２２は、奇数行の画素列では、「Ｇ」画素２２０と「Ｂ」画素２２０が交互に配列され、偶数行の画素列では、「Ｒ」画素２２０と「Ｇ」画素２２０とが交互に配列されている。すなわち、第２の撮像素子部２２は、画素がベイヤ配列されている。
図３（ａ）および（ｂ）において、第１の撮像素子部２１の「Ｍｇ」画素２１０と第２の撮像素子部２２の「Ｇ」画素２２０とは、対応関係にあり、第１の撮像素子部２１の「Ｙｅ」画素２１０と第２の撮像素子部２２の「Ｂ」画素２２０とは、対応関係にあり、第１の撮像素子部２１の「Ｃｙ」画素２１０と第２の撮像素子部２２の「Ｒ」画素２２０とは、対応関係にある。

このように、有機光電変換膜で構成される第１の撮像素子部２１が第２の撮像素子部２２に対してカラーフィルターの役割を果たし、第２の撮像素子部２２から第１の撮像素子部２１の補色画像（図３の例ではベイヤ配列の画像）が得られる。したがって、第１の撮像素子部２１からはＣｙ，Ｍｇ，Ｙｅの３色からなるＣＭＹ画像を取得することができ、第２の撮像素子部２２からはＲ，Ｇ，Ｂの３色からなるＲＧＢ画像を取得することができる。なお、第１の撮像素子部２１から取得されるＣＭＹ画像は、図１に示した画像処理部１４で公知の表色系変換処理によってＲＧＢ画像に変換される。

図４（ａ）〜（ｃ）は、第１の撮像素子部２１の画素２１０の構造を模式的に示す図である。図４（ａ）は、第１の撮像素子部２１の１つの画素２１０を被写体側から見た図であり、図４（ｂ）は、画素２１０を被写体側とは反対側から見た図であり、図４（ｃ）は、図４（ａ）のｃ１−ｃ１矢視断面図である。第１の撮像素子部２１の各画素２１０は、マゼンタの色成分、イエローの色成分、またはシアンの色成分を吸収する有機光電変換膜２３０と、有機光電変換膜２３０の上面、すなわち有機光電変換膜２３０の被写体側の面に形成された透明な共通電極２３１と、有機光電変換膜２３０の下面に形成された透明な部分電極２３２とを有する。部分電極２３２は、第１乃至第３の部分電極２３２ａ，２３２ｂ，２３２ｃを有する。なお、共通電極２３１を上部電極層とも呼び、第１乃至第３の部分電極２３２ａ，２３２ｂ，２３２ｃを下部電極層とも呼ぶ。また、有機光電変換膜２３０を光電変換層とも呼ぶ。

図４（ｂ）に示すように、第１の部分電極２３２ａは、円形の電極であり、画素２１０の中心に配置されている。第２の部分電極２３２ｂは、第１の部分電極２３２ａの全周囲を取り囲む円環状の電極である。第３の部分電極２３２ｃは、第２の部分電極２３２ｂの全周囲を取り囲む円環状の電極である。すなわち、第２の部分電極２３２ｂの外径ｄ２は、第１の部分電極２３２ａの外径ｄ１よりも大きく、第３の部分電極２３２ｃの外径ｄ３は、第２の部分電極２３２ｂの外径ｄ２よりも大きい。
このように構成された画素２１０では、後述するように、有機光電変換膜２３０から電荷を読み出す領域を、第１乃至第３の部分電極２３２ａ〜２３２ｃの組合せによって選択することができる。
共通電極２３１は、第１の撮像素子部２１の全ての画素２１０に関して共通の電極とすることもできるし、画素２１０毎に共通とすることもできる。すなわち、共通電極２３１は、全ての画素２１０に関して共通とすることも、各画素の部分電極２３２ａ〜２３２ｃに対して共通とすることもできる。

図５は、第２の撮像素子部２２の画素２２０の構造を模式的に示す図であり、第２の撮像素子部２２の１つの画素２２０を被写体側から見た図である。画素２２０は、円形の光電変換部２２０ａを有する。光電変換部２２０ａの外径は、第１の撮像素子部２１の画素２１０の第３の部分電極２３２ｃの外径ｄ３と等しい。なお、光電変換部２２０ａは、撮影光学系１０の絞りの開放Ｆ値の瞳領域の全領域を通過した光束を受光する。

図６は、第１および第２の撮像素子部２１，２２の一画素２１０，２２０の構成を示す断面図である。図６に示すように、第２の撮像素子部２２は、半導体基板５０に形成され、各画素２２０は、光電変換部２２０ａを有する。第２の撮像素子部２２の表面、すなわち、上面には平坦化層５５を介して第１の撮像素子部２１が積層されている。この平坦化層５５内には、不図示の配線層が形成されている。
また、第１の撮像素子部２１の各画素２１０の上方には、それぞれマイクロレンズ２３３が配置され、各マイクロレンズ２３３と第１の撮像素子部２１の各画素２１０と第２の撮像素子部２２の各画素２２０とはマイクロレンズ２３３の光軸方向に、整列配置されている。

図７は、第１の撮像素子部２１における１つの画素２１０の信号読み出し回路構成を例示する図である。各画素２１０の信号読み出し回路は、電極選択トランジスタ３０１，３０２と、リセットトランジスタ３０３と、出力トランジスタ３０４と、行選択トランジスタ３０５とを有する。共通電極２３１は、グラウンドに接続されている。第１の部分電極２３２ａは出力トランジスタ３０４のゲートに接続されている。第２の部分電極２３２ｂと出力トランジスタ３０３のゲートとは電極選択トランジスタ３０１を介して接続され、第３の部分電極２３２ｃと出力トランジスタ３０４のゲートとは電極選択トランジスタ３０２を介して接続される。

出力トランジスタ３０４は、第１の部分電極２３２ａからの電荷に基づく電圧信号を増幅する。また、電極選択トランジスタ３０１がオンされる、すなわち導通状態にされると、第２の部分電極２３２ｂからの電荷が第１の部分電極２３２ａからの電荷に加算され、出力トランジスタ３０４は、この加算された電荷に基づく電圧信号を増幅する。電極選択トランジスタ３０１および３０２が共にオンされると、第２の部分電極２３２ｂからの電荷と第３の部分電極２３１ｃからの電荷とが第１の部分電極２３２ａからの電荷に加算され、出力トランジスタ３０４は、この加算電荷に基づく電圧信号を増幅する。また、電極選択トランジスタ３０１がオフで電極選択トランジスタ３０２がオンされると、第３の部分電極２３１ｃからの電荷が第１の部分電極２３２ａからの電荷に加算され、出力トランジスタ３０４は、この加算電荷に基づく電圧信号を増幅する。

出力トランジスタ３０４で増幅された信号は、行選択トランジスタ３０５を介して端子Ｖｏｕｔから読み出される。リセットトランジスタ３０３は、リセット信号φＲＳＴに応じて不要電荷を排出させる（すなわち所定電位にリセットする）。
なお、第２の撮像素子部２２における１つの画素２２０の信号読み出し回路構成は公知であるので、説明を省略する。

−−−画素２１０から電荷を読み出す領域について−−−
図８を参照して、電極選択トランジスタ３０１，３０２のオンオフ状態に応じて、画素２１０の有機光電変換膜２３０に、複数の光電変換領域を形成する例を説明する。図８（ａ）〜（ｃ）は、被写体側から見た、画素２１０の有機光電変換膜２３０において電荷を読み出す光電変換領域を示す図である。第１の撮像素子部２１では、以下に説明するように、有機光電変換膜２３０で発生した電荷を読み出すことができる光電変換領域は、共通電極２３１と第１乃至第３の部分電極２３２ａ〜２３２ｃとで挟まれた領域のうち、共通電極２３１と読み出しに用いられる部分電極とが重なり合う領域である。

（１）図８（ａ）に示した電荷読み出し領域のパターンについて
図８（ａ）は、第１乃至第３の光電変換領域２５１〜２５３を有機光電変換膜２３０に形成する例である。第１の光電変換領域２５１は、第１の部分電極２３２ａがカバーする（すなわち、被う）有機光電変換膜２３０の領域に対応し、第２の光電変換領域２５２は、第２の部分電極２３２ｂがカバーする有機光電変換膜２３０の領域に対応し、第３の光電変換領域２５３は、第３の部分電極２３２ｃがカバーする有機光電変換膜２３０の領域に対応する。この第１乃至第３の光電変換領域２５１〜２５３からの加算された電荷に基づく光電変換信号を読み出すためには、制御信号ΦＰ１，ΦＰ２によって電極選択トランジスタ３０１，３０２をオンにする。

制御信号ΦＰ１，ΦＰ２によって電極選択トランジスタ３０１，３０２がオンされると、上述したように、有機光電変換膜２３０において、共通電極２３１と第１の部分電極２３２ａとの重複領域で発生した電荷と、共通電極２３１と第２の部分電極２３２ｂとの重複領域で発生した電荷と、共通電極２３１と第３の部分電極２３２ｃとの重複領域で発生した電荷とが加算された加算電荷が出力トランジスタ３０４のゲートに出力される。したがって、図８（ａ）でハッチングを施した第１乃至第３の光電変換領域２５１〜２５３で発生した加算電荷に基づく光電変換信号が端子Ｖｏｕｔから読み出される。図１の画像処理部１４は、この読み出された光電変換信号に基づき画像データを生成する。
なお、この画像データは、撮影光学系１０の絞りが開放Ｆ値である場合の画像である。

なお、第１の光電変換領域２５１で発生した電荷に基づく光電変換信号を、第１の部分電極２３２ａに基づく光電変換信号とも呼び、第２の光電変換領域２５２で発生した電荷に基づく光電変換信号を、第２の部分電極２３２ｂに基づく光電変換信号とも呼び、第３の光電変換領域２５３で発生した電荷に基づく光電変換信号を、第３の部分電極２３２ｃに基づく光電変換信号とも呼ぶ。

（２）図８（ｂ）に示した電荷読み出し領域のパターンについて
図８（ｂ）は、第１および第２の光電変換領域２５１，２５２を有機光電変換膜２３０に形成する例である。第１および第２の光電変換領域２５１，２５２からの光電変換信号を読み出すためには、制御信号ΦＰ１によって電極選択トランジスタ３０１をオンにする。

制御信号ΦＰ１によって電極選択トランジスタ３０１がオンされ、信号ΦＰ２によって電極選択トランジスタ３０２がオフされると、上述したように、有機光電変換膜２３０において共通電極２３１と、第１および第２の部分電極２３２ａ，２３２ｂとのそれぞれの重複領域で発生した電荷の加算電荷が出力トランジスタ３０４のゲートに出力される。したがって、図８（ｂ）でハッチングを施した第１および第２の光電変換領域２５１，２５２で発生した加算電荷に基づく光電変換信号が端子Ｖｏｕｔから読み出される。図１の画像処理部１４は、この読み出された光電変換信号に基づき画像データを生成する。
なお、この画像データは、撮影光学系１０の絞りが開放Ｆ値から所定の第１のＦ値まで絞り込まれた場合の画像である。

（３）図８（ｃ）に示した電荷読み出し領域のパターンについて
図８（ｃ）は、第１の光電変換領域２５１を有機光電変換膜２３０に形成する例である。第１の光電変換領域２５１からの電荷に基づく光電変換信号を読み出すためには、電極選択トランジスタ３０１，３０２をオフしたままにする。

電極選択トランジスタ３０１，３０２を共にオフにすると、上述したように、有機光電変換膜２３０における共通電極２３１と、第１の部分電極２３２ａとの重複領域で発生した電荷が出力トランジスタ３０４のゲートに出力される。したがって、図８（ｃ）でハッチングを施した第１の光電変換領域２５１で発生した電荷に基づく光電変換信号が端子Ｖｏｕｔから読み出される。図１の画像処理部１４は、この読み出された光電変換信号に基づき画像データを生成する。
なお、この画像データは、撮影光学系１０の絞りが第１のＦ値からさらに第２のＦ値まで絞り込まれた場合の画像である。

図８（ａ）の光電変換領域から得られる開放Ｆ値に対応した画像データと、図８（ｂ）の光電変換領域から得られる第１のＦ値に対応する画像データと、図８（ｃ）の光電変換領域から得られる第２のＦ値に対応する画像データとを比べると、開放Ｆ値に対応した画像データは、相対的に浅い又は小さい焦点深度（被写界深度）の画像であり、第１のＦ値に対応する画像データは、相対的に中位の焦点深度（被写界深度）の画像であり、第２のＦ値に対応する画像データは、相対的に大きい焦点深度（被写界深度）の画像である。

他方、上述したように、第２の撮像素子部２２の各画素２２０は、撮影光学系１０の絞りの開放Ｆ値の瞳領域の全領域を通過した光束を受光する光電変換部２２０ａを有し、図１の画像処理部１４で各画素２２０から読み出された光電変換信号に基づき画像データを生成する。
なお、第１の撮像素子部２１の各画素２１０を透過して第２の撮像素子２２の対応する画素２２０に入射する光量は、図８（ａ）〜（ｃ）に示した画素２１０の電荷読み出しのパターンに無関係であり、同一となる。したがって、第２の撮像素子２２の各画素２２０から読み出された光電変換信号に基づく画像データは、撮影光学系１０の絞りが開放Ｆ値である場合の画像である。この第２の撮像素子部２２による開放Ｆ値に対応した画像データは、焦点深度（被写界深度）が相対的に浅い又は小さい画像である。

次に、デジタルカメラ１が一回の撮影動作によって、焦点深度（被写界深度）の異なった画像データを生成する方法を説明する。図１に示した操作部１３が複数焦点深度（被写界深度）撮影モードの内の大焦点深度（被写界深度）撮影モードを選択設定すると、撮影光学系１０の絞りが開放Ｆ値に設定され、電極選択トランジスタ３０１，３０２が共にオフ状態にされる。第１および第２の撮像素子部２１，２２は、同時に撮影動作、すなわち露光動作が開始される。第１の撮像素子部２１の各画素２１０は、図８（ｃ）に示した第１の光電変換領域２５１で発生した電荷に基づく光電変換信号が読み出され、図１の画像処理部１４は、この読み出された光電変換信号に対して画像処理を施して、撮影光学系１０の絞りが第２のＦ値である場合の画像データを生成する。なお、画像処理部１４は、第１の撮像素子部２１からの光電変換信号に対する画像処理の際には、ＣＭＹ画像データを表色系変換処理によってＲＧＢ画像データに変換する。

これと同時に、第２の撮像素子部２２の各画素２２０は、光電変換部２２０ａによる光電変換信号が読み出され、図１の画像処理部１４は、この読み出された光電変換信号に基づき、撮影光学系１０の絞りが開放Ｆ値である場合のＲＧＢ画像データを生成する。
第２のＦ値に対応する画像データと開放Ｆ値に対応する画像データとは、必要に応じて液晶モニタ１５にそれぞれ、表示されると共に、メモリカード１７に記録される。
また、第２のＦ値に対応する画像データと開放Ｆ値に対応する画像データは、図１の画像合成部１２ｂによって画像合成され、合成画像が生成され、この合成画像も必要に応じて液晶モニタ１５に表示されると共に、メモリカード１７に記録される。

上述のように、開放Ｆ値に対応する画像データは、焦点深度（被写界深度）が小さく、他方、第２のＦ値に対応する画像データは、焦点深度（被写界深度）が大きい。したがって、開放Ｆ値に対応する画像データは、たとえば、近景（至近距離の）主要被写体像にはピントが合っているが、遠景および中景の背景像にはピントが合っておらずボケが生じた画像であったり、たとえば、中景被写体像にはピントが合っているが、近景および遠景の被写体像にはピントが合っておらずボケた画像であったり、または、遠景被写体像にはピントが合っているが、近景および中景被写体像にはピントが合っておらずボケた画像となる。他方、第２のＦ値に対応する画像データは、たとえば、近景、中景、および遠景の全ての被写体像にピントが合った画像となる。

また、図１の画像合成部１２ｂによって画像合成された合成画像データは、たとえば、開放Ｆ値に対応する画像データからボケた中景被写体像の画像データを抽出し、第２のＦ値に対応する画像データからピントの合った近景および遠景の被写体像の画像データを抽出し、抽出した画像を合成すると、近景および遠景の被写体像にピントが合い、中景の被写体像にボケが生じた画像データとなる。このように、焦点深度の浅い開放Ｆ値に対応する画像データと焦点深度の深い第２のＦ値に対応する画像データとを合成することによって、通常の撮影光学系からは、得ることができない合成画像データを得ることもできる。

図１に示した操作部１３が複数焦点深度（被写界深度）撮影モードの内の中位の焦点深度（被写界深度）撮影モードを選択設定すると、撮影光学系１０の絞りが開放Ｆ値に設定され、電極選択トランジスタ３０１がオンされ、かつ電極選択トランジスタ３０２がオフにされ、第１の撮像素子部２１の各画素２１０は、図８（ｂ）に示した第１および第２の光電変換領域２５１、２５２で発生した電荷に基づく光電変換信号が読み出され、図１の画像処理部１４は、この読み出された光電変換信号に対して、前述の表色系変換処理を含む画像処理を施して、撮影光学系１０の絞りが第１のＦ値である場合のＲＧＢ画像データを生成する。

これと同時に、第２の撮像素子部２２の各画素２２０は、光電変換部２２０ａによる光電変換信号が読み出され、図１の画像処理部１４は、この読み出された光電変換信号に基づき、撮影光学系１０の絞りが開放Ｆ値である場合のＲＧＢ画像データを生成する。
第１のＦ値に対応する画像データと開放Ｆ値に対応する画像データとは、必要に応じて液晶モニタ１５にそれぞれ、表示されると共に、メモリカード１７に記録される。
また、第１のＦ値に対応する画像データと開放Ｆ値に対応する画像データは、図１の画像合成部１２ｂによって画像合成され、合成画像が生成され、この合成画像も必要に応じて液晶モニタ１５に表示されると共に、メモリカード１７に記録される。

なお、第１の撮像素子２１の第１のＦ値に対応する画像データは、相対的に中位の焦点深度（被写界深度）を有するので、たとえば、近景および中景の被写体像にピントが合っているが、遠景被写体像がボケた画像であったり、中景および遠景被写体像にピントが合っているが、近景被写体像がボケた画像である。このような第１のＦ値に対応する画像データと開放Ｆ値に対応する画像データとを合成することによって、種々の合成画像を得ることができ、特に、通常の撮影光学系からは得ることができないような合成画像を得ることができる。

図１に示した操作部１３が複数焦点深度（被写界深度）撮影モードの内の小焦点深度（被写界深度）撮影モードを選択設定すると、撮影光学系１０の絞りが開放Ｆ値に設定され、電極選択トランジスタ３０１、３０２が共にオンされ、第１の撮像素子部２１の各画素２１０は、図８（ａ）に示した第１、第２、および第３の光電変換領域２５１、２５２、２５３で発生した電荷に基づく光電変換信号が読み出され、図１の画像処理部１４は、この読み出された光電変換信号に対して、前述の表色系変換処理を含む画像処理を施して、撮影光学系１０の絞りが開放Ｆ値である場合のＲＧＢ画像データを生成する。

これと同時に、第２の撮像素子部２２の各画素２２０は、光電変換部２２０ａによる光電変換信号が読み出され、図１の画像処理部１４は、この読み出された光電変換信号に基づき、撮影光学系１０の絞りが開放Ｆ値である場合のＲＧＢ画像データを生成する。
第１および第２の撮像素子部２１、２２による開放Ｆ値に対応する画像データは、必要に応じて液晶モニタ１５にそれぞれ表示されると共に、メモリカード１７に記録される。
また、第１および第２の撮像素子部２１、２２による開放Ｆ値に対応する画像データは、図１の画像合成部１２ｂによって画像合成され、合成画像が生成され、この合成画像も必要に応じて液晶モニタ１５に表示されると共に、メモリカード１７に記録される。

第１の撮像素子部２１による画像データと第２の撮像素子部２２による画像データは、共に開放Ｆ値に対応するものであるので焦点深度が同一であるが、画像合成によって、たとえば高画質な画像を生成することができる。

図９は、ハイダイナミックレンジ撮影モードを説明するためのブロック図である。制御部１２は、輝度分布検出部１２ｃを機能的に有する。輝度分布検出部１２ｃは、たとえば第２の撮像素子部２２によって所定の時間間隔（たとえば６０コマ／毎秒）で繰り返し撮像して得られたスルー画像から、撮像面における被写体の輝度分布を第２の撮像素子部２２の画素２２０単位で検出する。輝度分布検出部１２ｂで検出された画素２２０毎の輝度の情報は、第２の撮像素子部２２の画素２２０と対応関係にある第１の撮像素子部２１の画素２１０の輝度の情報と見なし、画素２１０の位置の情報と関連づけて、バッファメモリ１６の記憶領域の一部である輝度分布情報メモリ１６ａに記憶される。

撮像部１１の部分電極制御部２５は、輝度分布情報メモリ１６ａに格納された画素２１０毎の輝度の情報に基づいて、各画素２１０における電極選択トランジスタ３０１，３０２のオンオフを制御する。部分電極制御部２５は、各画素２１０に関連づけて記憶された輝度が相対的に低輝度であり第１の所定輝度以下である場合には、当該画素２１０については、電極選択トランジスタ３０１，３０２をオンするように制御して図８（ａ）に示した第１、第２、および第３の光電変換領域２５１、２５２、２５３を形成する。また、部分電極制御部２５は、各画素２１０に関連づけて記憶された輝度が相対的に高輝度であり、第２の所定輝度よりも高い場合には、当該画素２１０については、電極選択トランジスタ３０１，３０２をオフするように制御して、図８（ｃ）に示した第１の光電変換領域２５１を形成する。また、部分電極制御部２５は、各画素２１０に関連づけて記憶された輝度が相対的に中位の輝度であり、第１の所定輝度よりも高く、第２の所定輝度以下である場合には、当該画素２１０については、電極選択トランジスタ３０１をオンし、電極選択トランジスタ３０２をオフするように制御して、図８（ｂ）に示した第１、および第２の光電変換領域２５１、２５２を形成する。

読み出し部２６は、第１の撮像素子部２１の各画素２１０の光電変換信号を読み出し、増幅回路２３は、読み出された光電変換信号を、輝度分布情報メモリ１６ａに格納された画素２１０毎の輝度の情報に基づく増幅率で増幅する。すなわち、読み出し部２６に読み出された光電変換信号は、画素２１０毎に順次出力されて、増幅回路２３で所定の増幅率で増幅されて出力される。具体的には、増幅回路２３は、読み出し部２６から画素２１０毎に順次出力される光電変換信号に対して、輝度分布情報メモリ１６ａに格納された当該画素２１０の輝度の情報に基づいて設定した増幅率で増幅する。この増幅回路２３による画素２１０毎の増幅率について、以下に詳述する。

説明の便宜上、以下の説明では、輝度が第１の所定輝度以下となる画素２１０を低輝度画素と呼び、輝度が第１の所定輝度よりも高く第２の所定輝度以下となる画素２１０を中輝度画素と呼び、輝度が第２の所定輝度よりも高い画素２１０を高輝度領域画素と呼ぶ。増幅回路２３は、読み出し部２６によって読み出された光電変換信号が低輝度画素に関する場合には、第１の増幅率で増幅し、読み出し部２６によって読み出された光電変換信号が中輝度画素に関する場合には、第１の増幅率よりも大きい第２の増幅率で増幅し、読み出し部２６によって読み出された光電変換信号が高輝度画素に関する場合には、第２の増幅率よりも大きい第３の増幅率で増幅する。この場合には、増幅回路２３は、輝度値に応じて光電変換信号を補正する補正部として機能する。

このように、低輝度画素については、相対的に広い面積を有する第１、第２および第３の光電変換領域２５１、２５２、２５３で光電変換した光電変換信号を相対的に小さい増幅率で増幅し、高輝度画素については、相対的に小さい面積を有する第１の光電変換領域２５１で光電変換した光電変換信号を相対的に大きな増幅率で増幅し、中輝度画素については、相対的に中位の面積を有する第１および第２の光電変換領域２５１、２５２で光電変換した光電変換信号を相対的に中位の増幅率で増幅する。これによって、高輝度から低輝度まで、広いダイナミックレンジの光電変換信号を得ることができる。

なお、以上の説明では、第２の撮像素子部２２は、被写体の輝度を画素２２０毎に検出して、輝度分布情報を生成し、部分電極制御部２５は、この輝度分布情報に基づき第１の撮像素子部２１の各画素２１０の第１、第２、第３の光電変換領域２５１、２５２、２５３を選択した。この代わりに、第２の撮像素子部２２は、撮像面の所定領域に関する平均的な輝度値、または代表的な輝度値を検出し、その輝度値情報を所定領域に関連付けて輝度分布情報メモリ１６ａに記憶し、部分電極制御部２５は、この所定領域に対応する第１の撮像素子部２１の複数の画素２１０に関して第１、第２、第３の光電変換領域２５１、２５２、２５３を選択するようにしてもよい。

また、撮像面における被写体の輝度分布は、第２の撮像素子部２２によって検出する代わりに、第１の撮像素子部２１によって、または、その他の測光センサーによって検出してもよい。第１の撮像素子部２１によって被写体輝度分布を検出する場合には、第１の撮像素子部２１の全画素２１０をたとえば、図８（ａ）〜（ｃ）のいずれかの状態に定めて、被写体輝度分布を検出し、その後に、部分電極制御部２５が、上述のように、検出された被写体輝度分布に応じて各画素２１０の部分電極２３２ａ、２３２ｂ、２３２ｃを選択制御する。

本実施の形態では、以下のような変形例も考えられる。
（１）上述した第１の実施の形態では、画素２１０には同心円状に３つの部分電極２３２ａ〜２３２ｃが設けられているが、部分電極の数は２つでもよく、４つ以上でもよい。部分電極の数が増えるほど、多数の異なった被写界深度の画像データを得ることができると共に、より広いダイナミックレンジの画像データを得ることができる。

（２）画素２１０における電荷読み出し領域のパターンは、図８（ａ）〜（ｃ）に示したパターンに限定されない。たとえば、図１０（ａ）に示すように、ハッチングを施した第２の光電変換領域２５２で発生した電荷に基づく光電変換信号だけを読み出してもよく、図１０（ｂ）に示すように、ハッチングを施した第３の光電変換領域２５３で発生した電荷に基づく光電変換信号だけを読み出してもよく、図１０（ｃ）に示すように、ハッチングを施した第２および第３の光電変換領域２５２，２５３で発生した電荷に基づく光電変換信号だけを読み出してもよい。このような図１０（ａ）〜（ｃ）の光電変換領域２５２、２５３を得るためには、図７において、部分電極２３２ａと出力トランジスタ３０４のゲートとの間に、電極選択トランジスタ３０１、３０２と同様の電極選択トランジスタを設ければよい。

（３）上述の説明では、外側の部分電極が、内側の部分電極の全周囲を取り囲む閉ループ状、すなわち円環状の電極であったが、必ずしも外側の部分電極が内側の部分電極の全周囲を取り囲んでいる必要はない。たとえば、図１１（ａ）に示す第２の部分電極２３２ｂのように、部分電極が円周方向で一部分断されていてもよく、図１１（ａ）に示す第３の部分電極２３２ｃのように、円周方向に２つに分割されていてもよい。なお、部分電極が円周方向に３つ以上に分割されていてもよい。すなわち、図１１（ａ）に示す第２および第３の部分電極２３２ｂ，２３２ｃのように、外側の部分電極は、内側の部分電極の全周囲ではなくても、その周囲を取り囲んでいればよい。また、「外側の部分電極が内側の部分電極を取り囲む」という状態には、図１１（ｂ）に示す第３の部分電極２３２ｃのように、内側の部分電極の外周に沿って配置されていれば、図示左右に分割された外側の電極同士の離間距離が大きい状態も含むものとする。

（４）図１１（ｃ）に示すように第１の部分電極２３２ａが２分割されていてもよい。さらに、図１１（ｄ）に示すように、第１乃至第３の部分電極２３２ａ〜２３２ｃが、２分割されていてもよい。また、第１の部分電極２３２ａの形状は円形であり、第２および第３の部分電極の形状は円環形であるが、第１の部分電極２３２ａの形状が楕円形であってもよく、第２および第３の部分電極の形状が楕円の円環形であってもよい。また、第１の部分電極２３２ａの形状が多角形であってもよく、第２および第３の部分電極の形状が多角形の環形であってもよい。

（５）上述した第１の実施の形態では、第１乃至第３の光電変換領域２５１〜２５３の電荷を第１乃至第３の部分電極２３２ａ〜２３２ｃから読み出しているが、共通電極２３１から読み出してもよい。すなわち、共通電極２３１を出力トランジスタ３０４のゲートに接続し、第１の部分電極２３２ａを直接にグラウンドに接続し、または電極選択トランジスタを介してグラウンドに接続し、第２の部分電極２３２ｂを電極選択トランジスタ３０１を介してグラウンドに接続し、第３の部分電極２３２ｃを電極選択トランジスタ３０２を介してグラウンドに接続してもよい。

（６）上述した第１の実施の形態では、図７に示すように、第１乃至第３の部分電極２３２ａ〜２３２ｃで読み出した第１乃至第３の光電変換領域２５１〜２５３の電荷を加算して、加算された電荷に基づく光電変換信号が出力トランジスタ３０４および行選択トランジスタ３０５によって出力端子Ｖｏｕｔから出力されるものであった。しかしながら、第１乃至第３の部分電極２３２ａ〜２３２ｃで読み出した第１乃至第３の光電変換領域２５１〜２５３の電荷をそれぞれ独立して時系列的に読み出して、その後に加算するようにしてもよい。

（７）上述の実施の形態では、第１の撮像素子部２１は、上部電極層を共通電極２３１とし、下部電極層を第１乃至第３の部分電極２３２ａ，２３２ｂ，２３２ｃから構成した。この代わりに、上部電極層も下部電極層と同様に、複数の部分電極から構成してもよい。
（８）上述の実施の形態では、第１の撮像素子部２１からＣＭＹ画像を取得し、第２の撮像素子部２２からＲＧＢ画像を取得するが、これとは逆に、第１の撮像素子部２１からＲＧＢ画像を取得し、第２の撮像素子部２２からＣＭＹ画像を取得するようにしてもよい。

上述した第１の実施の形態では、次の作用効果を奏する。
（１）光電変換層、すなわち有機光電変換膜２３０と、有機光電変換膜２３０の一方の面に設けられた第１の部分電極２３２ａと、第１の部分電極２３２ａの周囲を取り囲む第２の部分電極２３２ｂとを備えるように画素２１０を構成した。これにより、第１の部分電極や第２の部分電極を適宜選択することによって、一つの画素２１０から複数の光電変換信号を読み出すことができる。

（２）第２の部分電極２３２ｂが第１の部分電極２３２ａの全周囲を取り囲み、第３の部分電極２３２ｃが第２の部分電極２３２ｂの全周囲を取り囲むように画素２１０を構成した。また、第１乃至第３の部分電極２３２ａ〜２３２ｃを同心円状に設けた。これにより、第１の撮像素子部２１によって撮像して得られた画像のぼけ方が綺麗になる、すなわち、いわゆるボケ味がよくなるので、画質を向上できる。

（３）第１の撮像素子部２１の透過光を受光する第２の撮像素子部２２を設けた。これにより、第１および第２の撮像素子部２１，２２によって、同一の被写体に関する２つの画像データを同時に取得できるので、この画像データの利用範囲が広がり、利便性が向上する。

（４）光電変換部２２０ａが、撮影光学系１０の開放Ｆ値の瞳領域の全領域を通過した光束を受光するように第２の撮像素子部２２の画素２２０を構成した。これにより、入射光を効率よく光電変換効率ができるので、第２の撮像素子部２２の感度が向上し、被写体光量が少ない場合であっても被写体像を撮像できる。

（５）画素２１０における電荷読み出し領域の大きさを適宜設定することで、第１の撮像素子部２１と第２の撮像素子部２２とによって、被写界深度が異なる２つの画像データを同時に取得するように構成した。これにより、上述したように、被写界深度の異なる２つの画像データから、被写界深度が異なる領域が存在する１つの画像データを得るなど、画像データの利用範囲が広がり、利便性が向上する。

（６）第１の画像データにおける一部の領域の画像を、当該一部の領域に対応する、第１の画像データとは被写界深度が異なる第２の画像データにおける一部の領域の画像で置き換えた画像データを得るようにデジタルカメラ１を構成した。これにより、画像表現を多様化できる。

（７）撮像面における被写体の輝度分布を検出し、検出した輝度分布に応じて、画素２１０の光電変換領域２５１，２５２，２５３の大きさ変更するように構成した。これにより、撮像して得られる画像における、いわゆる白飛びや黒つぶれを抑制することができ、画質を向上できる。また、上述したように、読み出し部２６によって読み出された光電変換信号が低輝度画素に関する信号であるか、中輝度画素に関する信号であるか、高輝度画素に関する信号であるかによって、増幅回路２３が増幅率を変更するように構成した。すなわち、輝度分布検出部１２ｂによって検出された画素２１０毎の輝度の情報に応じて光電変換信号を増幅回路２３で補正するように構成した。これにより、ダイナミックレンジの広い画像を取得できる。

−−−第２の実施の形態−−−
図１２〜２２を参照して、第２の実施の形態を説明する。以下の説明では、第１の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第１の実施の形態と同じである。本実施の形態では、以下のようにして、撮像して得られる画像の解像度を向上させる。

図１２は、第２の実施の形態によるデジタルカメラ１の構成を例示する図である。第２の実施の形態によるデジタルカメラ１と図１に示した第１の実施の形態によるデジタルカメラ１の構成との違いは、制御部１２がさらに画像生成部１２ｄを機能的に有する点と、第１および第２の撮像素子部２１、２２の構造および機能である。画像生成部１２ｄは、バッファメモリ１６に格納された第１および第２の撮像素子部２１，２２の光電変換信号から画像信号を生成する。なお、第１および第２の撮像素子部２１，２２は、第１の実施の形態と同様に、互いに同時に撮像動作、すなわち露光操作を開始する。

図１３は、本実施の形態の第１の撮像素子部２１の一部である１０行×６列の画素２１０の配置と、第２の撮像素子部２２の一部である１０行×６列の画素２２０の配置と、をそれぞれ示す図である。本実施の形態では、説明の便宜上、第１の実施の形態とは逆に、第１の撮像素子部２１からＲＧＢ画像を取得し、第２の撮像素子部２２からＣＭＹ画像を取得するが、第１の実施の形態と同様に、第１の撮像素子部２１からＣＭＹ画像を取得し、第２の撮像素子部２２からＲＧＢ画像を取得するようにしてもよい。

図１３（ａ）において、第１の撮像素子部２１について、画素２１０Ａに付された「Ｇ」は、その画素が緑の色成分を吸収し光電変換する画素、すなわち、緑の分光感度を有する画素を示し、同様に、画素２１０Ａに付された「Ｂ」は、その画素が青の色成分を吸収し光電変換する画素、すなわち、青の分光感度を有する画素を示し、画素２１０Ａに付された「Ｒ」は、その画素が赤の色成分を吸収し光電変換する画素、すなわち、赤の分光感度を有する画素を示す。第１の撮像素子部２１は、奇数行の画素列では、「Ｇ」画素２１０Ａと「Ｂ」画素２１０Ａが交互に配列され、偶数行の画素列では、「Ｒ」画素２１０Ａと「Ｇ」画素２１０Ａとが交互に配列されている。すなわち、第１の撮像素子部２１は、画素がベイヤ配列されている。

第２の実施の形態の第２の撮像素子部２２は、第１の実施の形態の第２の撮像素子部２２と同じ構造を有するが、第１の撮像素子部２１の「Ｒ」、「Ｇ」、「Ｂ」画素２１０Ａが第２の撮像素子部２２に対してカラーフィルターの役割を果たすため、シアンの分光感度とマゼンタの分光感度とイエローの分光感度とを有する。以下に詳述する。

図１３（ｂ）において、第２の撮像素子部２２について、画素２２０に付された「Ｍｇ」は、その画素がマゼンタの色成分を吸収し光電変換する画素、すなわち、マゼンタの分光感度を有する画素を示し、同様に、画素２２０に付された「Ｙｅ」は、その画素がイエローの色成分を吸収し光電変換する画素、すなわち、イエローの分光感度を有する画素を示し、画素２２０に付された「Ｃｙ」は、その画素がシアンの色成分を吸収し光電変換する画素、すなわち、シアンの分光感度を有する画素を示す。第２の撮像素子部２２は、奇数行の画素列では、「Ｍｇ」画素２２０と「Ｙｅ」画素２２０が交互に配列され、偶数行の画素列では、「Ｃｙ」画素２２０と「Ｍｇ」画素２２０とが交互に配列されている。

図１３（ａ）および（ｂ）において、第１の撮像素子部２１の「Ｇ」画素２１０Ａと第２の撮像素子部２２の「Ｍｇ」画素２２０とは、対応関係にあり、第１の撮像素子部２１の「Ｂ」画素２１０Ａと第２の撮像素子部２２の「Ｙｅ」画素２２０とは、対応関係にあり、第１の撮像素子部２１の「Ｒ」画素２１０Ａと第２の撮像素子部２２の「Ｃｙ」画素２２０とは、対応関係にある。

図１４（ａ），（ｂ）は、第１の撮像素子部２１の画素２１０Ａの構造を模式的に示す図である。図１４（ａ）は、撮像素子２１の１つの画素２１０Ａを被写体側から見た平面図であり、図１４（ｂ）は、画素２１０Ａの側面図であり、図１４（ｃ）は、被写体側から見た第１乃至第４の部分電極の配置を示す図である。第１の撮像素子部２１の各画素２１０Ａは、緑の色成分、青の色成分、または赤の色成分を吸収する有機光電変換膜２３０と、有機光電変換膜２３０の上面、すなわち有機光電変換膜２３０の被写体側の面に形成された透明な共通電極２３１と、有機光電変換膜２３０の下面に形成された透明な第１乃至第４の部分電極２３４ａ，２３４ｂ，２３４ｃ，２３４ｄとを有する。

第１乃至第４の部分電極２３４ａ，２３４ｂ，２３４ｃ，２３４ｄは、同一サイズの矩形形状であり、行方向および列方向に２行２列に配置されている。図１４（ｃ）において、左上の部分電極が第１の部分電極２３４ａであり、左下の部分電極が第２の部分電極２３４ｂであり、右上の部分電極が第３の部分電極２３４ｃであり、右下の部分電極が第４の部分電極２３４ｄである。

図１５は、第１の撮像素子部２１における１つの画素２１０Ａの信号読み出し回路構成を例示する図である。各画素２１０Ａの信号読み出し回路は、出力トランジスタ３３１〜３３４と、行選択トランジスタ３２１〜３２４と、リセットトランジスタ３３１〜３３４とを有する。共通電極２３１は、グラウンドに接続されている。第１の部分電極２３４ａは出力トランジスタ３１１のゲートに接続され、第２の部分電極２３４ｂは出力トランジスタ３１２のゲートに接続され、第３の部分電極２３４ｃは出力トランジスタ３１３のゲートに接続され、第４の部分電極２３４ｄは出力トランジスタ３１４のゲートに接続される。

出力トランジスタ３１１は、第１の部分電極２３４ａからの電荷に基づく電圧信号を増幅し、出力トランジスタ３１２は、第２の部分電極２３４ｂからの電荷に基づく電圧信号を増幅し、出力トランジスタ３１３は、第３の部分電極２３４ｃからの電荷に基づく電圧信号を増幅し、出力トランジスタ３１４は、第４の部分電極２３４ｄからの電荷に基づく電圧信号を増幅する。

出力トランジスタ３１１で増幅された信号は、行選択トランジスタ３２１を介して端子Ｖｏｕｔ＿１から読み出され、出力トランジスタ３１２で増幅された信号は、行選択トランジスタ３２２を介して端子Ｖｏｕｔ＿２から読み出され、出力トランジスタ３１３で増幅された信号は、行選択トランジスタ３２３を介して端子Ｖｏｕｔ＿３から読み出され、出力トランジスタ３１４で増幅された信号は、行選択トランジスタ３２４を介して端子Ｖｏｕｔ＿４から読み出される。リセットトランジスタ３３１〜３３４は、リセット信号φＲＳＴに応じて不要電荷を排出させる。

−−−画素２１０Ａから電荷を読み出す領域について−−−
本実施の形態の第１の撮像素子部２１では、有機光電変換膜２３０で発生した電荷を読み出すことができる光電変換領域は、共通電極２３１と第１乃至第４の部分電極２３４ａ〜２３４ｄとで挟まれた領域のうち、共通電極２３１と読み出しに用いられる部分電極とが重なり合う領域である。図１６に示すように、第１の光電変換領域２５６は、第１の部分電極２３４ａがカバーする有機光電変換膜２３０の領域に対応し、第２の光電変換領域２５７は、第２の部分電極２３４ｂがカバーする有機光電変換膜２３０の領域に対応し、第３の光電変換領域２５８は、第３の部分電極２３４ｃがカバーする有機光電変換膜２３０の領域に対応し、第４の光電変換領域２５９は、第４の部分電極２３４ｄがカバーする有機光電変換膜２３０の領域に対応する。

リセット信号φＲＳＴに応じてリセットトランジスタ３３１〜３３４が同時にオンされ、第１乃至第４の光電変換領域２５６，２５７，２５８，２５９の電荷を排出、すなわちリセットする。このリセット後に所定の露光時間後に、行選択信号ΦＳＥＬ＿１、ΦＳＥＬ＿２、ΦＳＥＬ＿３、ΦＳＥＬ＿４によって行選択トランジスタ３２１，３２２，３２３，３２４が同時にオンされると、第１乃至第４の光電変換領域２５６，２５７，２５８，２５９でそれぞれ発生した電荷に基づく光電変換信号が端子Ｖｏｕｔ＿１からそれぞれ読み出される。

−−−画素信号の生成について−−−
画像生成部１２ｄは、画素２１０Ａ毎に第１乃至第４の光電変換領域２５６〜２５９からの光電変換信号を加算して、第１の画素信号を生成する。これにより、たとえば「Ｇ」画素２１０Ａからは、「Ｇ」画素２１０Ａの中心位置、すなわち「Ｇ」画素２１０Ａの重心位置における緑の画素信号が第１の画素信号として得られる。同様に「Ｂ」画素２１０Ａからは、「Ｂ」画素２１０Ａの重心位置における青の画素信号が第１の画素信号として得られ、「Ｒ」画素２１０Ａからは、「Ｒ」画素２１０Ａの重心位置における赤の画素信号が第１の画素信号として得られる。
また、画像生成部１２ｄは、第２の撮像素子部２２の各画素２２０から第２の画素信号を取得する。すなわち、画像生成部１２ｄは、「Ｍｇ」画素２２０からは、「Ｍｇ」画素２２０の中心位置、すなわち「Ｍｇ」画素２２０の重心位置におけるマゼンタの画素信号を第２の画素信号として得る。同様に、画像生成部１２ｄは、「Ｙｅ」画素２２０からは、「Ｙｅ」画素２２０の重心位置におけるイエローの画素信号を第２の画素信号として得る。画像生成部１２ｄは、「Ｃｙ」画素２２０からは、「Ｃｙ」画素２２０の重心位置におけるシアンの画素信号を第２の画素信号として得る。

−−−仮想画素信号について−−−
また、以下に説明するように、制御部１２は、第１の撮像素子部２１について、行方向または列方向に隣り合う２つの画素２１０Ａの中間位置に仮想画素を設定する。図１７〜２０は、第１の撮像素子部２１の一部である５行×６列の画素２１０Ａの配置を示す図であり、図１７〜２０における左右方向が行方向であり、上の行から順に１行目、２行目・・・ｍ行目とし、図１７における上下方向が列方向であり、左の列から順に１列目、２列目・・・ｎ列目とする。

（１）イエローの仮想画素
制御部１２は、行方向または列方向に隣り合う「Ｒ」画素２１０Ａと「Ｇ」画素２１０Ａとの中間位置にイエローの仮想画素を設定する。図１７は、行方向、すなわち左右方向に隣接する「Ｒ」画素２１０Ａと「Ｇ」画素２１０Ａとの中間位置に設定されたイエローの仮想画素２７１Ａおよびその重心位置２７１ａと、列方向、すなわち上下方向に隣接する「Ｒ」画素２１０Ａと「Ｇ」画素２１０Ａとの中間位置に設定されたイエローの仮想画素２７１Ｂおよびその重心位置２７１ｂと、をそれぞれ示している。
イエローの仮想画素２７１Ａは、「Ｒ」画素２１０Ａの第３および第４の光電変換領域２５８、２５９とそれに行方向に隣接する「Ｇ」画素２１０Ａの第１および第２の光電変換領域２５６、２５７とから構成されると共に、「Ｇ」画素２１０Ａの第３および第４の光電変換領域２５８、２５９とそれに行方向に隣接する「Ｒ」画素２１０Ａの第１および第２の光電変換領域２５６、２５７とから構成される。
また、イエローの仮想画素２７１Ｂは、「Ｇ」画素２１０Ａの第２および第４の光電変換領域２５７，２５９とそれに列方向に隣接する「Ｒ」画素２１０Ａの第１および第３の光電変換領域２５６，２５８とから構成されると共に、「Ｒ」画素２１０Ａの第２および第４の光電変換領域２５７，２５９とそれに列方向に隣接する「Ｇ」画素２１０Ａの第１および第３の光電変換領域２５６，２５８とから構成される。

まず、行方向に隣接する「Ｒ」画素２１０Ａと「Ｇ」画素２１０Ａとの中間位置に設定されたイエローの仮想画素２７１Ａについて、説明する。画像生成部１２ｃは、たとえば、図１７における２行１列目の「Ｒ」画素２１０Ａの第３および第４の光電変換領域２５８、２５９からのそれぞれの光電変換信号と、この「Ｒ」画素２１０Ａに隣接する２行２列目の「Ｇ」画素２１０Ａの第１および第２の光電変換領域２５６，２５７からのそれぞれの光電変換信号と、をそれぞれ加算して加算画素信号を生成する。

この加算画素信号は、「Ｒ」画素２１０Ａの第３および第４の光電変換領域２５８、２５９からの赤色（Ｒ）の波長域の光に関する光電変換信号と、「Ｇ」画素２１０Ａの第１および第２の光電変換領域２５６、２５７からの緑色（Ｇ）の波長域の光に関する光電変換信号とを加算したものであるので、「Ｒ」画素２１０Ａの第３および第４の光電変換領域２５８，２５９と「Ｇ」画素２１０Ａの第１および第２の光電変換領域２５６，２５７とから構成されるイエロー（Ｙｅ）の仮想画素２７１Ａからの画素信号に相当する。
このイエロー（Ｙｅ）の仮想画素２７１Ａは、「Ｒ」画素２１０Ａと「Ｇ」画素２１０Ａと半ピッチずれており、仮想画素２７１Ａの重心位置２７１ａは隣接する「Ｒ」画素２１０Ａと「Ｇ」画素２１０Ａとの境界領域に位置している。

同様に、画像生成部１２ｄは、２行２列目の「Ｇ」画素２１０Ａの第３および第４の光電変換領域２５８，２５９のからのそれぞれの光電変換信号と、２行３列目の「Ｒ」画素２１０Ａの第１および第２の光電変換領域２５６，２５７からのそれぞれの光電変換信号とを加算して加算画素信号を生成する。以下同様に、１行〜ｍ行の全ての行について行方向に互いに隣接する「Ｇ」画素２１０Ａおよび「Ｒ」画素２１０Ａに関して、加算画素信号を生成する。
このようにして、第１の撮像素子部２１の撮像面の全体にわたって、図１７に示したように、行方向に隣接する「Ｇ」画素２１０Ａおよび「Ｒ」画素２１０Ａの中間位置にイエロー（Ｙｅ）の仮想画素２７１Ａが形成される。

次に、列方向、すなわち上下方向に隣接する「Ｒ」画素２１０Ａと「Ｇ」画素２１０Ａとの中間位置に設定されたイエローの仮想画素２７１Ｂについて、説明する。
画像生成部１２ｃは、たとえば、図１７における１行５列目の「Ｇ」画素２１０Ａの第２および第４の光電変換領域２５７，２５９からのそれぞれの光電変換信号と、この「Ｒ」画素２１０Ａに列方向に隣接する２行５列目の「Ｒ」画素２１０Ａの第１および第３の光電変換領域２５６，２５８からのそれぞれの光電変換信号と、をそれぞれ加算して加算画素信号を生成する。

この加算画素信号は、「Ｇ」画素２１０Ａの第２および第４の光電変換領域２５７，２５９からの緑色（Ｇ）の波長域の光に関する光電変換信号と、「Ｒ」画素２１０Ａの第１および第３の光電変換領域２５６，２５８からの赤色（Ｒ）の波長域の光に関する光電変換信号とを加算したものであるので、「Ｇ」画素２１０Ａの第２および第４の光電変換領域２５７，２５９と、「Ｒ」画素２１０Ａの第１および第３の光電変換領域２５６，２５８とから構成されるイエロー（Ｙｅ）の仮想画素２７１Ｂからの画素信号に相当する。
このイエロー（Ｙｅ）の仮想画素２７１Ｂは、列方向に隣接する「Ｇ」画素２１０Ａと「Ｒ」画素２１０Ａと半ピッチずれており、仮想画素２７１Ｂの重心位置２７１ｂは隣接する「Ｇ」画素２１０Ａと「Ｒ」画素２１０Ａとの境界領域に位置している。

同様に、画像生成部１２ｄは、２行５列目の「Ｒ」画素２１０Ａの第２および第４の光電変換領域２５７，２５９のからのそれぞれの光電変換信号と、３行５列目の「Ｇ」画素２１０Ａの第１および第３の光電変換領域２５６，２５８からのそれぞれの光電変換信号とを加算して加算画素信号を生成する。以下同様に、１列〜ｎ列の全ての列について列方向に互いに隣接する「Ｇ」画素２１０Ａおよび「Ｒ」画素２１０Ａに関して、加算画素信号を生成する。
このようにして、第１の撮像素子部２１の撮像面の全体にわたって、図１７に示したように、列方向に隣接する「Ｇ」画素２１０Ａおよび「Ｒ」画素２１０Ａの中間位置にイエロー（Ｙｅ）の仮想画素２７１Ｂが形成される。
以上のように、第１の撮像素子部２１の撮像面の全体に、行方向または列方向に隣り合う「Ｒ」画素２１０Ａと「Ｇ」画素２１０Ａとの中間位置にイエローの仮想画素２７１Ａ、２７１Ｂが設定されて、イエローの仮想画素信号が得られる。

（２）シアンの仮想画素
図１８は、行方向、すなわち左右方向に隣接する「Ｇ」画素２１０Ａと「Ｂ」画素２１０Ａとの中間位置に設定されたシアンの仮想画素２７２Ａおよびその重心位置２７２ａと、列方向、すなわち上下方向に隣接する「Ｒ」画素２１０Ａと「Ｇ」画素２１０Ａとの中間位置に設定されたシアンの仮想画素２７２Ｂおよびその重心位置２７２ｂと、をそれぞれ示している。
シアンの仮想画素２７２Ａは、「Ｇ」画素２１０Ａの第３および第４の光電変換領域２５８，２５９とそれに行方向に隣接する「Ｂ」画素２１０Ａの第１および第２の光電変換領域２５６，２５７とから構成されると共に、「Ｂ」画素２１０Ａの第３および第４の光電変換領域２５８，２５９とそれに行方向に隣接する「Ｇ」画素２１０Ａの第１および第２の光電変換領域２５６，２５７とから構成される。
また、シアンの仮想画素２７２Ｂは、「Ｂ」画素２１０Ａの第２および第４の光電変換領域２５７，２５９とそれに列方向に隣接する「Ｇ」画素２１０Ａの第１および第３の光電変換領域２５６，２５８とから構成されると共に、「Ｇ」画素２１０Ａの第２および第４の光電変換領域２５７，２５９とそれに列方向に隣接する「Ｂ」画素２１０Ａの第１および第３の光電変換領域２５６，２５８とから構成される。

まず、行方向に隣接する「Ｇ」画素２１０Ａと「Ｂ」画素２１０Ａとの中間位置に設定されたシアンの仮想画素２７２Ａについて、説明する。画像生成部１２ｄは、たとえば、図１８における１行１列目の「Ｇ」画素２１０Ａの第３および第４の光電変換領域２５８，２５９からの光電変換信号と、１行２列目の「Ｂ」画素２１０Ａの第１および第２の光電変換領域２５６，２５７からの光電変換信号とを加算して加算画素信号を生成する。

この加算画素信号は、「Ｇ」画素２１０Ａの第３および第４の光電変換領域２５８，２５９からの緑色（Ｇ）の波長域の光に関する光電変換信号と、「Ｂ」画素２１０Ａの第１および第２の光電変換領域２５６，２５７からの青色（Ｂ）の波長域の光に関する光電変換信号とを加算したものであるので、「Ｇ」画素２１０Ａの第３および第４の光電変換領域２５８，２５９と「Ｂ」画素２１０Ａの第１および第２の光電変換領域２５６，２５７とから構成されるシアン（Ｃｙ）の仮想画素２７２Ａからの画素信号に相当する。
このシアン（Ｃｙ）の仮想画素２７２Ａは、「Ｇ」画素２１０Ａと「Ｂ」画素２１０Ａと半ピッチずれており、仮想画素２７２Ａの重心位置２７２ａは隣接する「Ｒ」画素２１０Ａと「Ｇ」画素２１０Ａとの境界領域に位置している。
同様にして、第１の撮像素子部２１の撮像面の全体にわたって、行方向に隣接する「Ｇ」画素２１０Ａおよび「Ｂ」画素２１０Ａの中間位置にシアン（Ｃｙ）の仮想画素２７２Ａが設定される。

次に、列方向に隣接する「Ｇ」画素２１０Ａと「Ｂ」画素２１０Ａとの中間位置に設定されたシアンの仮想画素２７２Ｂについて、説明する。すなわち、画像生成部１２ｄは、たとえば、１行４列目の「Ｂ」画素２１０Ａの第２および第４の光電変換領域２５７，２５９からのそれぞれの光電変換信号と、この「Ｂ」画素２１０Ａに列方向に隣接する２行４列目の「Ｇ」画素２１０Ａの第１および第３の光電変換領域２５６，２５８からのそれぞれの光電変換信号と、をそれぞれ加算して加算画素信号を生成する。

この加算画素信号は、「Ｂ」画素２１０Ａの第２および第４の光電変換領域２５７，２５９からの青色（Ｂ）の波長域の光に関する光電変換信号と、「Ｇ」画素２１０Ａの第１および第３の光電変換領域２５６，２５８からの緑色（Ｇ）の波長域の光に関する光電変換信号とを加算したものであるので、「Ｂ」画素２１０Ａの第２および第４の光電変換領域２５７，２５９と、「Ｇ」画素２１０Ａの第１および第３の光電変換領域２５６，２５８とから構成されるシアン（Ｃｙ）の仮想画素２７２Ｂからの画素信号に相当する。
このシアン（Ｃｙ）の仮想画素２７２Ｂは、列方向に隣接する「Ｂ」画素２１０Ａと「Ｇ」画素２１０Ａと半ピッチずれており、仮想画素２７２Ｂの重心位置２７２ｂは隣接する「Ｂ」画素２１０Ａと「Ｇ」画素２１０Ａとの境界領域に位置している。
同様にして、第１の撮像素子部２１の撮像面の全体にわたって、列方向に隣接する「Ｇ」画素２１０Ａおよび「Ｂ」画素２１０Ａの中間位置にシアン（Ｃｙ）の仮想画素２７２Ａが設定される。
以上のように、第１の撮像素子部２１の撮像面の全体に、行方向または列方向に隣り合う「Ｂ」画素２１０Ａと「Ｇ」画素２１０Ａとの中間位置にシアンの仮想画素２７２Ａ、２７２Ｂが設定されて、シアンの仮想画素信号が得られる。

（３）マゼンタの仮想画素
図１９は、画素２１０Ａの一方の対角方向で隣り合う「Ｒ」画素２１０Ａと「Ｂ」画素２１０Ａとの中間位置に設定されたマゼンタの仮想画素２７３Ａおよびその重心位置２７３ａと、画素２１０Ａの他方の対角方向で隣り合う「Ｒ」画素２１０Ａと「Ｂ」画素２１０Ａとの中間位置に設定されたマゼンタの仮想画素２７３Ｂおよびその重心位置２７３ｂと、をそれぞれ示している。
マゼンタの仮想画素２７３Ａは、「Ｒ」画素２１０Ａの第３の光電変換領域２５８とそれに一方の対角方向に隣接する「Ｂ」画素２１０Ａの第２の光電変換領域２５７とから構成されると共に、「Ｂ」画素２１０Ａの第３の光電変換領域２５８とそれに一方の対角方向に隣接する「Ｒ」画素２１０Ａの第２の光電変換領域２５７とから構成される。
また、マゼンタの仮想画素２７３Ｂは、「Ｂ」画素２１０Ａの第４の光電変換領域２５９とそれに他方の対角方向に隣接する「Ｒ」画素２１０Ａの第１の光電変換領域２５６とから構成されると共に、「Ｒ」画素２１０Ａの第４の光電変換領域２５９とそれに他方の対角方向に隣接する「Ｂ」画素２１０Ａの第１の光電変換領域２５６とから構成される。

まず、一方の対角方向で隣り合う「Ｒ」画素２１０Ａと「Ｂ」画素２１０Ａとの中間位置に設定されたマゼンタの仮想画素２７３Ａについて、説明する。画像生成部１２ｄは、たとえば、図１９における２行１列目の「Ｒ」画素２１０Ａの第３の光電変換領域２５８からの光電変換信号と、１行２列目の「Ｂ」画素２１０Ａの第２の光電変換領域２５７からの光電変換信号とを加算して加算画素信号を生成する。
この加算画素信号は、「Ｒ」画素２１０Ａの第３の光電変換領域２５８からの赤色（Ｒ）の波長域の光に関する光電変換信号と、「Ｂ」画素２１０Ａの第２の光電変換領域２５７からの青色（Ｂ）の波長域の光に関する光電変換信号とを加算したものであるので、「Ｒ」画素２１０Ａの第３の光電変換領域２５８と「Ｂ」画素２１０Ａの第２の光電変換領域２５７とから構成されるマゼンタ（Ｍｇ）の仮想画素２７３Ａからの画素信号に相当する。

このマゼンタ（Ｍｇ）の仮想画素２７３Ａの配列ピッチは、対角線方向の画素２１０Ａの配列ピッチの１/２倍であり、仮想画素２７２Ａの重心位置２７３ａは一方の対角方向に隣接する「Ｒ」画素２１０Ａと「Ｂ」画素２１０Ａとの境界に位置している。
同様にして、第１の撮像素子部２１の撮像面の全体にわたって、一方の対角方向に隣接する「Ｒ」画素２１０Ａおよび「Ｂ」画素２１０Ａの中間位置にマゼンタ（Ｍｇ）の仮想画素２７３Ａが設定される。

次に、画素２１０Ａの他方の対角方向に隣接する「Ｒ」画素２１０Ａと「Ｂ」画素２１０Ａとの中間位置に設定されたマゼンタの仮想画素２７３Ｂについて、説明する。すなわち、画像生成部１２ｄは、たとえば、図１９における１行４列目の「Ｂ」画素２１０Ａの第４の光電変換領域２５９からの光電変換信号と、２行５列目の「Ｒ」画素２１０Ａの第１の光電変換領域２５６からの光電変換信号とを加算して加算画素信号を生成する。
この加算画素信号は、「Ｂ」画素２１０Ａの第４の光電変換領域２５９からの青色（Ｂ）の波長域の光に関する光電変換信号と、「Ｒ」画素２１０Ａの第１の光電変換領域２５６からの赤色（Ｒ）の波長域の光に関する光電変換信号とを加算したものであるので、「Ｂ」画素２１０Ａの第４の光電変換領域２５９と「Ｒ」画素２１０Ａの第１の光電変換領域２５６とから構成されるマゼンタ（Ｍｇ）の仮想画素２７３Ｂからの画素信号に相当する。

このマゼンタ（Ｍｇ）の仮想画素２７３Ｂの配列ピッチは、対角線方向の画素２１０Ａの配列ピッチの１/２倍であり、仮想画素２７３Ｂの重心位置２７３ｂは他方の対角方向に隣接する「Ｂ」画素２１０Ａと「Ｒ」画素２１０Ａとの境界に位置している。
同様にして、第１の撮像素子部２１の撮像面の全体にわたって、他方の対角方向に隣接する「Ｂ」画素２１０Ａおよび「Ｒ」画素２１０Ａの中間位置にマゼンタ（Ｍｇ）の仮想画素２７３Ｂが設定される。

以上のように、第１の撮像素子部２１の撮像面の全体に、「Ｂ」または「Ｒ」画素の一方の対角線方向または他方の対角線方向に隣り合う「Ｂ」画素２１０Ａと「Ｒ」画素２１０Ａとの中間位置にマゼンタの仮想画素２７３Ａ，２７３Ｂが設定されて、マゼンタの仮想画素信号が得られる。

なお、このようにして得られたマゼンタの仮想画素２７３Ａ，２７３Ｂからの仮想画素信号は、二つの光電変換領域からの光電変換信号、すなわち「Ｒ」画素の一つの光電変換領域の光電変換信号と「Ｂ」画素の一つの光電変換領域の光電変換信号とを加算した信号である。これに対して、上述したイエローおよびシアンの仮想画素信号は、４つの光電変換領域からの光電変換信号を加算した信号である。そこで、マゼンタの仮想画素信号は、信号強度がたとえば２倍に増幅されて、後述するように画像処理部１４で利用される。

−−−高解像度画像データの生成について−−−
図２０は、第１の撮像素子部２１の「Ｒ」、「Ｇ」、「Ｂ」画素２１０Ａの画素重心位置と、イエロー、シアン、およびマゼンタの仮想画素の画素重心位置とを示した図である。図２０において、緑の画素信号を出力する「Ｇ」画素２１０Ａの重心位置２８１と、青の画素信号を出力する「Ｂ」画素２１０Ａの重心位置２８２と、赤の画素信号を出力する「Ｒ」画素２１０Ａの重心位置２８３とが、図１３（ａ）の「Ｇ」、「Ｂ」、「Ｒ」画素２１０Ａの配列に従って配列されている。

イエローの仮想画素信号を出力する仮想画素の重心位置２８４と、シアンの仮想画素信号を出力する仮想画素の重心位置２８５と、マゼンタの仮想画素信号を出力する仮想画素の重心位置２８６とが、それぞれ、図１７に示した画素重心２７１ａ，２７１ｂ、図１８に示した画素重心２７２ａ，２７２ｂ、図１９に示した各画素重心２７３ａ，２７３ｂに従い、「Ｇ」画素の重心位置２８１と「Ｂ」画素の重心位置２８２と「Ｒ」画素の重心位置２８３との各々の周囲に位置している。

このように、行方向、列方向および対角方向について、緑「Ｇ」、青「Ｂ」、および赤「Ｒ」の画素２１０Ａの画素重心２８１，２８２，２８３の半分のピッチでイエロー、シアン、およびマゼンタの仮想画素の画素重心２８４，２８５，２８６が配列されている。

図１２に示した画像生成部１２ｄは、上述のように、第１の撮像素子部２１の「Ｒ」、「Ｇ」、「Ｂ」の画素２１０Ａからの第１の画素信号に基づき、イエロー、シアン、およびマゼンタの仮想画素信号を生成する。図１２に示す画像処理部１４は、第１の撮像素子部２１の「Ｒ」、「Ｇ」、「Ｂ」の画素２１０Ａからの画素信号に基づき、第１のＲＧＢ画像データを生成すると共に、画像生成部１２ｄからのイエロー、シアン、およびマゼンタの仮想画素信号に基づいてＣＭＹ画像データを生成し、このＣＭＹ画像データを表色系変換処理によって第２のＲＧＢ画像データに変換する。
画像処理部１４は、第１のＲＧＢ画像データと第２のＲＧＢ画像データとから、高解像度のＲＧＢ画像データを生成する。

次に、第２の実施の形態の第１の変形例を説明する。
上述の実施の形態では、イエロー（Ｙｅ）の仮想画素とシアン（Ｃｙ）の仮想画素とマゼンタ（Ｍｇ）の仮想画素を設定したが、第１の変形例では、マゼンタ（Ｍｇ）の仮想画素の設定に代えて、（Ｒ＋Ｂ＋Ｇ＋Ｇ）の仮想画素を設定する。なお、（Ｒ＋Ｂ＋Ｇ＋Ｇ）のうちの（Ｒ＋Ｂ＋Ｇ）は、白色（Ｗ）に相当するので、（Ｒ＋Ｂ＋Ｇ＋Ｇ）を（Ｗ+Ｇ）と記す。図２１は、２行×２列の４つの画素２１０Ａの中心位置に設定された（Ｒ＋Ｂ＋Ｇ＋Ｇ）の仮想画素２７４Ａおよびその重心位置２７４ａを示している。
（Ｗ＋Ｇ）の仮想画素２７４Ａは、２行×２列の４つの画素２１０Ａの、左上の画素２１０Ａの第４の光電変換領域２５９と、左下の画素２１０Ａの第３の光電変換領域２５８と、右上の画素２１０Ａの第２の光電変換領域２５７と、右下の画素２１０Ａの第１の光電変換領域２５６と、から構成される。

画像生成部１２ｄは、図２１において、たとえば１行１列目の「Ｇ」画素２１０Ａの第４の光電変換領域２５９からの光電変換信号と、２行１列目の「Ｒ」画素２１０Ａの第３の光電変換領域２５８からの光電変換信号と、１行２列目の「Ｂ」画素２１０Ａの第２の光電変換領域２５７からの光電変換信号と、２行２列目の「Ｇ」画素２１０Ａの光第１の電変換領域２５６からの光電変換信号とを加算して加算画素信号を生成する。この加算画素信号は、（Ｒ＋Ｂ＋Ｇ＋Ｇ）の仮想画素２７４Ａの仮想画素信号である。
第１の撮像素子部２１の撮像面の全体にわたって、（Ｗ＋Ｇ）の仮想画素２７４Ａを設定して、仮想画素信号を生成する。

第２の実施の形態と同様に、図１７に示したイエロー（Ｙｅ）の仮想画素２７１Ａ、２７１Ｂが設定され、その仮想画素信号が生成される。また、図１８に示したシアンの仮想画素２７２Ａ，２７２Ｂが設定され、その仮想画素信号が生成される。

図２２は、第１の撮像素子部２１の「Ｒ」、「Ｇ」、「Ｂ」画素２１０Ａの画素重心位置と、イエロー、シアン、および（Ｗ+Ｇ）の仮想画素の画素重心位置とを示した図である。図２２において、緑の画素信号を出力する「Ｇ」画素２１０Ａの重心位置２８１と、青の画素信号を出力する「Ｂ」画素２１０Ａの重心位置２８２と、赤の画素信号を出力する「Ｒ」画素２１０Ａの重心位置２８３とが、図１３（ａ）の「Ｇ」、「Ｂ」、「Ｒ」画素２１０Ａの配列に従って配列されている。

イエローの仮想画素信号を出力する仮想画素の重心位置２８４と、シアンの仮想画素信号を出力する仮想画素の重心位置２８５と、（Ｗ+Ｇ）の仮想画素信号を出力する仮想画素の重心位置２８７とが、それぞれ、図１７に示した画素重心２７１ａ，２７１ｂ、図１８に示した画素重心２７２ａ，２７２ｂ、図２１に示した各画素重心２７４ａに従い、「Ｇ」画素の重心位置２８１と「Ｂ」画素の重心位置２８２と「Ｒ」画素の重心位置２８３との各々の周囲に位置している。

このように、行方向、列方向および対角方向について、緑「Ｇ」、青「Ｂ」、および赤「Ｒ」の画素２１０Ａの画素重心２８１，２８２，２８３の半分のピッチでイエロー、シアン、および（Ｗ+Ｇ）の仮想画素の画素重心２８４、２８５、２８７が配列されている。

図１２に示した画像生成部１２ｄは、上述のように、第１の撮像素子部２１の「Ｒ」、「Ｇ」、「Ｂ」の画素２１０Ａからの第１の画素信号に基づき、イエロー、シアン、および（Ｗ+Ｇ）の仮想画素信号を生成する。図１２に示す画像処理部１４は、第１の撮像素子部２１の「Ｒ」、「Ｇ」、「Ｂ」の画素２１０Ａからの画素信号に基づき、第１のＲＧＢ画像データを生成すると共に、画像生成部１２ｄからのイエロー、シアン、および（Ｗ+Ｇ）の仮想画素信号に基づいてＣＭＹ画像データを生成し、このＣＭＹ画像データを表色系変換処理によって第２のＲＧＢ画像データに変換する。
画像処理部１４は、第１のＲＧＢ画像データと第２のＲＧＢ画像データとから、高解像度のＲＧＢ画像データを生成する。

次に第２の実施の形態の第２の変形例を説明する。
第２の実施の形態では、第１の撮像素子部２１の画素の光電変換領域からの光電変換信号から仮想画素の仮想画素信号を生成して、第１の撮像素子部２１の各画素の画素信号とその仮想画素信号とに基づいて、高解像度の画像データを生成するものであった。第２の変形例は、第１の撮像素子部２１の画素の光電変換領域からの光電変換信号から仮想画素の仮想画素信号を生成して、この仮想画素信号と第２の撮像素子部２２の各画素の画素信号とに基づき高解像度の画像データを生成する。

画像生成部１２ｄが、第１の撮像素子部２１の各画素の光電変換領域からの光電変換信号に基づき、イエロー（Ｙｅ）、シアン（Ｃｙ）、およびマゼンタ（Ｍｇ）又は（Ｗ+Ｇ）の仮想画素信号を生成する。第２の撮像素子部２２の「Ｙｅ」、「Ｃｙ」、「Ｍｇ」の画素２２０は、イエロー（Ｙｅ）、シアン（Ｃｙ）、およびマゼンタ（Ｍｇ）の第２の画素信号を出力する。画像処理部１４は、第２の撮像素子部２２からの第２の画素信号と、イエロー、シアン、およびマゼンタ又は（Ｗ＋Ｇ）の仮想画素信号とに基づいて、高解像度の画像データを生成する。

次に、第２の実施の形態に関する第３の変形例を説明する。
（１）上述した第２の実施の形態では、画素２１０Ａが行方向および列方向に２行２列に配置された第１乃至第４の部分電極２３４ａ，２３４ｂ，２３４ｃ，２３４ｄを有している。しかし、画素２１０Ａが行方向、または列方向に並んだ２つの部分電極を有するように第１の撮像素子部２１を構成してもよい。画素２１０Ａが行方向に並んだ第１および第２の部分電極を有する場合には、互いに隣り合う分光感度の異なる画素２１０Ａのうちの、一方の画素２１０Ａの第２の部分電極、すなわち第２の光電変換領域と、他方の画素２１０Ａの第１の部分電極（前記一方の画素の第２の部分電極に近い方の部分電極）、すなわち第１の光電変換領域とから、仮想画素を構成すると共に、互いに隣り合う分光感度の異なる画素２１０Ａのうちの、一方の画素２１０Ａの第１の部分電極、すなわち第１の光電変換領域と、他方の画素２１０Ａの第２の部分電極（前記一方の画素の第１の部分電極に近い方の部分電極）、すなわち第２の光電変換領域とから、仮想画素を構成する。
このように、画素２１０が行方向に並んだ第１および第２の部分電極を有する場合には、行方向に隣接する分光感度の異なる画素２１０Ａの中間位置に仮想画素を設定することができ、この仮想画素信号を用いて、第１又は第２の撮像素子部２１，２２の第１又は第２の画素信号に基づく画像データの行方向の解像度を高めることができる。
画素２１０Ａが列方向に並んだ第１および第２の部分電極を有する場合には、列方向に隣接する分光感度の異なる画素２１０Ａの中間位置に仮想画素を設定することができ、この仮想画素信号を用いて、第１又は第２の撮像素子部２１，２２の第１又は第２の画素信号に基づく画像データの列方向の解像度を高めることができる。

次に、第２の実施の形態に関する第４の変形例を説明する。
（２）上述した第２の実施の形態では、互いに行方向に隣り合う分光感度の異なる２つの画素２１０Ａから仮想画素を設定し、互いに列方向に隣り合う分光感度の異なる２つの画素２１０Ａから仮想画素を設定し、対角方向に隣り合う分光感度の異なる２つの画素２１０Ａから仮想画素を設定した。しかし、少なくとも、行方向、列方向および対角方向の３方向のいずれか一方向に関して、隣り合う分光感度の異なる２つの画素２１０Ａの中間位置に仮想画素を設定するようにしてもよい。

上述した第２の実施の形態では、第１の実施の形態の作用効果に加えて、次の作用効果を奏する。
（１）画素２１０Ａが行方向および列方向に２行２列に配置された第１乃至第４の部分電極２３４ａ，２３４ｂ，２３４ｃ，２３４ｄを有するように第１の撮像素子部２１を構成した。画像生成部１２ｄは、互いに行方向に隣り合う分光感度の異なる画素２１０Ａについて、一方の画素２１０Ａの第１乃至第４の部分電極２３４ａ〜２３４ｄのうち、他方の画素２１０Ａに近い２つの部分電極に基づく２つの光電変換信号と、当該他方の画素２１０Ａの第１乃至第４の部分電極２３４ａ〜２３４ｄのうち、当該一方の画素２１０Ａに近い２つの部分電極に基づく２つの光電変換信号と、を加算して、加算画素信号を生成する。また、画像生成部１２ｄは、互いに列方向に隣り合う分光感度の異なる画素２１０Ａについて、一方の画素の第１乃至第４の部分電極２３４ａ〜２３４ｄのうち、他方の画素２１０Ａに近い２つの部分電極に基づく２つの光電変換信号と、当該他方の画素２１０Ａの第１乃至第４の部分電極２３４ａ〜２３４ｄのうち、当該一方の画素２１０Ａに近い２つの部分電極に基づく２つの光電変換信号と、を加算して、加算画素信号を生成する。
これにより、画素と仮想画素との行方向および列方向における配列ピッチを半分の長さにできるので、１回の撮像で得られる画像データの解像度を高めることができ画像の画質を向上できる。

（２）上述した第１の画像信号と、イエロー、シアン、およびマゼンタの仮想画素信号とに基づいて、画像処理部１４が画像データを生成するように構成した。これにより、単に第１の画像信号に基づいて生成した画像データと比べて解像度が高い画像データが得られる。

−−−第３の実施の形態−−−
図２３〜２５を参照して、第３の実施の形態を説明する。以下の説明では、第１または第２の実施の形態と同じ構成要素には同じ符号を付して相違点を主に説明する。特に説明しない点については、第１または第２の実施の形態と同じである。本実施の形態では、以下のようにして、ハイダイナミックレンジ画像を取得する。

図２３は、第３の実施の形態によるデジタルカメラ１の構成を例示する図である。図１２に示した第２の実施の形態によるデジタルカメラ１の構成との違いは、制御部１２がさらに露出制御部１２ｅを機能的に有する点である。露出制御部１２ｅは、後述するように、第１および第２の撮像素子部２１，２２における露出パラメータを制御する。なお、第１および第２の撮像素子部２１，２２は、第１の実施の形態と同様に、互いに同時に撮像動作、すなわち露光操作を開始する。

第３の実施の形態の第１および第２の撮像素子部２１，２２の構成は、図１３〜１６に示した第２の実施の形態の第１および第２の撮像素子部２１，２２の構成と同じである。すなわち、第１の撮像素子部２１の各画素２１０Ａは、図１４に示したように第１乃至第４の部分電極２３４ａ，２３４ｂ，２３４ｃ，２３４ｄを有し、これによって図１６に示したように第１乃至第４の光電変換領域２５６，２５７，２５８，２５９を有する。他方、第２の撮像素子部２２の各画素２２０は、たとえば図５に示したような一つの光電変換部を有する。

−−−第１および第２の撮像素子部２１，２２の露出制御について−−−
露出制御部１２ｅは、たとえば第２の撮像素子部２２によって所定の時間間隔（たとえば６０コマ／毎秒）で繰り返し撮像して得られたスルー画像から検出した被写体輝度に基づき、適正露出となる露光時間、すなわち各画素の電荷蓄積時間、および撮像素子部２２の感度、すなわち増幅回路２３における増幅率を算出する。そして、露出制御部１２ｅは、第２の撮像素子部２２における露光時間を適正露出となる露光時間に設定するとともに、増幅回路２３における増幅率を適正露出となる増幅率に設定する。

また、露出制御部１２ｅは、第１の撮像素子部２１の各画素２１０Ａの第１乃至第４の光電変換領域の一部を適正露光時間よりもアンダーな露光時間で、その残部を適正露光時間よりもオーバーな露光時間で制御する。詳述すると、図２４は、第１の撮像素子部２１の画素２１０Ａの一部である２行×２列の画素２１０Ａを示したもので、露出制御部１２ｅは、各画素２１０Ａの第１乃至第４の光電変換領域２５６〜２５９のうち、一方の対角方向に配置された第１および第４の光電変換領域２５６，２５９の露光時間（電荷蓄積時間）を、適正露光時間よりも短い露光時間に設定し、他方の対角方向に配置された第２および第３の光電変換領域２５７，２５８の露光時間（電荷蓄積時間）を、適正露出時間よりも長い露光時間に設定する。

第１および第２の撮像素子部２１，２２は、上述のようにして設定された露光時間で、撮像が同時に開始される、すなわち露光（電荷蓄積）が同時に開始される。これにより、第２の撮像素子部２２の各画素２２０からの画像信号は、適正露出で撮像された画像信号となり、また、第１の撮像素子部２１の各画素２１０Ａの第１および第４の光電変換領域２５６，２５９からの光電変換信号が露出アンダーで撮像された光電変換信号となり、第２および第３の光電変換領域２５７，２５８からの光電変換信号が露出オーバーの光電変換信号となる。

画像生成部１２ｄは、第１および第４の光電変換領域２５６，２５９からの各光電変換信号を画素２１０Ａ毎に加算することで、露出アンダーの画素信号を生成し、第２および第３の光電変換領域２５７，２５８からの各光電変換信号を画素２１０Ａ毎に加算することで、露出オーバーの画素信号を生成する。

画像処理部１４は、第１の撮像素子部２１からの露出アンダーおよび露出オーバーの画素信号と、第２の撮像素子部２２からの適正露出の画素信号とに基づいて、ダイナミックレンジが拡張されたハイダイナミックレンジ画像を合成する。すなわち、画像処理部１４は、低輝度の領域については露出オーバーの状態の画素信号を用い、高輝度の領域については露出アンダーの状態の画素信号を用い、中輝度の領域については第２の撮像素子部２２からの適正露出の画素信号を用いて画像データを生成する。これにより、白飛びや黒つぶれが抑止され、ハイダイナミックレンジの画像データを生成することができる。

なお、本実施の形態では、露出アンダーの画素信号は、図２４（ａ）に示したように各画素の対角線方向に並んだ第１および第４の光電変換領域２５６，２５９からの光電変換信号に基づき生成し、露出オーバーの画素信号は、図２４（ｂ）に示したように各画素の対角線方向に並んだ第２および第３の光電変換領域２５７，２５８からの光電変換信号に基づき生成した。この理由は、第１および第４の光電変換領域２５６，２５９にそれぞれ入射する二つの光束が撮影光学系の射出瞳を通過する二つの領域と、第２および第３の光電変換領域２５７，２５８にそれぞれ入射する二つの光束が撮影光学系の射出瞳を通過する二つの領域とが、互いに偏ることを防ぐためである。

なお、露出アンダーの画素信号を生成する画素２１０Ａの光電変換領域２５６，２５９の面積、および露出オーバーの画素信号を生成する画素２１０Ａの光電変換領域２５７，２５８の面積は、第２の撮像素子部２２からの適正露出の画素信号を生成する光電変換領域の面積の半分である。そこで、この面積の相違の影響を無くすために、画像生成部１２ｄは、露出アンダーの画素信号および露出オーバーの画素信号を２倍に増幅してもよい。

（１）次に、第３の実施の形態の第１の変形例を説明する。上述の第３の実施の形態では、アンダー露出の画素信号およびオーバー露出の画素信号を露光時間（電荷蓄積時間）の制御によって生成したが、その代わり、または、それに加えて、撮像素子部の感度、すなわち画素信号に対する増幅率の制御によって、生成してもよい。
すなわち、第２の撮像素子部２２の各画素２２０の画素信号に対する増幅率を適正露出を与える第１の増幅率とし、第１の撮像素子部２１の画素２１０Ａの光電変換領域２５６，２５９の光電変換信号に対する増幅率を第１の増幅率よりも小さい増幅率とし、第１の撮像素子部２１の画素２１０Ａの光電変換領域２５７，２５８の光電変換信号に対する増幅率を第１の増幅率よりも大きい増幅率とする。

（２）上述した第３の実施の形態では、各画素２１０Ａが行方向および列方向に２行２列に配置された第１乃至第４の部分電極２３４ａ，２３４ｂ，２３４ｃ，２３４ｄを有するように第１の撮像素子部２１が構成されている。しかし、各画素２１０Ａが、たとえば行方向、または列方向に並んだ第１および第２の部分電極を有するように第１の撮像素子部２１を構成してもよい。この場合には、第１の部分電極がカバーする有機光電変換膜２３０の領域に対応する第１の光電変換領域と、第２の部分電極がカバーする有機光電変換膜２３０の領域に対応する第２の光電変換領域とで、異なる露光時間に設定することで、上述したように、露出アンダーの状態および露出オーバーの状態の画像信号を得ることができる。

（３）また、各画素２１０Ａにおける部分電極の数を４からさらに増やしてもよい。たとえば、図２５（ａ）に示すように、各画素２１０Ａにおいて、行方向および列方向に４行４列に配置された第１乃至第１６の部分電極２３５ａ〜２３５ｐ、すなわち第１乃至第１６の光電変換領域１２５１〜１２６６を設けてもよい。この場合には、図２５（ｂ）に示すように、斜線を付した第１、第３、第６、第８、第９、第１１、第１４、第１６の光電変換領域１２５１，１２５３，１２５６，１２５８，１２５９，１２６１，１２６４，１２６６からの光電変換信号から露出アンダーの画素信号を生成する。また、第２、第４、第５、第７、第１０、第１２、第１３、第１５の光電変換領域１２５２，１２５４，１２５５，１２５７，１２６０，１２６２，１２６３，１２６５からの光電変換信号から露出オーバーの画素信号を生成する。

このように、露出アンダーの画素信号を生成する第１、第３、第６、第８、第９、第１１、第１４、第１６の光電変換領域１２５１，１２５３，１２５６，１２５８，１２５９，１２６１，１２６４，１２６６と、露出オーバーの画素信号を生成する第２、第４、第５、第７、第１０、第１２、第１３、第１５の光電変換領域１２５２，１２５４，１２５５，１２５７，１２６０，１２６２，１２６３，１２６５とは、市松模様を呈するように分布している。これにより、露出アンダーの画素信号を生成する第１、第３、第６、第８、第９、第１１、第１４、第１６の光電変換領域１２５１，１２５３，１２５６，１２５８，１２５９，１２６１，１２６４，１２６６の各々は、互いに行方向又は列方向に隣接することがなく、同様に、露出オーバーの画素信号を生成する第２、第４、第５、第７、第１０、第１２、第１３、第１５の光電変換領域１２５２，１２５４，１２５５，１２５７，１２６０，１２６２，１２６３，１２６５の各々も、互いに行方向又は列方向に隣接することがない。

（４）上述した第３の実施の形態では、各画素２１０Ａの第１乃至第４の光電変換領域を、露光時間または感度の異なる第１グループ（第１および第４の光電変換領域）と第２グループ（第２および第３の光電変換領域）とに分けて露出アンダーの画素信号と露出オーバーの画素信号とをそれぞれ生成したが、グループ数は２に限らない。たとえば、各画素２１０Ａにおける部分電極（光電変換領域）の数を増やし、露光時間又は感度の異なる３以上のグループを設定するようにしてもよい。これにより、適正露出よりもアンダーまたはオーバーな露出の３以上の画素信号を生成することができ、より一層ハイダイナミックレンジの画像データを生成することができる。

（５）上述した第３の実施の形態では、第２の撮像素子部２２における露光時間を適正露出となる露光時間に設定したが、第１の撮像素子部２１の第１および第２グループの一方のグループの光電変換領域の露光時間を適正露光時間に設定してもよい。そして、他方のグループの光電変換領域の露光時間を、たとえば適正露光時間よりも短い露光時間に設定し、第２の撮像素子部２２における露光時間を、たとえば適正露光時間よりも長い露光時間に設定してもよい。

（６）第２の撮像素子部２２は、上述した第３の実施の形態では半導体基板に形成されたフォトダイオードを光電変換部として備えるものであるが、第１の撮像素子部２１と同様に有機光電変換膜を光電変換部として備えるものであってもよい。

（７）上述した第３の実施の形態では、暗い領域については露出オーバーの状態の画像信号を用い、明るい領域については露出アンダーの状態の画像信号を用い、その他の明るさの領域については第２の撮像素子部２２からの画像信号を用いて画像データを生成するように構成したが、白飛びや黒つぶれが生じるような暗い領域や明るい領域が存在しない場合には、画像処理部１４が、露出オーバーの状態の画像信号や露出アンダーの状態の画像信号を用いずに、第２の撮像素子部２２からの画像信号だけを用いて画像データを生成するようにしてもよい。

上述した第３の実施の形態では、第１および第２の実施の形態の作用効果に加えて、次の作用効果を奏する。
（１）各画素２１０Ａの第１乃至第４の光電変換領域を第１グループと第２グループとに分けて設定した。そして、第１グループと第２グループとで、異なる露光時間又は異なる増幅率で撮像するように構成した。これにより、露光条件の異なる２種類の画像信号を得ることができるので、白飛びや黒つぶれが抑止された、ダイナミックレンジを拡張した画像データを生成することが可能となる。

（２）第２の撮像素子部２２の各画素２２０の光電変換領域の面積は、第１の撮像素子部２１の画素２１０Ａの光電変換領域２５６，２５９の合計面積、および光電変換領域２５７，２５８の合計面積よりも大きいので、第２の撮像素子部２２における露光時間又は増幅率を、適正露出となるように設定した。これにより、第２の撮像素子部２２で撮像して得られる画像データの露出状態が適正となり、ハイダイナミックレンジ画像の合成の基になる画像の画質が向上するので、ハイダイナミックレンジ画像の画質も向上する。

（３）第１の撮像素子部２１からの露出アンダーの状態および露出オーバーの状態の画素信号と、第２の撮像素子部２２からの適正露出で撮像された画素信号とに基づいて、ダイナミックレンジが拡張されたハイダイナミックレンジ画像を合成するように構成した。これにより、ハイダイナミックレンジ画像を容易に得られる。

（４）第１の撮像素子部２１と第２の撮像素子部２２とは、同時に露光が開始されるので、適正露出の画像データもアンダー露出の画像データもオーバー露出の画像データも同一被写体に関する画像であり、被写体が動いていても、被写体像が鮮明なハイダイナミックレンジ画像が得られる。

なお、上述した各実施の形態および変形例は、それぞれ組み合わせてもよい。

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２７３０号（２０１６年１月８日出願）

１；デジタルカメラ、１０；撮影光学系、１１；撮像部、１２；制御部、１２ｂ；画像合成部、１２ｃ；輝度検出部、１２ｄ；画像生成部、１２ｅ；露出制御部、１４；画像処理部、２１；第１の撮像素子部、２２；第２の撮像素子部、２３；増幅部、２５；部分電極制御部、２６；読み出し部、２１０，２１０Ａ，２２０；画素、２３０；有機光電変換膜、２３２；部分電極、２３２ａ，２３４ａ；第１の部分電極、２３２ｂ，２３４ｂ；第２の部分電極、２３２ｃ，２３４ｃ；第３の部分電極、２３４ｄ；第４の部分電極、２５１，２５６；第１の光電変換領域、２５２，２５７；第２の光電変換領域、２５３，２５８；第３の光電変換領域、２５９；第４の光電変換領域

Claims (21)

1. 入射した光を光電変換する光電変換層と、
   前記光電変換層の一方の面に設けられた第１電極と、
   前記一方の面に設けられ、前記第１電極の周囲を取り囲む第２電極と、を備える撮像素子。
2. 請求項１に記載の撮像素子において、
   前記第２電極は、前記第１電極の全周囲を取り囲む撮像素子。
3. 請求項１または請求項２に記載の撮像素子において、
   前記第１電極および第２電極は、同心円状に設けられている撮像素子。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の撮像素子において、
   前記一方の面に設けられ、前記第２電極の周囲を取り囲む第３電極をさらに備える撮像素子。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の撮像素子において、
   前記光電変換層と前記第１電極および第２電極とを有する第１画素が複数配置された第１の撮像素子部と、
   前記第１の撮像素子部の前記光電変換層と前記第１電極および第２電極とを透過した透過光を受光する第２画素が複数配置された第２の撮像素子部とを備える撮像素子。
6. 請求項５に記載の撮像素子において、
   前記第２の撮像素子部は、前記第２画素が半導体基板上に形成されている撮像素子。
7. 請求項５に記載の撮像素子において、
   前記第２の撮像素子部の各第２画素は、撮影光学系の開放Ｆ値の瞳領域を通過した光束を受光する光電変換部を有する撮像素子。
8. 請求項５乃至７のいずれか一項に記載の撮像素子と、
   前記第１画素の前記第１電極および第２電極の一方に基づく光電変換信号によって、第１の被写界深度を有する第１の画像データを生成する第１の画像データ生成部と、
   前記第２画素の光電変換部に基づく光電変換信号によって、第２の被写界深度を有する第２の画像データを生成する第２の画像データ生成部とを備える撮像装置。
9. 請求項８に記載の撮像装置において、
   前記第１画素の前記第１電極および第２電極の一方に基づく光電変換信号と、前記第２画素の前記光電変換部に基づく光電変換信号とによって、第１および第２の被写界深度を有する第３の画像データを生成する第３の画像データ生成部をさらに備える撮像装置。
10. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の撮像素子を備え、
    前記撮像素子は、前記光電変換層と、前記第１電極および第２電極とを有する第１画素が複数配置された第１の撮像素子部を備え、
    前記第１の撮像素子部の撮像面における被写体の輝度を検出する輝度検出部と、
    前記輝度検出部で検出した前記被写体の輝度に応じて、前記第１電極および第２電極の一方または両方に基づく光電変換信号を読み出す読み出し部とをさらに備える撮像装置。
11. 請求項１０に記載の撮像装置において、
    前記読み出し部によって読み出された前記光電変換信号を補正する補正部を更に備え、
    前記輝度検出部は、前記第１画素毎の被写体輝度を検出し、
    前記読み出し部は、前記輝度検出部によって検出された前記第１画素における被写体輝度が所定の輝度以上であると検出された場合に、前記第１電極および第２電極の一方に基づく光電変換信号を読み出し、前記輝度検出部によって検出された前記第１画素における被写体輝度が前記所定の輝度よりも小さい輝度であると検出された場合に、前記第１電極および第２電極の両方に基づく光電変換信号を読み出し、
    前記補正部は、前記輝度検出部によって検出された前記第１画素毎の被写体輝度に応じて前記光電変換信号を補正する撮像装置。
12. 入射した光を光電変換する光電変換層と、第１電極および第２電極とを有する画素が複数配置され、前記画素が、分光感度が異なる複数種の画素を含む撮像素子と、
    互いに隣り合う分光感度の異なる画素について、一方の画素の前記第１電極および第２電極のうち、他方の画素に近い方の電極に基づく光電変換信号と、当該他方の画素の前記第１電極および第２電極のうち、当該一方の画素に近い方の部分電極に基づく光電変換信号とを加算する加算部とを備える撮像装置。
13. 請求項１２に記載の撮像装置において、
    前記画素は、行方向および列方向に配置され、
    前記画素は、さらに第３電極および第４電極を有し、前記第１乃至第４電極が行方向および列方向に２行２列に配置され、
    前記加算部は、互いに行方向に隣り合う分光感度の異なる画素について、一方の画素の前記第１乃至第４電極のうち、他方の画素に近い２つの電極に基づく２つの光電変換信号と、当該他方の画素の前記第１乃至第４電極のうち、当該一方の画素に近い２つの電極に基づく２つの光電変換信号とを加算して第１の加算光電変換信号を生成すると共に、互いに列方向に隣り合う分光感度の異なる画素について、一方の画素の前記第１乃至第４電極のうち、他方の画素に近い２つの電極に基づく２つの光電変換信号と、当該他方の画素の前記第１乃至第４電極のうち、当該一方の画素に近い２つの電極に基づく２つの光電変換信号とを加算して第２の加算光電変換信号を生成する撮像装置。
14. 請求項１３に記載の撮像装置において、
    前記加算部は、画素内の前記第１乃至第４電極に基づく４つの光電変換信号を加算して第３の加算光電変換信号を生成し、
    前記第１および第２の加算光電変換信号の少なくとも一方と、前記第３の加算光電変換信号とに基づいて、画像データを生成する画像データ生成部をさらに備える撮像装置。
15. 請求項１３に記載の撮像装置において、
    前記撮像素子は、前記光電変換層と前記第１乃至第４電極とを有する第１画素が行方向および列方向に配置された第１の撮像素子部と、前記第１の撮像素子部の前記光電変換層と前記第１乃至第４電極とを透過した透過光を受光する第２画素が行方向および列方向に配置された第２の撮像素子部とを有し、
    前記第１および第２の加算光電変換信号の少なくとも一方と、前記第２画素の光電変換部に基づく光電変換信号とに基づいて、画像データを生成する画像データ生成部をさらに備える撮像装置。
16. 複数の第１画素を有し、前記複数の第１画素の各々が第１および第２の光電変換領域を有する第１の撮像素子部と、
    前記複数の第１画素の各々を透過した透過光をそれぞれ受光する複数の第２画素を有する第２の撮像素子部と、
    前記第２画素を第１の露出値で露出制御すると共に、前記第１画素について前記第１の光電変換領域を前記第１の露出値よりも大きい第２の露出値で露出制御し、前記第２の光電変換領域を前記第１の露出値よりも小さい第３の露出値で露出制御する露出制御部と、を備える撮像装置。
17. 複数の第１画素を有する第１の撮像素子部と、
    前記複数の第１画素の各々を透過した透過光をそれぞれ受光する複数の第２画素を有し、前記第２画素が第１および第２の光電変換領域を有する第２の撮像素子部と、
    前記第１画素を第１の露出値で露出制御すると共に、前記第２画素について前記第１の光電変換領域を前記第１の露出値よりも大きい第２の露出値で露出制御し、前記第２の光電変換領域を前記第１の露出値よりも小さい第３の露出値で露出制御する露出制御部と、を備える撮像装置。
18. 請求項１６または請求項１７に記載の撮像装置において、
    前記第１の露出値は、適正露出値である撮像装置。
19. 請求項１６に記載の撮像装置において、
    前記第１画素は、前記第１の光電変換領域に基づく第１の光電変換信号と前記第２の光電変換領域に基づく第２の光電変換信号とを出力し、
    前記第２画素は、第３の光電変換信号を出力し、
    前記第１、第２、および第３の光電変換信号に基づきそれぞれ第１、第２、および第３の画像データを生成し、前記第１、第２、および第３の画像データを合成する画像データ生成部をさらに備える撮像装置。
20. 請求項１７に記載の撮像装置において、
    前記第１画素は、第１の光電変換信号を出力し、
    前記第２画素は、前記第１の光電変換領域に基づく第２の光電変換信号と前記第２の光電変換領域に基づく第３の光電変換信号とを出力し、
    前記第１、第２、および第３の光電変換信号に基づきそれぞれ第１、第２、および第３の画像データを生成し、前記第１、第２、および第３の画像データを合成する画像データ生成部をさらに備える撮像装置。
21. 請求項１６乃至２０のいずれか一項に記載の撮像装置において、
    前記第１および第２の光電変換領域の各々が複数の部分領域を有し、
    前記第１の光電変換領域の前記部分領域と前記第２の光電変換領域の前記部分領域は、互いに市松模様を呈するように配置される撮像装置。

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