WO2012014553A1 - 撮像装置及び撮像方法 - Google Patents

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WO2012014553A1
WO2012014553A1 PCT/JP2011/061558 JP2011061558W WO2012014553A1 WO 2012014553 A1 WO2012014553 A1 WO 2012014553A1 JP 2011061558 W JP2011061558 W JP 2011061558W WO 2012014553 A1 WO2012014553 A1 WO 2012014553A1
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WO
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exposure
photoelectric conversion
exposure period
period
imaging device
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PCT/JP2011/061558
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English (en)
French (fr)
Inventor
小林　誠
Original Assignee
富士フイルム株式会社
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Publication date
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/50—Control of the SSIS exposure
    • H04N25/57—Control of the dynamic range
    • H04N25/58—Control of the dynamic range involving two or more exposures
    • H04N25/581—Control of the dynamic range involving two or more exposures acquired simultaneously
    • H04N25/583—Control of the dynamic range involving two or more exposures acquired simultaneously with different integration times
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/40—Extracting pixel data from image sensors by controlling scanning circuits, e.g. by modifying the number of pixels sampled or to be sampled
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N2101/00—Still video cameras

Definitions

  • the present invention relates to an imaging device and an imaging method.
  • CMOS Complementary Metal Oxide Semiconductor
  • Patent Document 1 describes an imaging device including a solid-state imaging device having pixels that perform long-time exposure and pixels that start short-time exposure in the middle of a long-time exposure period.
  • the imaging apparatus combines an image obtained by long-time exposure and an image obtained by short-time exposure to expand a dynamic range.
  • Patent Document 2 includes a solid-state imaging device in which pixels performing long-time exposure and pixels performing short-time exposure a plurality of times during long-time exposure are arranged in a checkered manner.
  • An imaging device to be mounted is described.
  • the imaging device performs camera shake correction by averaging images obtained by a plurality of short exposures.
  • the imaging device combines the image after the averaging and the image obtained by the long time exposure to expand the dynamic range.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an imaging device and an imaging method capable of obtaining a plurality of types of image data having different dynamic ranges in one shooting.
  • An imaging device includes a solid-state imaging device including a plurality of first photoelectric conversion devices and a plurality of second photoelectric conversion devices arranged in a two-dimensional manner, and a plurality of first photoelectric conversion devices And exposing the plurality of second photoelectric conversion elements sequentially in a plurality of second exposure periods different in length, and the plurality of first photoelectric A first signal according to the charge stored in the conversion element, and a second signal according to the charge stored in the plurality of second photoelectric conversion elements in each of the plurality of second exposure periods And a drive unit for driving to read out, and each second exposure period has an overlap with the first exposure period.
  • At least three signals (first signal and at least two second signals) having different sensitivities can be obtained in one shooting. For this reason, for example, when there are two second exposure periods, the image data generated from the first signal and the image data generated from one of the two second signals are combined to generate the first Image data of the second dynamic range is generated by combining the image data generated from the first signal and the image data generated from the other of the two second signals. It will be possible to That is, after image capturing, it is possible to generate a plurality of image data having different dynamic ranges by image processing. Therefore, a plurality of pieces of image data having different dynamic ranges can be obtained for the same subject without performing imaging a plurality of times. As a result, the convenience of the imaging device can be improved.
  • An imaging method is an imaging method using a solid-state imaging device including a plurality of first photoelectric conversion devices and a plurality of second photoelectric conversion devices arranged in a two-dimensional manner, and the plurality of first photoelectric conversion devices While exposing the plurality of second photoelectric conversion elements sequentially in a plurality of second exposure periods having different lengths, during the first exposure period.
  • a driving step of driving to read out the second signal, and each second exposure period has an overlap with the first exposure period.
  • an imaging device and an imaging method capable of obtaining a plurality of types of image data having different dynamic ranges in one shooting.
  • FIG. 7 is a timing chart of the imaging operation of the imaging device shown in FIG.
  • FIG. 7 is a view showing a modified example of the imaging device shown in FIG. Timing chart for explaining the operation at the time of shooting of the imaging device shown in FIG. 4
  • Timing chart showing a modification of the driving method shown in FIG. 5 A diagram in which the exposure period B (2) is made the shortest period in the timing chart shown in FIG.
  • FIG. 7 shows an example of a timing chart for realizing the driving method shown in FIG. 3 by one signal readout circuit.
  • FIG. 7 shows an example of a timing chart for realizing the driving method shown in FIG. 3 by one signal readout circuit.
  • the figure which shows the modification of the solid-state image sensor shown in FIG. The figure which shows the modification of the solid-state image sensor shown in FIG.
  • a timing chart for explaining a photographing operation when the solid-state imaging device in the imaging device shown in FIG. 1 is a CCD type.
  • FIG. 1 is a functional block diagram of an imaging device 100 for explaining an embodiment of the present invention.
  • the imaging system of the imaging device 100 includes a photographing lens system 1, an aperture 2, a solid-state imaging device 5, and an analog-digital (AD) converter 6.
  • AD analog-digital
  • a diaphragm 2 is disposed at the back of the taking lens system 1.
  • the photographing lens system 1 and the stop 2 constitute a photographing optical system.
  • a solid-state image sensor 5 of CMOS type which will be described in detail later, is disposed.
  • a captured image signal corresponding to an object light image incident on the light receiving surface of the solid-state image sensor 5 through the imaging lens system 1 and the aperture stop 2 in this order is converted to digital data by the AD converter 6 and output to the bus 17 Be done.
  • the bus 17 includes a central control unit (CPU) 7 that centrally controls the entire imaging apparatus 100, an operation unit 16 including operation buttons and the like including a shutter release button, and a DSP and the like.
  • CPU central control unit
  • operation unit 16 including operation buttons and the like including a shutter release button, and a DSP and the like.
  • video encoder 15 Based on the image processing unit 9 that performs image processing on a captured image signal, a video encoder 15 that converts captured image data obtained by performing image processing on the captured image signal into data for display, and conversion by the video encoder 15
  • the driver 13 for displaying the captured image data on the display unit 14, the memory 10, and the media control unit 12 are connected.
  • a recording medium (memory card) 11 is removably attached to the media control unit 12.
  • a device control unit 8 is connected to the CPU 7.
  • the device control unit 8 performs drive control of the solid-state imaging device 5 in accordance with an instruction from the CPU 7. Further, the device control unit 8 controls the opening amount adjustment of the diaphragm 2 in accordance with an instruction from the CPU 7.
  • the device control unit 8 also performs focus position control and zoom position control of the photographing lens system 1 in accordance with an instruction from the CPU 7.
  • FIG. 2 is a schematic plan view showing a schematic configuration of the solid-state imaging device 5 in the imaging device 100 shown in FIG.
  • the solid-state imaging device 5 includes a first group including a plurality of photoelectric conversion elements 51 a (hatched), a second group including a plurality of photoelectric conversion elements 51 b, and a first group And a signal readout circuit 62b provided corresponding to the second group.
  • All photoelectric conversion elements included in the solid-state imaging device 5 are two-dimensionally arranged in the column direction Y of the surface of the semiconductor substrate and in the row direction X intersecting (in the example of FIG. 2, orthogonal) in the column direction Y.
  • the all photoelectric conversion elements are a first photoelectric conversion element row including a plurality of photoelectric conversion elements 51 a aligned in the row direction X and a second photoelectric conversion element row including a plurality of photoelectric conversion elements 51 b aligned in the row direction X And are alternately arranged at a constant pitch in the column direction Y.
  • the first photoelectric conversion element row is arranged to be shifted in the row direction X by 1/2 of the arrangement pitch of the photoelectric conversion elements of each photoelectric conversion element row in the row direction X with respect to the second photoelectric conversion element row It is done.
  • Such an arrangement can be obtained by disposing the photoelectric conversion elements 51b at a position deviated in the direction of 45 ° with respect to each photoelectric conversion element 51a disposed in a square lattice shape.
  • the photoelectric conversion elements 51b are arranged adjacent to each other in all the photoelectric conversion elements 51a in the same positional relationship.
  • Each photoelectric conversion element 51a and a photoelectric conversion element 51b adjacent to each photoelectric conversion element 51a in the same positional relationship (in the same direction) form a pair.
  • All photoelectric conversion elements included in the solid-state imaging device 5 have substantially the same configuration (design values are the same). With substantially the same configuration, the size of the photoelectric conversion region (photodiode) formed in the semiconductor substrate is substantially the same, and the opening size of the light shielding film formed above the photoelectric conversion region is also substantially the same. means.
  • a color filter R1 for transmitting red light, a color filter G1 for transmitting green light, and a color filter B1 for transmitting blue light which are arranged in a Bayer shape as a whole are provided. ing.
  • the character “R1” is attached to the photoelectric conversion element 51a provided with the color filter R1 at the upper side.
  • the character “G1” is attached to the photoelectric conversion element 51a provided with the color filter G1 at the upper side.
  • the character “B1” is attached to the photoelectric conversion element 51a provided with the color filter B1 at the upper side.
  • a color filter R2 for transmitting red light, a color filter G2 for transmitting green light, and a color filter B2 for transmitting blue light which are arranged in a Bayer shape as a whole are provided. ing.
  • the character “R2” is attached to the photoelectric conversion element 51b provided with the color filter R2 at the upper side. Further, the character “G2” is attached to the photoelectric conversion element 51b provided with the color filter G2 at the upper side. Further, the character “B2” is attached to the photoelectric conversion element 51b provided with the color filter B2 at the upper side.
  • the color filter R1 and the color filter R2 are collectively referred to as a red filter. Also, the color filter G1 and the color filter G2 are collectively referred to as a green filter. Also, the color filter B1 and the color filter B2 are collectively referred to as a blue filter.
  • the photoelectric conversion element 51a and the photoelectric conversion element 51b adjacent to each other in the same positional relationship are arranged with filters of the same color (red filter, green filter or blue filter). Therefore, in the solid-state imaging device 5, three types of pairs of filters provided in the upper side with different colors (R pair having the red filter at the top, G pair having the green filter at the top, B pair having the blue filter at the top) Is included.
  • the first photoelectric conversion element row is referred to as one line, two lines, three lines,..., N line sequentially from the top in FIG.
  • the second photoelectric conversion element row is also referred to as 1 line, 2 lines, 3 lines,..., N line in order from the top in FIG.
  • the element row is a second photoelectric conversion element row of k lines.
  • CMOS circuit (not shown) corresponding to the vicinity thereof.
  • the CMOS circuit has, for example, a 3-transistor configuration or a 4-transistor configuration.
  • the signal readout circuit 62a includes a CDS circuit 55a, a transistor 56a, an H driver 57a, a signal output line 58a, a wire 59a (only a part of which is shown), a V driver 60a and a wire 61a (only a part of which is shown). Equipped with The signal readout circuit 62a is controlled by the device control unit 8 shown in FIG.
  • a wire 61 a is connected to a CMOS circuit corresponding to a photoelectric conversion element row composed of a plurality of photoelectric conversion elements 51 a arranged in the row direction X.
  • the wiring 61a is connected to the V driver 60a.
  • the V driver 60a selects one photoelectric conversion element row consisting of a plurality of photoelectric conversion elements 51a aligned in the row direction X, and drives to read out a signal from the CMOS circuit corresponding to the selected photoelectric conversion element row to the wiring 59a. Do. Further, the V driver 60a controls the reset transistor of the CMOS circuit corresponding to the photoelectric conversion element 51a of the first group to reset the accumulated charge of the photoelectric conversion element 51a of the first group (charge of the photoelectric conversion element It also performs driving to discharge the drain of the reset transistor of the CMOS circuit.
  • the CDS circuit 55a is provided corresponding to the photoelectric conversion element row formed of the plurality of photoelectric conversion elements 51a arranged in the column direction Y.
  • the CDS circuit 55a is connected to the CMOS circuit of the photoelectric conversion element row corresponding to this via the wiring 59a.
  • the CDS circuit 55a performs correlated double sampling processing on the input signal.
  • the H driver 57a is connected to each CDS circuit 55a via the transistor 56a.
  • the H driver 57a turns on the transistor 56a to output the signal processed by the CDS circuit 55a to the signal output line 58a.
  • the signal readout circuit 62b includes a CDS circuit 55b, a transistor 56b, an H driver 57b, a signal output line 58b, a wire 59b (only a part of which is shown), a V driver 60b and a wire 61b (only a part of which is shown). Equipped with The signal readout circuit 62b is controlled by the device control unit 8 shown in FIG.
  • a wire 61 b is connected to a CMOS circuit corresponding to a photoelectric conversion element row including a plurality of photoelectric conversion elements 51 b arranged in the row direction X.
  • the wiring 61b is connected to the V driver 60b.
  • the V driver 60b selects one photoelectric conversion element row consisting of a plurality of photoelectric conversion elements 51b arranged in the row direction X one by one and reads out a signal from the CMOS circuit corresponding to the selected photoelectric conversion element row to the wiring 59b. Do. Further, the V driver 60b controls the reset transistor of the CMOS circuit corresponding to the photoelectric conversion element 51b of the second group to reset the accumulated charge of the photoelectric conversion element 51b of the second group (charge of the photoelectric conversion element It also performs driving to discharge the drain of the reset transistor of the CMOS circuit.
  • the CDS circuit 55 b is provided corresponding to the photoelectric conversion element row formed of the plurality of photoelectric conversion elements 51 b arranged in the column direction Y.
  • the CDS circuit 55b is connected to the CMOS circuit of the photoelectric conversion element row corresponding to this via the wiring 59b.
  • the CDS circuit 55b performs correlated double sampling processing on the input signal.
  • the H driver 57b is connected to each CDS circuit 55b via the transistor 56b.
  • the H driver 57b sequentially turns on the transistor 56b to output the signal processed by the CDS circuit 55b to the signal output line 58b.
  • the captured image signal can be read out simultaneously and in parallel in the first group and the second group.
  • the device control unit 8 controls the solid-state imaging element 5 to expose the photoelectric conversion elements 51a of the first group in the first exposure period, and During one exposure period, the photoelectric conversion elements 51b of the second group are sequentially exposed with a plurality of second exposure periods of different lengths.
  • the device control unit 8 converts the captured image signal corresponding to the charge stored in the photoelectric conversion element during the exposure period into the solid-state imaging element 5
  • Output from The image processing unit 9 performs image processing on at least three types of captured image signals (one obtained in the first exposure period and one obtained in the plurality of second exposure periods) output from the solid-state imaging device 5 Is performed to generate at least two types of captured image data having different sensitivities.
  • the image processing unit 9 combines the captured image data corresponding to the first exposure period and each of the plurality of types of captured image data corresponding to the second exposure period, and obtains a plurality of types of captured images having different dynamic ranges. Generate data.
  • the image processing unit 9 records a plurality of types of captured image data having different dynamic ranges in the memory card 11, and ends the shooting. By such an operation, multiple types of captured image data having different dynamic ranges can be obtained by one shooting.
  • FIG. 3 is a timing chart of the imaging operation of the imaging device 100 shown in FIG. 1, and shows the exposure period of the photoelectric conversion element 51a of the first group and the exposure period of the photoelectric conversion element 51b of the second group. Is a diagram specifically showing the relationship of. The contents of control by the device control unit 8 will be specifically described with reference to FIG. FIG. 3 shows an example in which three second exposure periods are provided during the first exposure period.
  • a quadrangle (parallelogram) marked as “first exposure period A” indicates the first exposure period of the entire first group, “B (1)”, “B (2)”,
  • the quadrangle (parallelogram) in which "B (3)" is written indicates the second exposure period of the entire second group.
  • the device control unit 8 When a photographing instruction is issued, the device control unit 8 performs rolling reset driving, which resets the accumulated charge of the photoelectric conversion element 51a of the first group by shifting the timing for each line of the photoelectric conversion element 51a, with the V driver 60a. In addition, the device control unit 8 performs rolling reset driving in which the accumulated charges of the photoelectric conversion elements 51 b of the second group are reset at different timings for each line of the photoelectric conversion elements 51 by the V driver 60 b.
  • the V driver 60a and the V driver 60b synchronize the timing of resetting the accumulated charge with the k line of the first group and the k line of the second group.
  • the photoelectric conversion elements 51a of the lines in the first group are sequentially reset and the photoelectric conversion elements 51b of the lines in the second group are sequentially reset in the period from time t1 to time t2.
  • exposure of the first exposure period A starts when reset of the accumulated charge is completed.
  • the exposure of the second exposure period B (1) starts when the reset of the accumulated charge is completed.
  • the device control unit 8 detects the charge stored in the photoelectric conversion element 51b of the second group at time t3 after a predetermined time has elapsed since exposure of one line of the first group and one line of the second group was started at time t1.
  • the signal readout circuit 62b implements a rolling readout drive that reads out a signal according to the timing of each line of the photoelectric conversion element 51b at a shifted timing.
  • a signal corresponding to the accumulated charge of the photoelectric conversion element 51b of each line of the second group is output from the solid-state imaging element 5 between time t3 and time t4.
  • exposure of the second exposure period B (1) ends when reading of a signal corresponding to the accumulated charge of the photoelectric conversion element 51b ends.
  • the device control unit 8 resets the accumulated charge of each photoelectric conversion element 51b of the line via the V driver 60b every time reading of the signal of each line is completed between time t3 and time t4. After completion, the signal readout of the next line is performed. That is, between time t3 and t4, rolling readout driving and rolling reset driving are alternately performed on the second group of photoelectric conversion elements 51b. In each line of the second group, the exposure of the second exposure period B (2) starts at the end of the reset by the rolling reset drive between the times t3 and t4.
  • the device control unit 8 performs the rolling readout drive and the rolling reset. Driving is alternately performed by the signal readout circuit 62b.
  • a signal corresponding to the accumulated charge of the photoelectric conversion element 51b of each line of the second group is output from the solid-state imaging element 5 between time t5 and time t6, and photoelectric conversion of each line of the second group is performed.
  • the accumulated charge of the conversion element 51b is reset.
  • exposure of the second exposure period B (2) is completed when readout of a signal corresponding to the accumulated charge of the photoelectric conversion element 51b is completed, and reset of the accumulated charge is completed.
  • the exposure of the second exposure period B (3) starts.
  • the device control unit 8 performs the rolling readout drive and the rolling reset. Driving is alternately performed by the signal readout circuit 62b.
  • a signal corresponding to the accumulated charge of the photoelectric conversion element 51b of each line of the second group is output from the solid-state imaging element 5 between time t7 and time t8, and photoelectric conversion of each line of the second group
  • the accumulated charge of the conversion element 51b is reset.
  • exposure of the second exposure period B (3) ends when reading of a signal corresponding to the accumulated charge of the photoelectric conversion element 51b is completed.
  • the device control unit 8 reads out a signal according to the accumulated charge of the photoelectric conversion element 51a of the first group by shifting the timing for each line of the photoelectric conversion element 51a, and performs rolling readout drive and rolling reset drive.
  • the signal read out circuit 62a alternately carries out.
  • a signal corresponding to the accumulated charge of the photoelectric conversion element 51a of each line of the first group is output from the solid-state imaging element 5 between time t7 and time t8, and photoelectric conversion of each line of the first group is performed.
  • the accumulated charge of the conversion element 51a is reset.
  • exposure of the first exposure period A ends when reading of a signal according to the accumulated charge of the photoelectric conversion element 51a is completed.
  • the V driver 60a and the V driver 60b synchronize the timing of reading out the signal according to the accumulated charge of the photoelectric conversion element between the k line of the first group and the k line of the second group during time t7 to t8.
  • the exposure of the second exposure period B (1), the second exposure period B (2), and the second exposure period B (3) is performed by the above driving. It can carry out one by one and can output four kinds of image pick-up image signals obtained by exposure of these four exposure periods from solid-state image sensing device 5.
  • the image processing unit 9 combines the captured image data corresponding to the first exposure period A and the captured image data corresponding to the second exposure period B (1) to capture an image of the first dynamic range. Generate image data. Further, the image processing unit 9 combines the captured image data corresponding to the first exposure period A and the captured image data corresponding to the second exposure period B (2) to obtain captured image data of the second dynamic range.
  • the image processing unit 9 combines the captured image data corresponding to the first exposure period A and the captured image data corresponding to the second exposure period B (3) to obtain captured image data of a third dynamic range. Generate By doing this, it is possible to easily obtain three types of captured image data having different dynamic ranges. As a result, after imaging, the user of the imaging device 100 can change the dynamic range to obtain desired imaged image data, and can reduce the chance of imaging failure.
  • FIG. 4 is a view showing a modified example of the imaging device 100 shown in FIG.
  • the imaging apparatus 200 shown in FIG. 4 is shown in FIG. 1 except that the mechanical shutter 3 is added on the light incident side of the solid-state imaging device 5 (between the diaphragm 2 and the solid-state imaging device 5 in the example of FIG. 4).
  • the configuration is the same as that of the imaging device 100.
  • the imaging apparatus 200 shown in FIG. 4 is different from the imaging apparatus 100 shown in FIG. 1 in the photographing operation.
  • the photographing operation of the imaging device 200 will be described.
  • FIG. 5 is a timing chart for explaining the operation of the imaging device 200 at the time of shooting.
  • the timing chart shown in FIG. 5 is a point at which exposure of the first exposure period A is started by performing global reset driving for simultaneously resetting the accumulated charges of all the photoelectric conversion elements 51a of the first group, and the mechanical shutter 3 is closed.
  • the point in which the driving is performed to complete the exposure in the first exposure period A is largely different from the timing chart shown in FIG.
  • the device control unit 8 When a photographing instruction is issued with the mechanical shutter 3 open, the device control unit 8 performs global reset driving with the V driver 60a, and simultaneously resets the accumulated charges of all the photoelectric conversion elements 51a.
  • exposure of the first exposure period A starts with the end of the reset.
  • the accumulated charges in the lines of the second group are sequentially reset in response to a photographing instruction, and when this reset is completed, the second exposure period B is completed.
  • the exposure of (1) starts.
  • the operation from the start of the exposure of the second exposure period B (1) to the end of the second exposure period B (2) is the same as that described with reference to FIG.
  • the device control unit 8 performs the rolling readout drive and the rolling reset. Driving is alternately performed by the signal readout circuit 62b.
  • a signal corresponding to the accumulated charge of the photoelectric conversion element 51b of each line of the second group is output from the solid-state imaging element 5 between time t7 and time t8, and photoelectric conversion of each line of the second group is performed.
  • the accumulated charge of the conversion element 51b is reset.
  • exposure of the second exposure period B (3) ends when reading of a signal corresponding to the accumulated charge of the photoelectric conversion element 51b is completed.
  • the device control unit 8 closes the mechanical shutter 3. At the time when the mechanical shutter 3 is closed, the exposure of the first exposure period A ends. After the end of the exposure in the first exposure period A, the device control unit 8 reads a captured image signal from the first group by rolling readout driving.
  • the imaging device 200 by using the mechanical shutter 3, the timing of the start and the end of the exposure can be matched for all the lines in the first group. For this reason, with respect to captured image data obtained from the first group, it is possible to eliminate distortion that occurs in a moving object specific to a CMOS sensor.
  • global reset driving can be simultaneously performed to simultaneously reset accumulated charges in all the photoelectric conversion elements 51b of the second group, and exposure of the second exposure period B (1) can also be started. Also, by closing the mechanical shutter 3, the exposure of the second exposure period B (3) can be ended. A timing chart in this case is shown in FIG.
  • the exposure time is not uniform in all the lines of the second group in the second exposure period B (1) and the second exposure period B (3).
  • the second exposure period B (1), the second exposure period B (2), and the second exposure period B (3) both The exposure time can be made uniform in all the lines of the two groups. Therefore, the image quality of a plurality of pieces of captured image data obtained from the second group can be improved.
  • FIG. 7 is a timing chart showing a modification of the driving method shown in FIG.
  • the timing chart shown in FIG. 7 starts the global reset drive and starts the exposure of the last exposure period B (3) among the plurality of second exposure periods performed during the exposure of the first exposure period A.
  • the timing chart is the same as the timing chart shown in FIG. 5 except that it is shortened in the order of B (3).
  • the operation at time t1 to t6 is the same as that described in FIG.
  • the device control unit 8 performs global reset drive for simultaneously resetting the accumulated charge of all the photoelectric conversion elements 51b. To do.
  • the exposure of the second exposure period B (3) starts when the reset of the accumulated charge of the photoelectric conversion element 51b by the global reset drive is completed.
  • the device control unit 8 drives the mechanical shutter 3 to close at time t8 after a lapse of time shorter than the second exposure period B (2) since the exposure of the third exposure period B (3) starts. I do. At the time when the mechanical shutter 3 is closed, the exposure of the first exposure period A and the exposure of the second exposure period B (3) are completed. After completion of the exposure in the first exposure period A, the device control unit 8 reads out the captured image signals from the first group and the second group by rolling readout driving.
  • the timing of the start and end of exposure in the last exposure period among the plurality of second exposure periods is made to coincide in all the lines of the second group. be able to. Therefore, distortion does not occur in the captured image data obtained in the second exposure period B (3), and the image quality can be improved.
  • the shortest period (the exposure period with the highest possibility of distortion) among the plurality of second exposure periods comes to the position of the last exposure period B (3) shown in FIG. By doing this, it is possible to minimize the image quality deterioration when shooting a moving subject.
  • the mechanical shutter 3 controls the exposure end timing in the final exposure period B (3).
  • the lower limit which can shorten the last exposure period B (3) is determined by the variation of the mechanical shutter 3. Therefore, in order to realize a shorter exposure period, it is possible to control the start and end timings of the exposure period by electrical driving, other than the last exposure period of the plurality of second exposure periods.
  • the exposure period is preferably the shortest exposure period.
  • the case where the exposure period B (2) is the shortest period in the timing chart shown in FIG. 7 corresponds to this.
  • the exposure period is extremely short, it is the same as in the case of shooting with a high speed shutter. For this reason, even for a moving subject, distortion of an image specific to a CMOS sensor is less likely to occur.
  • the photographed image data obtained from the first group is an image corresponding to the average of the image photographed at the start time of the first exposure period A and the image photographed at the end time. Therefore, as shown in FIG. 8, by bringing the exposure period B (2) to the vicinity of the middle of the first exposure period A, the captured image data obtained in the exposure period A and the exposure period B (2) are obtained.
  • the correlation with the captured image data can be enhanced. For this reason, it is particularly preferable to set the exposure period other than the first and the last exposure period among the plurality of second exposure periods as the shortest exposure period. More preferably, the half of the exposure period A coincides with the half of the shortest exposure period.
  • the signal readout circuit 62a and the signal readout circuit 62b are separately provided in the first group and the second group, but it is needless to say that they may be one to constitute a general MOS sensor. Good.
  • the second exposure after the rolling reset driving for the exposure start of the first exposure period A is ended.
  • the rolling reset drive for the exposure start of period B (1) is performed and the rolling readout drive for the exposure end of the first exposure period A is ended, the exposure completion of the second exposure period B (3) is performed. It is necessary to perform a rolling read drive for
  • the rolling reset drive for the exposure start in the second exposure period B (1) is finished, the rolling reset drive for the exposure start in the first exposure period A is performed. It is necessary to perform the rolling read drive for the end of exposure of the first exposure period A after the rolling read drive for the end of the exposure of the second exposure period B (3) is finished.
  • the first exposure period A, the second exposure period B (1), the second exposure period B (2), and the second exposure period B There is an overlap with each of 3). Therefore, the correlation between the captured image signal obtained in the first exposure period A and the captured image signal obtained in each of the second exposure periods B (1), B (2) and B (3) is sufficient. Become high. Therefore, the image quality of a plurality of types of captured image data having different dynamic ranges is not significantly affected.
  • the first or last exposure period of the plurality of second exposure periods overlaps only with the first exposure period A.
  • all the other second exposure periods overlap with the first exposure period A. Therefore, also from this point, the influence on the image quality of the plurality of types of captured image data is small.
  • all the exposures of the plurality of second exposure periods can be performed during the exposure of the first exposure period. Therefore, high image quality of captured image data can be achieved.
  • the arrangement of photoelectric conversion elements of the solid-state imaging element 5 shown in FIG. 2 can be modified as follows.
  • FIG. 11 is a view showing a modification of the solid-state imaging device shown in FIG.
  • a plurality of photoelectric conversion devices are arranged in a square lattice, and the odd rows are photoelectric conversion devices 51a, and the even rows are photoelectric conversion devices 51b.
  • FIG. 12 is a view showing a modification of the solid-state imaging device shown in FIG.
  • the solid-state imaging device of this modification has a configuration in which a plurality of photoelectric conversion elements are arranged in a square grid shape, the photoelectric conversion element 51a is disposed at one of the checkered positions, and the photoelectric conversion element 51b is disposed at the other checkered position. It is.
  • the photoelectric conversion element 51a and the photoelectric conversion element 51b have the same structure and no difference in sensitivity, but may have a difference in sensitivity.
  • the time ratio between the first exposure period and each of the plurality of second exposure periods may be determined in consideration of the sensitivity difference between the photoelectric conversion element 51a and the photoelectric conversion element 51b.
  • the solid-state imaging device 5 is a CMOS type has been described above, it may be a CCD type.
  • FIG. 13 is a timing chart for explaining a photographing operation when the solid-state imaging device 5 in the imaging device 100 shown in FIG. 1 is a CCD type, and corresponds to FIG.
  • the device control unit 8 upon receiving a photographing instruction, the device control unit 8 turns off the electronic shutter pulse (time t1). As a result, the photoelectric conversion elements 51a of the first group and the photoelectric conversion elements 51b of the second group are in a state capable of charge accumulation. Then, the first exposure period A starts in all the lines of the first group, and the second exposure period B (1) starts in all the lines of the second group.
  • the device control unit 8 reads out the accumulated charge of the photoelectric conversion element 51b of the second group to the vertical CCD, transfers this to the amplifier, and the accumulated charge from the amplifier Output a signal according to.
  • the exposure of the second exposure period B (1) is completed in all the lines of the second group, and the start second exposure period B (2) Exposure starts.
  • the device control unit 8 performs photoelectric conversion of the second group.
  • the accumulated charge of the element 51b is read out to the vertical CCD, transferred to the amplifier, and a signal corresponding to the accumulated charge is output from the amplifier.
  • the exposure of the second exposure period B (2) is completed in all the lines of the second group, and the second exposure period B (3) is completed. Exposure starts.
  • the device control unit 8 performs photoelectric conversion of the second group.
  • the accumulated charge of the element 51b is read out to the vertical CCD, transferred to the amplifier, and a signal corresponding to the accumulated charge is output from the amplifier.
  • the exposure of the second exposure period B (3) is completed in all the lines of the second group.
  • the device control unit 8 reads out the stored charge of the photoelectric conversion element 51a of the first group to the vertical CCD, transfers this to the amplifier, and causes the amplifier to output a signal corresponding to the stored charge.
  • the readout of the accumulated charge to the vertical CCD is completed, the exposure of the first exposure period A is completed in all the lines of the first group.
  • the exposure periods other than the first exposure period are stored in the vertical CCD from all the photoelectric conversion elements 51b of the second group. It is necessary to make the time longer than the signal readout time required to read out and transfer the signal to output the signal corresponding to the accumulated charge from the solid-state imaging device 5. For example, if the length of the second exposure period B (2) shown in FIG. 13 is shorter than the signal readout time, the vertical CCD is selected before the readout of the signal whose readout is started at time t2 is completed. This is because the charges accumulated in the exposure in the second exposure period B (2) are transferred, which causes a problem in signal readout.
  • the solid-state imaging device 5 is a CCD type, it is preferable to set the first exposure period of the plurality of second exposure periods as the shortest time.
  • the disclosed imaging device includes a solid-state imaging device including a plurality of first photoelectric conversion devices and a plurality of second photoelectric conversion devices arranged in a two-dimensional manner, and the plurality of first photoelectric conversion devices And exposing the plurality of second photoelectric conversion elements sequentially in a plurality of second exposure periods different in length, and the plurality of first photoelectric A first signal according to the charge stored in the conversion element, and a second signal according to the charge stored in the plurality of second photoelectric conversion elements in each of the plurality of second exposure periods And a drive unit for driving to read out, and each second exposure period has an overlap with the first exposure period.
  • the disclosed imaging device further includes a mechanical shutter provided on the light incident side of the solid-state imaging device, the solid-state imaging device is a CMOS type, and the driving unit is a part of the plurality of first photoelectric conversion devices.
  • the global reset drive for simultaneously resetting the accumulated charge is performed to start the exposure for the first exposure period, and the mechanical shutter is closed after the start of the exposure for the first exposure period for the first exposure period.
  • the rolling reset drive is performed to end exposure and reset the accumulated charges of the plurality of second photoelectric conversion elements at different timings for each line of the second photoelectric conversion elements, thereby performing the plurality of second exposure periods.
  • the exposure of the exposure period is started except at least the last second exposure period.
  • the drive unit performs global reset driving for simultaneously resetting the accumulated charges of the plurality of second photoelectric conversion elements, and the last second of the plurality of second exposure periods is performed.
  • the exposure in the exposure period is started, and the mechanical shutter is closed to complete the exposure in the last second exposure period.
  • the disclosed imaging device is one in which the last second exposure period is the shortest of the plurality of second exposure periods.
  • the shortest period of the plurality of second exposure periods is a period excluding the first second exposure period and the last second exposure period.
  • the disclosed imaging device has three second exposure periods.
  • the drive unit performs the rolling reset drive to start exposure of each second exposure period, and shifts the timing for each line of the second photoelectric conversion element to perform the second operation.
  • a rolling read drive for reading out a signal is performed to end the exposure for each second exposure period.
  • the solid-state imaging device is a CMOS type
  • the driving unit shifts the accumulated charge of the plurality of first photoelectric conversion devices at different timings for each line of the first photoelectric conversion devices.
  • a rolling reset drive for resetting is performed to start exposure in the first exposure period, and reset the accumulated charges of the plurality of second photoelectric conversion elements by shifting the timing for each line of the second photoelectric conversion elements
  • Rolling reset driving is performed to start exposure for each second exposure period
  • rolling readout driving is performed to shift the timing for each line of the first photoelectric conversion element and read out the first signal; After completion of the exposure in the first exposure period, rolling readout driving is performed to shift the timing for each line of the second photoelectric conversion element and read out the second signal, It is to terminate the exposure of the second exposure period.
  • the disclosed imaging device is such that exposure of each second exposure period is performed during the first exposure period.
  • the disclosed imaging device is one in which the solid-state imaging device is a CCD type, and the first second exposure period of the plurality of second exposure periods is the shortest period.
  • the disclosed imaging device is characterized in that the solid-state imaging device comprises a first readout circuit for reading out the first signal from the plurality of first photoelectric conversion devices, and the plurality of second photoelectric conversion devices from the plurality of second photoelectric conversion devices. And a second read out circuit provided independently of the first read out circuit for reading out the second signal.
  • the disclosed imaging method is an imaging method using a solid-state imaging device including a plurality of first photoelectric conversion devices and a plurality of second photoelectric conversion devices arranged in a two-dimensional manner, While exposing the plurality of second photoelectric conversion elements sequentially in a plurality of second exposure periods having different lengths, during the first exposure period.
  • a driving step of driving to read out the second signal, and each second exposure period has an overlap with the first exposure period.
  • the solid-state imaging device is a CMOS type
  • global reset driving is performed to simultaneously reset accumulated charges of the plurality of first photoelectric conversion devices to perform the first exposure period. Exposure is started, and after the start of exposure in the first exposure period, drive for closing the mechanical shutter provided on the light incident side of the solid-state imaging device is performed to end exposure in the first exposure period; Rolling reset driving is performed to reset the accumulated charges of the plurality of second photoelectric conversion elements at different timings for each line of the second photoelectric conversion elements, and at least the last second of the plurality of second exposure periods is performed. The exposure in the exposure period except the second exposure period is started.
  • the driving step global reset driving is performed to simultaneously reset stored charges of the plurality of second photoelectric conversion elements, and a final second of the plurality of second exposure periods is performed.
  • the exposure in the exposure period is started, and the mechanical shutter is closed to complete the exposure in the last second exposure period.
  • the disclosed imaging method makes the last second exposure period the shortest of the plurality of second exposure periods.
  • the shortest of the plurality of second exposure periods is a period excluding the first second exposure period and the last second exposure period.
  • the disclosed imaging method has three second exposure periods.
  • the drive unit performs the rolling reset drive to start exposure for each second exposure period, and shifts the timing for each line of the second photoelectric conversion element to perform the second operation.
  • a rolling read drive for reading out a signal is performed to end the exposure for each second exposure period.
  • the solid-state imaging device is a CMOS type
  • accumulated charges of the plurality of first photoelectric conversion devices are shifted in timing for each line of the first photoelectric conversion device.
  • a rolling reset drive for resetting is performed to start exposure in the first exposure period, and reset the accumulated charges of the plurality of second photoelectric conversion elements by shifting the timing for each line of the second photoelectric conversion elements
  • Rolling reset driving is performed to start exposure for each second exposure period, and rolling readout driving is performed to shift the timing for each line of the first photoelectric conversion element and read out the first signal; End the exposure in the first exposure period, and shift the timing for each line of the second photoelectric conversion element to perform the rolling readout drive that reads the second signal. Te, it is to terminate the exposure of each of the second exposure period.
  • the disclosed imaging method carries out the exposure of each second exposure period during the first exposure period.
  • the solid-state imaging device is a CCD type, and the first second exposure period of the plurality of second exposure periods is the shortest period.
  • the first signal is read using a first readout circuit, and a second readout circuit provided independently of the first readout circuit is used.
  • the second signal is read out.
  • an imaging device and an imaging method capable of obtaining a plurality of types of image data having different dynamic ranges in one shooting.
  • Imaging device 5 Solid-state imaging device 8

Landscapes

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  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
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Abstract

　ダイナミックレンジの異なる複数種類の画像データを１回の撮影で得ることが可能な撮像装置を提供する。　二次元状に配列された複数の第一の光電変換素子５１ａ及び複数の第二の光電変換素子ｂを含む固体撮像素子５を有する撮像装置１００は、複数の第一の光電変換素子５１ａを第一の露光期間Ａで露光すると共に、第一の露光期間Ａと重なる期間中に複数の第二の光電変換素子５１ｂを、長さの異なる複数の第二の露光期間Ｂ（１）、Ｂ（２）、Ｂ（３）であって各々が第一の露光期間Ａと重なる第二の露光期間で順次露光し、第一の露光期間Ａ中に第一の光電変換素子５１ａに蓄積された電荷に応じた第一の信号と、第二の露光期間の各々において第二の光電変換素子５１ｂに蓄積された電荷に応じた第二の信号とを読み出す駆動を行うデバイス制御部８を備える。

Description

撮像装置及び撮像方法
　本発明は、撮像装置及び撮像方法に関する。
　被写体を撮像する固体撮像素子として、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ）型やＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ　Ｍｅｔａｌ　Ｏｘｉｄｅ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型等が普及している。これらの固体撮像素子の入射光に対するダイナミックレンジは、半導体技術の進歩により着々と向上しつつある。しかしながら、実際に固体撮像素子が利用される状況において、予め設定されているダイナミックレンジを超えた入射光が発生することはそれほど珍しいことではない。このため、ダイナミックレンジを拡大するための技術が盛んに研究されている。
　例えば、特許文献１には、長時間露光を行う画素と、長時間露光を行っている期間の途中で短時間露光を開始する画素とを有する固体撮像素子を備える撮像装置が記載されている。この撮像装置は、長時間露光で得られる画像と短時間露光で得られる画像を合成してダイナミックレンジを拡大する。
　また、特許文献２には、長時間露光を行う画素と、長時間露光を行っている期間中に短時間露光を複数回行いその都度出力する画素とが市松状に配置された固体撮像素子を搭載する撮像装置が記載されている。この撮像装置は、複数の短時間露光で得られる画像を平均してカメラブレ補正を行う。そして、撮像装置は、この平均後の画像と長時間露光で得られる画像を合成して、ダイナミックレンジを拡大する。
　これらの撮像装置は、同じ被写体に対しダイナミックレンジの異なる複数種類の画像データを得るために、長時間露光と短時間露光の比を変更して撮影を複数回行う必要がある。しかし、撮影と撮影の間に被写体が動いたり、太陽が雲に隠れてしまったり等、撮影環境は刻々と変化する。このため、同一被写体に対してダイナミックレンジの異なる画像データを得ることは容易ではない。
　撮影が終わった後に、所望のダイナミックレンジ拡大倍率で画像データを生成することができれば、期待する画像データを得られるようになる。しかし、このような機能を持つ撮像装置は今まで存在していない。
日本国特開２００９－３０２６５３号公報 日本国特開２０１０－６２７８５号公報
　本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ダイナミックレンジの異なる複数種類の画像データを１回の撮影で得ることが可能な撮像装置及び撮像方法を提供することを目的とする。
　本発明の撮像装置は、二次元状に配列された複数の第一の光電変換素子及び複数の第二の光電変換素子を含む固体撮像素子と、前記複数の第一の光電変換素子を第一の露光期間で露光すると共に、前記複数の第二の光電変換素子を、長さの異なる複数の第二の露光期間で順次露光し、前記第一の露光期間中に前記複数の第一の光電変換素子に蓄積された電荷に応じた第一の信号と、前記複数の第二の露光期間の各々において前記複数の第二の光電変換素子に蓄積された電荷に応じた第二の信号とを読み出す駆動を行う駆動部とを備え、各第二の露光期間は、前記第一の露光期間と重なりを有するものである。
　この構成により、感度の異なる少なくとも３つの信号（第一の信号と、少なくとも２つの第二の信号）を１度の撮影で得ることができる。このため、例えば、第二の露光期間が２つ存在するとした場合、第一の信号から生成される画像データと２つの第二の信号の一方から生成される画像データとを合成して第一のダイナミックレンジの画像データを生成し、第一の信号から生成される画像データと２つの第二の信号の他方から生成される画像データとを合成して第ニのダイナミックレンジの画像データを生成することが可能になる。つまり、撮影を行った後に、画像処理によって、ダイナミックレンジの異なる複数の画像データを生成することが可能になる。したがって、撮影を複数回行わずとも、同じ被写体に対してダイナミックレンジの異なる複数の画像データを得ることができる。この結果、撮像装置の利便性を向上させることができる。
　本発明の撮像方法は、二次元状に配列された複数の第一の光電変換素子及び複数の第二の光電変換素子を含む固体撮像素子を用いた撮像方法であって、前記複数の第一の光電変換素子を第一の露光期間で露光すると共に、前記複数の第二の光電変換素子を、長さの異なる複数の第二の露光期間で順次露光し、前記第一の露光期間中に前記複数の第一の光電変換素子に蓄積された電荷に応じた第一の信号と、前記複数の第二の露光期間の各々において前記複数の第二の光電変換素子に蓄積された電荷に応じた第二の信号とを読み出す駆動を行う駆動ステップを備え、各第二の露光期間は、前記第一の露光期間と重なりを有するものである。
　本発明によれば、ダイナミックレンジの異なる複数種類の画像データを１回の撮影で得ることが可能な撮像装置及び撮像方法を提供することができる。
本発明の実施形態を説明するための撮像装置の機能ブロック図 図１に示した撮像装置における固体撮像素子５の概略構成を示す平面模式図 図１に示した撮像装置の撮影動作時のタイミングチャートを示す図 図１に示した撮像装置の変形例を示す図 図４に示した撮像装置の撮影時の動作を説明するためのタイミングチャート 図４に示した撮像装置の撮影時の別の動作を説明するためのタイミングチャート 図５に示した駆動方法の変形例を示すタイミングチャート 図７に示したタイミングチャートにおいて露光期間Ｂ（２）を最も短い期間にした図 １つの信号読出し回路によって図３に示した駆動方法を実現するためのタイミングチャートの一例を示す図 １つの信号読出し回路によって図３に示した駆動方法を実現するためのタイミングチャートの一例を示す図 図２に示した固体撮像素子の変形例を示す図 図２に示した固体撮像素子の変形例を示す図 図１に示した撮像装置における固体撮像素子をＣＣＤ型にしたときの撮影動作を説明するためのタイミングチャート
　以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
　図１は、本発明の実施形態を説明するための撮像装置１００の機能ブロック図である。撮像装置１００の撮像系は、撮影レンズ系１と、絞り２と、固体撮像素子５と、アナログデジタル（ＡＤ）変換部６とを備える。
　撮影レンズ系１の背部には、絞り２が配置される。撮影レンズ系１と絞り２により撮影光学系を構成している。
　絞り２の背部には、詳細は後述するＣＭＯＳ型の固体撮像素子５が配置されている。撮影レンズ系１及び絞り２をこの順に通って固体撮像素子５の受光面に入射した被写体光像に対応する撮像画像信号が、ＡＤ変換部６でデジタルデータに変換された後、バス１７に出力される。
　バス１７には、この撮像装置１００の全体を統括制御する中央制御部（ＣＰＵ）７と、シャッタレリーズボタンを含む操作ボタン等で構成される操作部１６と、ＤＳＰ等で構成されＣＰＵ７の指示の基に撮像画像信号に対して画像処理を施す画像処理部９と、撮像画像信号を画像処理して得られた撮像画像データを表示用のデータに変換するビデオエンコーダ１５と、ビデオエンコーダ１５で変換された撮像画像データを表示部１４に表示するドライバ１３と、メモリ１０と、メディア制御部１２とが接続される。メディア制御部１２には、着脱自在に記録媒体（メモリカード）１１が装着される。
　ＣＰＵ７には、デバイス制御部８が接続される。デバイス制御部８は、ＣＰＵ７からの指示に従い、固体撮像素子５の駆動制御を行う。また、デバイス制御部８は、ＣＰＵ７からの指示に従い、絞り２の開口量調整制御を行う。また、デバイス制御部８は、ＣＰＵ７からの指示に従い、撮影レンズ系１のフォーカス位置制御やズーム位置制御を行う。
　図２は、図１に示した撮像装置１００における固体撮像素子５の概略構成を示す平面模式図である。
　図２に示したように、固体撮像素子５は、複数の光電変換素子５１ａ（ハッチングを付したもの）からなる第一グループと、複数の光電変換素子５１ｂからなる第二グループと、第一グループに対応して設けられた信号読出し回路６２ａと、第二グループに対応して設けられた信号読出し回路６２ｂとを備える。
　固体撮像素子５に含まれる全ての光電変換素子は、半導体基板表面の列方向Ｙとこれに交差する（図２の例では直交する）行方向Ｘとに二次元状に配置されている。この全ての光電変換素子は、行方向Ｘに並ぶ複数の光電変換素子５１ａからなる第一の光電変換素子行と、行方向Ｘに並ぶ複数の光電変換素子５１ｂからなる第二の光電変換素子行とを列方向Ｙに交互に一定ピッチで並べた配置となっている。さらに、第一の光電変換素子行は、第二の光電変換素子行に対して、各光電変換素子行の光電変換素子の行方向Ｘにおける配列ピッチの１／２だけ行方向Ｘにずらして配置されている。このような配列は、正方格子状に配置した各光電変換素子５１ａに対して斜め４５°方向にずれた位置に光電変換素子５１ｂを配置することで得ることができる。
　このように、全ての光電変換素子５１ａには、同一の位置関係で光電変換素子５１ｂが隣接して配置された構成となっている。各光電変換素子５１ａと、各光電変換素子５１ａに対して同一の位置関係（同一方向）に隣接する光電変換素子５１ｂとで、ペアを構成している。
　固体撮像素子５に含まれる全ての光電変換素子は、略同一構成（設計上の値が同一）となっている。略同一構成とは、半導体基板内に形成される光電変換領域（フォトダイオード）のサイズが略同じであり、その光電変換領域の上方に形成される遮光膜の開口サイズも略同じであることを意味する。
　各光電変換素子５１ａの上方には、全体としてベイヤ状に配置された赤色光を透過するカラーフィルタＲ１と、緑色光を透過するカラーフィルタＧ１と、青色光を透過するカラーフィルタＢ１とが設けられている。
　図２においては、カラーフィルタＲ１が上方に設けられた光電変換素子５１ａに“Ｒ１”の文字を付してある。また、カラーフィルタＧ１が上方に設けられた光電変換素子５１ａに“Ｇ１”の文字を付してある。また、カラーフィルタＢ１が上方に設けられた光電変換素子５１ａに“Ｂ１”の文字を付してある。
　各光電変換素子５１ｂの上方には、全体としてベイヤ状に配置された赤色光を透過するカラーフィルタＲ２と、緑色光を透過するカラーフィルタＧ２と、青色光を透過するカラーフィルタＢ２とが設けられている。
　図２においては、カラーフィルタＲ２が上方に設けられた光電変換素子５１ｂに“Ｒ２”の文字を付してある。また、カラーフィルタＧ２が上方に設けられた光電変換素子５１ｂに“Ｇ２”の文字を付してある。また、カラーフィルタＢ２が上方に設けられた光電変換素子５１ｂに“Ｂ２”の文字を付してある。
　以下の説明では、カラーフィルタＲ１とカラーフィルタＲ２を総称して赤色フィルタともいう。また、カラーフィルタＧ１とカラーフィルタＧ２を総称して緑色フィルタともいう。また、カラーフィルタＢ１とカラーフィルタＢ２を総称して青色フィルタともいう。
　このように、同一の位置関係で隣接する光電変換素子５１ａ及び光電変換素子５１ｂ（図２の例では、光電変換素子５１ａとこれに斜め右上方向で隣接する光電変換素子５１ｂ）の各々の上方には同一色のフィルタ（赤色フィルタ、緑色フィルタ、又は青色フィルタ）が配置されている。したがって、固体撮像素子５には、上方に設けられるフィルタの色が異なる３種類のペア（赤色フィルタを上方に持つＲペア、緑色フィルタを上方に持つＧペア、青色フィルタを上方に持つＢペア）が含まれる。
　図２に示したように、第一の光電変換素子行については、図２において一番上から順に、１ライン、２ライン、３ライン、・・・、ｎラインと呼ぶ。第二の光電変換素子行についても、図２において一番上から順に、１ライン、２ライン、３ライン、・・・、ｎラインと呼ぶ。ｋライン（ｋ＝１，２，３、・・・、ｎ）の第一の光電変換素子行に含まれる各光電変換素子５１ａとペアを組む光電変換素子５１ｂで構成される第二の光電変換素子行がｋラインの第二の光電変換素子行となっている。
　固体撮像素子５に含まれる全ての光電変換素子の各々には、図示しないＣＭＯＳ回路がその近傍に対応して設けられている。ＣＭＯＳ回路は、例えば３トランジスタ構成や４トランジスタ構成である。
　信号読出し回路６２ａは、ＣＤＳ回路５５ａと、トランジスタ５６ａと、Ｈドライバ５７ａと、信号出力線５８ａと、配線５９ａ（一部のみ図示）と、Ｖドライバ６０ａと、配線６１ａ（一部のみ図示）とを備える。信号読出し回路６２ａは、図１に示したデバイス制御部８によって制御される。
　行方向Ｘに並ぶ複数の光電変換素子５１ａからなる光電変換素子行に対応するＣＭＯＳ回路には配線６１ａが接続されている。この配線６１ａが、Ｖドライバ６０ａに接続されている。
　Ｖドライバ６０ａは、行方向Ｘに並ぶ複数の光電変換素子５１ａからなる光電変換素子行を１つずつ選択して、選択した光電変換素子行に対応するＣＭＯＳ回路から配線５９ａに信号を読み出す駆動を行う。また、Ｖドライバ６０ａは、第一グループの光電変換素子５１ａに対応するＣＭＯＳ回路のリセットトランジスタを制御して、第一グループの光電変換素子５１ａの蓄積電荷をリセットする駆動（光電変換素子の電荷をＣＭＯＳ回路のリセットトランジスタのドレインに排出する駆動）も行う。
　ＣＤＳ回路５５ａは、列方向Ｙに並ぶ複数の光電変換素子５１ａからなる光電変換素子列に対応して設けられている。ＣＤＳ回路５５ａは、これに対応する光電変換素子列のＣＭＯＳ回路に配線５９ａを介して接続されている。ＣＤＳ回路５５ａは、入力された信号に相関二重サンプリング処理を施す。
　Ｈドライバ５７ａは、各ＣＤＳ回路５５ａにトランジスタ５６ａを介して接続されている。Ｈドライバ５７ａは、トランジスタ５６ａを順次オンしていくことで、ＣＤＳ回路５５ａで処理後の信号を信号出力線５８ａに出力させる。
　信号読出し回路６２ｂは、ＣＤＳ回路５５ｂと、トランジスタ５６ｂと、Ｈドライバ５７ｂと、信号出力線５８ｂと、配線５９ｂ（一部のみ図示）と、Ｖドライバ６０ｂと、配線６１ｂ（一部のみ図示）とを備える。信号読出し回路６２ｂは、図１に示したデバイス制御部８によって制御される。
　行方向Ｘに並ぶ複数の光電変換素子５１ｂからなる光電変換素子行に対応するＣＭＯＳ回路には配線６１ｂが接続されている。この配線６１ｂが、Ｖドライバ６０ｂに接続されている。
　Ｖドライバ６０ｂは、行方向Ｘに並ぶ複数の光電変換素子５１ｂからなる光電変換素子行を１つずつ選択して、選択した光電変換素子行に対応するＣＭＯＳ回路から配線５９ｂに信号を読み出す駆動を行う。また、Ｖドライバ６０ｂは、第二グループの光電変換素子５１ｂに対応するＣＭＯＳ回路のリセットトランジスタを制御して、第二グループの光電変換素子５１ｂの蓄積電荷をリセットする駆動（光電変換素子の電荷をＣＭＯＳ回路のリセットトランジスタのドレインに排出する駆動）も行う。
　ＣＤＳ回路５５ｂは、列方向Ｙに並ぶ複数の光電変換素子５１ｂからなる光電変換素子列に対応して設けられている。ＣＤＳ回路５５ｂは、これに対応する光電変換素子列のＣＭＯＳ回路に配線５９ｂを介して接続されている。ＣＤＳ回路５５ｂは、入力された信号に相関二重サンプリング処理を施す。
　Ｈドライバ５７ｂは、各ＣＤＳ回路５５ｂにトランジスタ５６ｂを介して接続されている。Ｈドライバ５７ｂは、トランジスタ５６ｂを順次オンしていくことで、ＣＤＳ回路５５ｂで処理後の信号を信号出力線５８ｂに出力させる。
　このような構成により、第一グループと第二グループとで同時並行して撮像画像信号を読み出すことができる。
　次に、図１に示した撮像装置１００の撮影動作について説明する。
　まず概略を説明する。デバイス制御部８は、シャッタレリーズボタンが押下されて撮影指示がなされると、固体撮像素子５を制御して、第一グループの光電変換素子５１ａを第一の露光期間で露光すると共に、その第一の露光期間中に、第二グループの光電変換素子５１ｂを長さの異なる複数の第二の露光期間で順次露光する。そして、第一の露光期間及び複数の第二の露光期間がそれぞれ終了すると、デバイス制御部８は、それら露光期間中に光電変換素子に蓄積された電荷に応じた撮像画像信号を固体撮像素子５から出力させる。固体撮像素子５から出力される少なくとも３種類の撮像画像信号（第一の露光期間で得られたものと複数の第二の露光期間で得られたもの）は、それぞれ画像処理部９で画像処理が施されて、感度の異なる少なくとも２種類の撮像画像データが生成される。
　画像処理部９は、第一の露光期間に対応する撮像画像データと、第二の露光期間に対応する複数種類の撮像画像データの各々とを合成して、ダイナミックレンジの異なる複数種類の撮像画像データを生成する。画像処理部９は、このダイナミックレンジの異なる複数種類の撮像画像データをメモリカード１１に記録して撮影を終了する。このような動作によって、ダイナミックレンジの異なる複数種類の撮像画像データを１回の撮影で得ることができる。
　図３は、図１に示した撮像装置１００の撮影動作時のタイミングチャートを示す図であり、第一グループの光電変換素子５１ａの露光期間と、第二グループの光電変換素子５１ｂの露光期間との関係を具体的に示した図である。この図３を参照しながら、デバイス制御部８による制御の内容を具体的に説明する。図３では、第一の露光期間中に第二の露光期間を３つ設けた例を示している。図３において、“第一の露光期間Ａ”と記した四角形（平行四辺形）が、第一グループ全体の第一の露光期間を示し、“Ｂ（１）”、“Ｂ（２）”、“Ｂ（３）”を記した四角形（平行四辺形）が、それぞれ第二グループ全体の第二の露光期間を示している。
　撮影指示があると、デバイス制御部８は、第一グループの光電変換素子５１ａの蓄積電荷を光電変換素子５１ａのライン毎にタイミングをずらしてリセットするローリングリセット駆動をＶドライバ６０ａで実施する。また、デバイス制御部８は、第二グループの光電変換素子５１ｂの蓄積電荷を光電変換素子５１のライン毎にタイミングをずらしてリセットするローリングリセット駆動をＶドライバ６０ｂで実施する。Ｖドライバ６０ａとＶドライバ６０ｂは、蓄積電荷をリセットするタイミングを、第一グループのｋラインと第二グループのｋラインとで同期させて行う。
　図３の例では、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間に、第一グループの各ラインの光電変換素子５１ａのリセットを順次行うと共に、第二グループの各ラインの光電変換素子５１ｂのリセットを順次行う。第一グループの各ラインでは、蓄積電荷のリセットが終了した時点で、第一の露光期間Ａの露光が開始する。第二グループの各ラインでは、蓄積電荷のリセットが終了した時点で、第二の露光期間Ｂ（１）の露光が開始する。
　時刻ｔ１で第一グループの１ラインと第二グループの１ラインの露光を開始してから所定時間経過後の時刻ｔ３になると、デバイス制御部８が、第二グループの光電変換素子５１ｂの蓄積電荷に応じた信号を光電変換素子５１ｂのライン毎にタイミングをずらして読み出すローリング読出し駆動を信号読出し回路６２ｂで実施する。
　図３の例では、時刻ｔ３から時刻ｔ４の間に、第二グループの各ラインの光電変換素子５１ｂの蓄積電荷に応じた信号が固体撮像素子５から出力される。第二グループの各ラインでは、光電変換素子５１ｂの蓄積電荷に応じた信号の読み出しが終了した時点で、第二の露光期間Ｂ（１）の露光が終了する。
　なお、デバイス制御部８は、時刻ｔ３から時刻ｔ４の間で各ラインの信号の読み出しを終了する毎に、Ｖドライバ６０ｂを介して当該ラインの各光電変換素子５１ｂの蓄積電荷をリセットし、リセット終了後に、次のラインの信号読み出しを行う。つまり、時刻ｔ３～ｔ４の間では、第二グループの光電変換素子５１ｂに対し、ローリング読出し駆動とローリングリセット駆動が交互に実施される。第二グループの各ラインでは、この時刻ｔ３～ｔ４の間のローリングリセット駆動によるリセットが終了した時点で、第二の露光期間Ｂ（２）の露光が開始する。
　第二の露光期間Ｂ（２）の露光が開始してから、第二の露光期間Ｂ（１）よりも長い時間経過後の時刻ｔ５になると、デバイス制御部８が、ローリング読出し駆動とローリングリセット駆動を信号読出し回路６２ｂで交互に実施する。
　図３の例では、時刻ｔ５から時刻ｔ６の間に、第二グループの各ラインの光電変換素子５１ｂの蓄積電荷に応じた信号が固体撮像素子５から出力され、第二グループの各ラインの光電変換素子５１ｂの蓄積電荷がリセットされる。第二グループの各ラインでは、光電変換素子５１ｂの蓄積電荷に応じた信号の読み出しが終了した時点で、第二の露光期間Ｂ（２）の露光が終了し、当該蓄積電荷のリセットが終了した時点で、第二の露光期間Ｂ（３）の露光が開始する。
　第二の露光期間Ｂ（３）の露光が開始してから、第二の露光期間Ｂ（２）よりも長い時間経過後の時刻ｔ７になると、デバイス制御部８が、ローリング読出し駆動とローリングリセット駆動を信号読出し回路６２ｂで交互に実施する。
　図３の例では、時刻ｔ７から時刻ｔ８の間に、第二グループの各ラインの光電変換素子５１ｂの蓄積電荷に応じた信号が固体撮像素子５から出力され、第二グループの各ラインの光電変換素子５１ｂの蓄積電荷がリセットされる。第二グループの各ラインでは、光電変換素子５１ｂの蓄積電荷に応じた信号の読み出しが終了した時点で、第二の露光期間Ｂ（３）の露光が終了する。
　また、時刻ｔ７になると、デバイス制御部８が、第一グループの光電変換素子５１ａの蓄積電荷に応じた信号を光電変換素子５１ａのライン毎にタイミングをずらして読み出すローリング読出し駆動とローリングリセット駆動を信号読出し回路６２ａで交互に実施する。
　図３の例では、時刻ｔ７から時刻ｔ８の間に、第一グループの各ラインの光電変換素子５１ａの蓄積電荷に応じた信号が固体撮像素子５から出力され、第一グループの各ラインの光電変換素子５１ａの蓄積電荷がリセットされる。第一グループの各ラインでは、光電変換素子５１ａの蓄積電荷に応じた信号の読み出しが終了した時点で、第一の露光期間Ａの露光が終了する。Ｖドライバ６０ａとＶドライバ６０ｂは、時刻ｔ７～ｔ８の間は、光電変換素子の蓄積電荷に応じた信号を読み出すタイミングを、第一グループのｋラインと第二グループのｋラインとで同期させて行う。
　以上のような駆動により、第一の露光期間Ａの露光中に、第二の露光期間Ｂ（１）、第二の露光期間Ｂ（２）、第二の露光期間Ｂ（３）の露光を順次実施し、これら４つの露光期間の露光で得られる４種類の撮像画像信号を固体撮像素子５から出力することができる。撮影後は、画像処理部９が、第一の露光期間Ａに対応する撮像画像データと第二の露光期間Ｂ（１）に対応する撮像画像データとを合成して第一のダイナミックレンジの撮像画像データを生成しする。また、画像処理部９が、第一の露光期間Ａに対応する撮像画像データと第二の露光期間Ｂ（２）に対応する撮像画像データとを合成して第二のダイナミックレンジの撮像画像データを生成する。また、画像処理部９が、第一の露光期間Ａに対応する撮像画像データと第二の露光期間Ｂ（３）に対応する撮像画像データとを合成して第三のダイナミックレンジの撮像画像データを生成する。このようにすることで、ダイナミックレンジの異なる３種類の撮像画像データを簡単に得ることができる。これにより、撮像装置１００のユーザは、撮影を行った後に、ダイナミックレンジを変えて所望の撮像画像データを得ることができ、撮影失敗の機会を減らすことができる。
　図４は、図１に示した撮像装置１００の変形例を示す図である。
　図４に示した撮像装置２００は、固体撮像素子５の光入射側（図４の例では絞り２と固体撮像素子５の間）にメカニカルシャッタ３を追加した点を除いては図１に示した撮像装置１００と同じ構成である。
　図４に示した撮像装置２００では、撮影動作が図１に示した撮像装置１００とは異なる。以下、撮像装置２００の撮影動作について説明する。
　図５は、撮像装置２００の撮影時の動作を説明するためのタイミングチャートである。図５に示したタイミングチャートは、第一グループの全ての光電変換素子５１ａの蓄積電荷を同時にリセットするグローバルリセット駆動を行って第一の露光期間Ａの露光を開始する点、メカニカルシャッタ３を閉じる駆動を行って第一の露光期間Ａの露光を終了する点が、図３に示したタイミングチャートとは大きく異なる。
　メカニカルシャッタ３が開の状態で撮影指示があると、デバイス制御部８は、Ｖドライバ６０ａでグローバルリセット駆動を実施し、全ての光電変換素子５１ａの蓄積電荷を同時にリセットする。第一グループでは、このリセットの終了を以って、第一の露光期間Ａの露光が開始する。一方、第二グループでは、図３で説明したのと同様に、撮影指示に応じて第二グループの各ラインの蓄積電荷が順次リセットされ、このリセットが終了した時点で、第二の露光期間Ｂ（１）の露光が開始する。第二の露光期間Ｂ（１）の露光が開始してから、第二の露光期間Ｂ（２）の終了までの動作は、図３で説明したものと同じであるため、説明を省略する。
　第三の露光期間Ｂ（３）の露光が開始してから、第二の露光期間Ｂ（２）よりも長い時間経過後の時刻ｔ７になると、デバイス制御部８が、ローリング読出し駆動とローリングリセット駆動を信号読出し回路６２ｂで交互に実施する。図５の例では、時刻ｔ７から時刻ｔ８の間に、第二グループの各ラインの光電変換素子５１ｂの蓄積電荷に応じた信号が固体撮像素子５から出力され、第二グループの各ラインの光電変換素子５１ｂの蓄積電荷がリセットされる。第二グループの各ラインでは、光電変換素子５１ｂの蓄積電荷に応じた信号の読み出しが終了した時点で、第二の露光期間Ｂ（３）の露光が終了する。
　第二グループのｎラインの信号読み出しが終了した時刻ｔ８になると、デバイス制御部８が、メカニカルシャッタ３を閉の状態にする。このメカニカルシャッタ３が閉じた時点を以って、第一の露光期間Ａの露光が終了する。第一の露光期間Ａの露光終了後、デバイス制御部８は、ローリング読出し駆動によって第一グループから撮像画像信号を読み出す。
　以上のように、撮像装置２００によれば、メカニカルシャッタ３を用いることで、第一グループについては、全てのラインで露光の開始及び終了のタイミングを一致させることができる。このため、第一グループから得られる撮像画像データについては、ＣＭＯＳセンサ特有の動く被写体に対して発生する歪みを無くすことができる。
　なお、撮像装置２００では、第二グループの全ての光電変換素子５１ｂで蓄積電荷を同時にリセットするグローバルリセット駆動を行って第二の露光期間Ｂ（１）の露光を開始することもできる。また、メカニカルシャッタ３を閉じることで、第二の露光期間Ｂ（３）の露光を終了することもできる。この場合のタイミングチャートを示したのが図６である。
　図６に示したタイミングチャートで撮影を行ったとしても、ダイナミックレンジの異なる複数種類の撮像画像データを得ることはできる。しかし、図６に示した駆動方法では、第二の露光期間Ｂ（１）と第二の露光期間Ｂ（３）において、第二グループの全てのラインにおいて露光時間が均一にならない。これに対し、図５に示した駆動方法であれば、第二の露光期間Ｂ（１）、第二の露光期間Ｂ（２）、第二の露光期間Ｂ（３）のいずれにおいても、第二グループの全てのラインにおいて露光時間を均一にすることができる。このため、第二グループから得られる複数の撮像画像データの画質を向上させることができる。
　図７は、図５に示した駆動方法の変形例を示すタイミングチャートである。図７に示したタイミングチャートは、第一の露光期間Ａの露光中に実施する複数の第二の露光期間のうちの最後の露光期間Ｂ（３）の露光を、グローバルリセット駆動を行って開始し、メカニカルシャッタ３を閉じる駆動を行って終了する点、第二の露光期間の長さが、第二の露光期間Ｂ（１）、第二の露光期間Ｂ（２）、第二の露光期間Ｂ（３）の順に短くなっている点を除いては、図５に示したタイミングチャートと同じである。
　図７に示すタイミングチャートにおいて時刻ｔ１～ｔ６の動作は、図５で説明したものと同じである。時刻ｔ６で、ｎラインの光電変換素子５１ｂの蓄積電荷に応じた信号の読み出しを終了すると、デバイス制御部８は、全ての光電変換素子５１ｂの蓄積電荷を同時にリセットするグローバルリセット駆動をＶドライバ６０ｂにより行う。このグローバルリセット駆動による光電変換素子５１ｂの蓄積電荷のリセット終了を以って、第二の露光期間Ｂ（３）の露光が開始する。
　第三の露光期間Ｂ（３）の露光が開始してから、第二の露光期間Ｂ（２）よりも短い時間経過後の時刻ｔ８になると、デバイス制御部８が、メカニカルシャッタ３を閉じる駆動を行う。このメカニカルシャッタ３が閉じた時点を以って、第一の露光期間Ａの露光と、第二の露光期間Ｂ（３）の露光が終了する。第一の露光期間Ａの露光終了後、デバイス制御部８は、ローリング読出し駆動によって第一グループと第二グループからそれぞれ撮像画像信号を読み出す。
　以上のように、図７に示した駆動方法によれば、複数の第二の露光期間のうちの最後の露光期間の露光の開始及び終了のタイミングを、第二グループの全てのラインで一致させることができる。このため、第二の露光期間Ｂ（３）で得られる撮像画像データには歪みが発生することがなく、画質を向上させることができる。
　なお、動く被写体に対する画像の歪みが顕著となるのは、露光期間が短い場合である。このため、複数の第二の露光期間のうち、最も短い期間（歪みの発生する可能性が最も高い露光期間）を、図７に示した最後の露光期間Ｂ（３）の位置にもってくる。このようにすることで、動く被写体を撮影した場合の画質劣化を最小限に抑えることができる。
　図７の例では、最後の露光期間Ｂ（３）の露光終了タイミングをメカニカルシャッタ３で制御している。しかし、メカニカルシャッタ３の閉じるタイミングには時間的なばらつきがある。このため、この最後の露光期間Ｂ（３）を短縮できる下限は、メカニカルシャッタ３のばらつきで決まってしまう。そこで、更に短い露光期間を実現しようとした場合には、電気的な駆動で露光期間の開始及び終了タイミングを制御することのできる、複数の第二の露光期間のうちの最後の露光期間以外の露光期間を、最も短い露光期間とすることが好ましい。
　特に好ましいのは、複数の第二の露光期間のうちの最初と最後の露光期間以外の露光期間を、最も短い露光期間とする場合である。
　例えば、図８に示したように、図７に示したタイミングチャートにおいて露光期間Ｂ（２）を最も短い期間にした場合がこれに該当する。露光期間が極端に短い場合は、高速シャッタで撮影を行う場合と同じになる。このため、動く被写体であっても、ＣＭＯＳセンサ特有の画像の歪みは発生しにくくなる。また、動く被写体を撮影した場合、第一グループから得られる撮像画像データは、第一の露光期間Ａの開始時点で撮影した画像と終了時点で撮影した画像の平均に相当する画像となる。そこで、図８に示したように露光期間Ｂ（２）を第一の露光期間Ａの中間付近にもってくることで、露光期間Ａで得られる撮像画像データと、露光期間Ｂ（２）で得られる撮像画像データとの相関性を高めることができる。このような理由から、複数の第二の露光期間のうちの最初と最後の露光期間以外の露光期間を、最も短い露光期間とすることが特に好ましい。更に好ましいのは、露光期間Ａの半分の時点と、この最も短い露光期間の半分の時点とが一致していることである。
　これまでの説明では、第一グループと第二グループとで、信号読出し回路６２ａと信号読出し回路６２ｂを分けて設けているが、これらは１つにして、一般的なＭＯＳセンサの構成としても勿論よい。
　ただし、信号読出し回路を１つにした場合には、第一グループのｋラインと第二グループのｋラインとを同期して駆動することができない。このため、例えば、図３に示した駆動方法を実現するには、図９に示したように、第一の露光期間Ａの露光開始のためのローリングリセット駆動を終了してから第二の露光期間Ｂ（１）の露光開始のためのローリングリセット駆動を行い、第一の露光期間Ａの露光終了のためのローリング読出し駆動を終了してから第二の露光期間Ｂ（３）の露光終了のためのローリング読出し駆動を行う必要がある。
　または、図１０に示したように、第二の露光期間Ｂ（１）の露光開始のためのローリングリセット駆動を終了してから、第一の露光期間Ａの露光開始のためのローリングリセット駆動を行い、第二の露光期間Ｂ（３）の露光終了のためのローリング読出し駆動を終了してから、第一の露光期間Ａの露光終了のためのローリング読出し駆動を行う必要がある。
　図９，１０に示した駆動方法であっても、第一の露光期間Ａと、第二の露光期間Ｂ（１）、第二の露光期間Ｂ（２）、及び第二の露光期間Ｂ（３）の各々とは重なりを有する。このため、第一の露光期間Ａで得られる撮像画像信号と、第二の露光期間Ｂ（１）、Ｂ（２）、Ｂ（３）のそれぞれで得られる撮像画像信号との相関性は十分に高くなる。したがって、ダイナミックレンジの異なる複数種類の撮像画像データの画質にはさほど影響がない。特に、複数の第二の露光期間のうちの最初又は最後の露光期間については、第一の露光期間Ａと一部しか重ならなくなる。しかし、その他の第二の露光期間についてはその全てが第一の露光期間Ａと重なる。このため、この点からも、複数種類の撮像画像データの画質への影響は少ない。図２に示したように、信号読出し回路を２つ設ける構成にした場合には、第一の露光期間の露光中に複数の第二の露光期間の全ての露光を実施することができる。このため、撮像画像データの高画質化が可能となる。
　図２に示した固体撮像素子５の光電変換素子の配列は、次のように変形することもできる。
　図１１は、図２に示した固体撮像素子の変形例を示す図である。この変形例の固体撮像素子は、複数の光電変換素子を正方格子状に配列し、そのうちの奇数行を光電変換素子５１ａとし、偶数行を光電変換素子５１ｂとしたものである。
　図１２は、図２に示した固体撮像素子の変形例を示す図である。この変形例の固体撮像素子は、複数の光電変換素子を正方格子状に配列し、そのうちの一方の市松位置に光電変換素子５１ａを配置し、他方の市松位置に光電変換素子５１ｂを配置した構成である。
　図１１及び図１２に示したような配列であっても、第一グループの各光電変換素子５１ａに対応する画素データと、当該光電変換素子５１ａとペアを組む光電変換素子５１ｂに対応する画素データとを合成することで、ダイナミックレンジを拡大したカラー画像データを生成することができる。
　なお、光電変換素子５１ａと光電変換素子５１ｂは同一構造で感度差が無い構成としたが、感度差がある構成であってもよい。この場合には、光電変換素子５１ａと光電変換素子５１ｂの感度差を考慮して、第一の露光期間と複数の第二の露光期間の各々との時間比を決めればよい。
　また、これまでの説明では固体撮像素子５がＣＭＯＳ型である場合を示したが、ＣＣＤ型であってもよい。
　図１３は、図１に示した撮像装置１００における固体撮像素子５をＣＣＤ型にしたときの撮影動作を説明するためのタイミングチャートであり、図３に対応する図である。
　固体撮像素子５がＣＣＤ型の場合は、撮影指示があると、デバイス制御部８が、電子シャッタパルスをオフにする（時刻ｔ１）。これにより、第一グループの光電変換素子５１ａと第二グループの光電変換素子５１ｂが電荷蓄積可能な状態となる。そして、第一グループの全てのラインにおいて第一露光期間Ａが開始し、第二グループの全てのラインにおいて第二の露光期間Ｂ（１）が開始する。
　時刻ｔ１から所定時間経過後の時刻ｔ２になると、デバイス制御部８が、第二グループの光電変換素子５１ｂの蓄積電荷を垂直ＣＣＤに読出し、これをアンプまで転送して、当該アンプから当該蓄積電荷に応じた信号を出力させる。この蓄積電荷の垂直ＣＣＤへの読出しが終了した時点で、第二グループの全てのラインにおいて、第二の露光期間Ｂ（１）の露光が終了すると共に、開始第二の露光期間Ｂ（２）の露光が開始する。
　第二の露光期間Ｂ（２）が開始してから、第二の露光期間Ｂ（１）の時間よりも長い時間経過後の時刻ｔ３になると、デバイス制御部８が、第二グループの光電変換素子５１ｂの蓄積電荷を垂直ＣＣＤに読出し、これをアンプまで転送して、当該アンプから当該蓄積電荷に応じた信号を出力させる。この蓄積電荷の垂直ＣＣＤへの読出しが終了した時点で、第二グループの全てのラインにおいて、第二の露光期間Ｂ（２）の露光が終了すると共に、第二の露光期間Ｂ（３）の露光が開始する。
　第二の露光期間Ｂ（３）が開始してから、第二の露光期間Ｂ（２）の時間よりも長い時間経過後の時刻ｔ４になると、デバイス制御部８が、第二グループの光電変換素子５１ｂの蓄積電荷を垂直ＣＣＤに読出し、これをアンプまで転送して、当該アンプから当該蓄積電荷に応じた信号を出力させる。この蓄積電荷の垂直ＣＣＤへの読出しが終了した時点で、第二グループの全てのラインにおいて第二の露光期間Ｂ（３）の露光が終了する。
　時刻ｔ４では、デバイス制御部８が、第一グループの光電変換素子５１ａの蓄積電荷を垂直ＣＣＤに読出し、これをアンプまで転送して、当該アンプから当該蓄積電荷に応じた信号を出力させる。この蓄積電荷の垂直ＣＣＤへの読出しが終了した時点で、第一グループの全てのラインにおいて第一の露光期間Ａの露光が終了する。
　以上のような駆動により、ＣＣＤ型の固体撮像素子であっても、ダイナミックレンジの異なる複数種類の撮像画像データを１回の撮影で取得することができる。ＣＣＤ型の場合は、全ての露光期間の露光において、第一グループ、第二グループのいずれにおいても、全てのラインの露光の開始及び終了タイミングを一致させることができる。このため、動く被写体であっても歪みのない撮像画像データを得ることができる。
　なお、固体撮像素子５をＣＣＤ型にした場合、複数の第二の露光期間のうち、最初の露光期間を除く露光期間を、第二グループの全ての光電変換素子５１ｂから垂直ＣＣＤに蓄積電荷を読出し、これを転送して当該蓄積電荷に応じた信号を固体撮像素子５から出力させるまでに要する信号読出し時間よりも長い時間にする必要がある。例えば、図１３に示した第二の露光期間Ｂ（２）の長さが、信号読出し時間よりも短いと、時刻ｔ２で読み出しが開始された信号の読み出しが完了する前に、垂直ＣＣＤに第二の露光期間Ｂ（２）の露光で蓄積された電荷が転送されてしまい、信号読出しに支障があるためである。
　一方、複数の第二の露光期間のうちの最初の露光期間については、このような時間制限はない。例えば、図１３に示した第二の露光期間Ｂ（１）は、その開始時刻ｔ１の時点で垂直ＣＣＤには他の露光期間で発生した電荷が存在していない。このため、この露光期間Ｂ（１）をいくら短くしても問題はない。
　したがって、固体撮像素子５をＣＣＤ型にした場合には、複数の第二の露光期間のうちの最初の露光期間を、最も短い時間とすることが好ましい。
　以上説明してきたように、本明細書には次の事項が開示されている。
　開示された撮像装置は、二次元状に配列された複数の第一の光電変換素子及び複数の第二の光電変換素子を含む固体撮像素子と、前記複数の第一の光電変換素子を第一の露光期間で露光すると共に、前記複数の第二の光電変換素子を、長さの異なる複数の第二の露光期間で順次露光し、前記第一の露光期間中に前記複数の第一の光電変換素子に蓄積された電荷に応じた第一の信号と、前記複数の第二の露光期間の各々において前記複数の第二の光電変換素子に蓄積された電荷に応じた第二の信号とを読み出す駆動を行う駆動部とを備え、各第二の露光期間は、前記第一の露光期間と重なりを有するものである。
　開示された撮像装置は、前記固体撮像素子の光入射側に設けられたメカニカルシャッタを更に備え、前記固体撮像素子がＣＭＯＳ型であり、前記駆動部は、前記複数の第一の光電変換素子の蓄積電荷を同時にリセットするグローバルリセット駆動を行って前記第一の露光期間の露光を開始し、前記第一の露光期間の露光開始後に前記メカニカルシャッタを閉じる駆動を行って前記第一の露光期間の露光を終了し、前記複数の第二の光電変換素子の蓄積電荷を前記第二の光電変換素子のライン毎にタイミングをずらしてリセットするローリングリセット駆動を行って前記複数の第二の露光期間のうちの少なくとも最後の第二の露光期間を除く露光期間の露光を開始するものである。
　開示された撮像装置は、前記駆動部は、前記複数の第二の光電変換素子の蓄積電荷を同時にリセットするグローバルリセット駆動を行って前記複数の第二の露光期間のうちの最後の第二の露光期間の露光を開始し、前記メカニカルシャッタを閉じる駆動を行って前記最後の第二の露光期間の露光を終了するものである。
　開示された撮像装置は、前記最後の第二の露光期間が、前記複数の第二の露光期間の中で最も短い期間であるものである。
　開示された撮像装置は、前記複数の第二の露光期間のうちの最も短い期間が、最初の第二の露光期間と最後の第二の露光期間を除く期間であるものである。
　開示された撮像装置は、前記第二の露光期間が３つである。
　開示された撮像装置は、前記駆動部は、前記ローリングリセット駆動を行って各第二の露光期間の露光を開始し、前記第二の光電変換素子のライン毎にタイミングをずらして前記第二の信号を読み出すローリング読出し駆動を行って、各第二の露光期間の露光を終了するものである。
　開示された撮像装置は、前記固体撮像素子がＣＭＯＳ型であり、前記駆動部は、前記複数の第一の光電変換素子の蓄積電荷を前記第一の光電変換素子のライン毎にタイミングをずらしてリセットするローリングリセット駆動を行って、前記第一の露光期間の露光を開始し、前記複数の第二の光電変換素子の蓄積電荷を前記第二の光電変換素子のライン毎にタイミングをずらしてリセットするローリングリセット駆動を行って、各第二の露光期間の露光を開始し、前記第一の光電変換素子のライン毎にタイミングをずらして前記第一の信号を読み出すローリング読出し駆動を行って、前記第一の露光期間の露光を終了し、前記第二の光電変換素子のライン毎にタイミングをずらして前記第二の信号を読み出すローリング読出し駆動を行って、各第二の露光期間の露光を終了するものである。
　開示された撮像装置は、各第二の露光期間の露光が前記第一の露光期間中に実施されるものである。
　開示された撮像装置は、前記固体撮像素子がＣＣＤ型であり、前記複数の第二の露光期間のうちの最初の第二の露光期間が最も短い期間であるものである。
　開示された撮像装置は、前記固体撮像素子が、前記複数の第一の光電変換素子から前記第一の信号を読み出すための第一の読出し回路と、前記複数の第二の光電変換素子から前記第二の信号を読み出すための前記第一の読出し回路とは独立して設けられた第二の読出し回路とを備えるものである。
　開示された撮像方法は、二次元状に配列された複数の第一の光電変換素子及び複数の第二の光電変換素子を含む固体撮像素子を用いた撮像方法であって、前記複数の第一の光電変換素子を第一の露光期間で露光すると共に、前記複数の第二の光電変換素子を、長さの異なる複数の第二の露光期間で順次露光し、前記第一の露光期間中に前記複数の第一の光電変換素子に蓄積された電荷に応じた第一の信号と、前記複数の第二の露光期間の各々において前記複数の第二の光電変換素子に蓄積された電荷に応じた第二の信号とを読み出す駆動を行う駆動ステップを備え、各第二の露光期間は、前記第一の露光期間と重なりを有するものである。
　開示された撮像方法は、前記固体撮像素子がＣＭＯＳ型であり、前記駆動ステップでは、前記複数の第一の光電変換素子の蓄積電荷を同時にリセットするグローバルリセット駆動を行って前記第一の露光期間の露光を開始し、前記第一の露光期間の露光開始後に、前記固体撮像素子の光入射側に設けられたメカニカルシャッタを閉じる駆動を行って前記第一の露光期間の露光を終了し、前記複数の第二の光電変換素子の蓄積電荷を前記第二の光電変換素子のライン毎にタイミングをずらしてリセットするローリングリセット駆動を行って前記複数の第二の露光期間のうちの少なくとも最後の第二の露光期間を除く露光期間の露光を開始するものである。
　開示された撮像方法は、前記駆動ステップでは、前記複数の第二の光電変換素子の蓄積電荷を同時にリセットするグローバルリセット駆動を行って前記複数の第二の露光期間のうちの最後の第二の露光期間の露光を開始し、前記メカニカルシャッタを閉じる駆動を行って前記最後の第二の露光期間の露光を終了するものである。
　開示された撮像方法は、前記最後の第二の露光期間を、前記複数の第二の露光期間の中で最も短い期間とするものである。
　開示された撮像方法は、前記複数の第二の露光期間のうちの最も短い期間を、最初の第二の露光期間と最後の第二の露光期間を除く期間とするものである。
　開示された撮像方法は、前記第二の露光期間が３つである。
　開示された撮像方法は、前記駆動部は、前記ローリングリセット駆動を行って各第二の露光期間の露光を開始し、前記第二の光電変換素子のライン毎にタイミングをずらして前記第二の信号を読み出すローリング読出し駆動を行って、各第二の露光期間の露光を終了するものである。
　開示された撮像方法は、記固体撮像素子がＣＭＯＳ型であり、前記駆動ステップでは、前記複数の第一の光電変換素子の蓄積電荷を前記第一の光電変換素子のライン毎にタイミングをずらしてリセットするローリングリセット駆動を行って、前記第一の露光期間の露光を開始し、前記複数の第二の光電変換素子の蓄積電荷を前記第二の光電変換素子のライン毎にタイミングをずらしてリセットするローリングリセット駆動を行って、各第二の露光期間の露光を開始し、前記第一の光電変換素子のライン毎にタイミングをずらして前記第一の信号を読み出すローリング読出し駆動を行って、前記第一の露光期間の露光を終了し、前記第二の光電変換素子のライン毎にタイミングをずらして前記第二の信号を読み出すローリング読出し駆動を行って、各第二の露光期間の露光を終了するものである。
　開示された撮像方法は、各第二の露光期間の露光を前記第一の露光期間中に実施するものである。
　開示された撮像方法は、前記固体撮像素子がＣＣＤ型であり、前記複数の第二の露光期間のうちの最初の第二の露光期間を最も短い期間とするものである。
　開示された撮像方法は、前記駆動ステップでは、第一の読出し回路を用いて前記第一の信号を読出し、前記第一の読出し回路とは独立して設けられた第二の読出し回路を用いて前記第二の信号を読み出すものである。
　本発明によれば、ダイナミックレンジの異なる複数種類の画像データを１回の撮影で得ることが可能な撮像装置及び撮像方法を提供することができる。
本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
　本出願は、２０１０年７月２８日出願の日本出願（特願２０１０－１６９７９９）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
１００　撮像装置
５　固体撮像素子
８　デバイス制御部
５１ａ，５１ｂ　光電変換素子
６２ａ，６２ｂ　信号読出し回路

Claims (22)

  1. 　二次元状に配列された複数の第一の光電変換素子及び複数の第二の光電変換素子を含む固体撮像素子と、
    　前記複数の第一の光電変換素子を第一の露光期間で露光すると共に、前記複数の第二の光電変換素子を、長さの異なる複数の第二の露光期間で順次露光し、前記第一の露光期間中に前記複数の第一の光電変換素子に蓄積された電荷に応じた第一の信号と、前記複数の第二の露光期間の各々において前記複数の第二の光電変換素子に蓄積された電荷に応じた第二の信号とを読み出す駆動を行う駆動部とを備え、
    　各第二の露光期間は、前記第一の露光期間と重なりを有する撮像装置。
  2. 　請求項１記載の撮像装置であって、
    　前記固体撮像素子の光入射側に設けられたメカニカルシャッタを更に備え、
    　前記固体撮像素子がＣＭＯＳ型であり、
    　前記駆動部は、前記複数の第一の光電変換素子の蓄積電荷を同時にリセットするグローバルリセット駆動を行って前記第一の露光期間の露光を開始し、前記第一の露光期間の露光開始後に前記メカニカルシャッタを閉じる駆動を行って前記第一の露光期間の露光を終了し、前記複数の第二の光電変換素子の蓄積電荷を前記第二の光電変換素子のライン毎にタイミングをずらしてリセットするローリングリセット駆動を行って前記複数の第二の露光期間のうちの少なくとも最後の第二の露光期間を除く露光期間の露光を開始する撮像装置。
  3. 　請求項２記載の撮像装置であって、
    　前記駆動部は、前記複数の第二の光電変換素子の蓄積電荷を同時にリセットするグローバルリセット駆動を行って前記複数の第二の露光期間のうちの最後の第二の露光期間の露光を開始し、前記メカニカルシャッタを閉じる駆動を行って前記最後の第二の露光期間の露光を終了する撮像装置。
  4. 　請求項３記載の撮像装置であって、
    　前記最後の第二の露光期間が、前記複数の第二の露光期間の中で最も短い期間である撮像装置。
  5. 　請求項３記載の撮像装置であって、
    　前記複数の第二の露光期間のうちの最も短い期間が、最初の第二の露光期間と最後の第二の露光期間を除く期間である撮像装置。
  6. 　請求項５記載の撮像装置であって、
    　前記第二の露光期間が３つである撮像装置。
  7. 　請求項２記載の撮像装置であって、
    　前記駆動部は、前記ローリングリセット駆動を行って各第二の露光期間の露光を開始し、前記第二の光電変換素子のライン毎にタイミングをずらして前記第二の信号を読み出すローリング読出し駆動を行って、各第二の露光期間の露光を終了する撮像装置。
  8. 　請求項１記載の撮像装置であって、
    　前記固体撮像素子がＣＭＯＳ型であり、
    　前記駆動部は、前記複数の第一の光電変換素子の蓄積電荷を前記第一の光電変換素子のライン毎にタイミングをずらしてリセットするローリングリセット駆動を行って、前記第一の露光期間の露光を開始し、前記複数の第二の光電変換素子の蓄積電荷を前記第二の光電変換素子のライン毎にタイミングをずらしてリセットするローリングリセット駆動を行って、各第二の露光期間の露光を開始し、前記第一の光電変換素子のライン毎にタイミングをずらして前記第一の信号を読み出すローリング読出し駆動を行って、前記第一の露光期間の露光を終了し、前記第二の光電変換素子のライン毎にタイミングをずらして前記第二の信号を読み出すローリング読出し駆動を行って、各第二の露光期間の露光を終了する撮像装置。
  9. 　請求項８記載の撮像装置であって、
    　各第二の露光期間の露光が前記第一の露光期間中に実施される撮像装置。
  10. 　請求項１記載の撮像装置であって、
    　前記固体撮像素子がＣＣＤ型であり、
    　前記複数の第二の露光期間のうちの最初の第二の露光期間が最も短い期間である撮像装置。
  11. 　請求項２～９のいずれか１項記載の撮像装置であって、
    　前記固体撮像素子が、前記複数の第一の光電変換素子から前記第一の信号を読み出すための第一の読出し回路と、前記複数の第二の光電変換素子から前記第二の信号を読み出すための前記第一の読出し回路とは独立して設けられた第二の読出し回路とを備える撮像装置。
  12. 　二次元状に配列された複数の第一の光電変換素子及び複数の第二の光電変換素子を含む固体撮像素子を用いた撮像方法であって、
    　前記複数の第一の光電変換素子を第一の露光期間で露光すると共に、前記複数の第二の光電変換素子を、長さの異なる複数の第二の露光期間で順次露光し、前記第一の露光期間中に前記複数の第一の光電変換素子に蓄積された電荷に応じた第一の信号と、前記複数の第二の露光期間の各々において前記複数の第二の光電変換素子に蓄積された電荷に応じた第二の信号とを読み出す駆動を行う駆動ステップを備え、
    　各第二の露光期間は、前記第一の露光期間と重なりを有するものである撮像方法。
  13. 　請求項１２記載の撮像方法であって、
    　前記固体撮像素子がＣＭＯＳ型であり、
    　前記駆動ステップでは、前記複数の第一の光電変換素子の蓄積電荷を同時にリセットするグローバルリセット駆動を行って前記第一の露光期間の露光を開始し、前記第一の露光期間の露光開始後に、前記固体撮像素子の光入射側に設けられたメカニカルシャッタを閉じる駆動を行って前記第一の露光期間の露光を終了し、前記複数の第二の光電変換素子の蓄積電荷を前記第二の光電変換素子のライン毎にタイミングをずらしてリセットするローリングリセット駆動を行って前記複数の第二の露光期間のうちの少なくとも最後の第二の露光期間を除く露光期間の露光を開始する撮像方法。
  14. 　請求項１３記載の撮像方法であって、
    　前記駆動ステップでは、前記複数の第二の光電変換素子の蓄積電荷を同時にリセットするグローバルリセット駆動を行って前記複数の第二の露光期間のうちの最後の第二の露光期間の露光を開始し、前記メカニカルシャッタを閉じる駆動を行って前記最後の第二の露光期間の露光を終了する撮像方法。
  15. 　請求項１４記載の撮像方法であって、
    　前記最後の第二の露光期間を、前記複数の第二の露光期間の中で最も短い期間とする撮像方法。
  16. 　請求項１４記載の撮像方法であって、
    　前記複数の第二の露光期間のうちの最も短い期間を、最初の第二の露光期間と最後の第二の露光期間を除く期間とする撮像方法。
  17. 　請求項１６記載の撮像方法であって、
    　前記第二の露光期間が３つである撮像方法。
  18. 　請求項１３記載の撮像方法であって、
    　前記駆動部は、前記ローリングリセット駆動を行って各第二の露光期間の露光を開始し、前記第二の光電変換素子のライン毎にタイミングをずらして前記第二の信号を読み出すローリング読出し駆動を行って、各第二の露光期間の露光を終了する撮像方法。
  19. 　請求項１２記載の撮像方法であって、
    　前記固体撮像素子がＣＭＯＳ型であり、
    　前記駆動ステップでは、前記複数の第一の光電変換素子の蓄積電荷を前記第一の光電変換素子のライン毎にタイミングをずらしてリセットするローリングリセット駆動を行って、前記第一の露光期間の露光を開始し、前記複数の第二の光電変換素子の蓄積電荷を前記第二の光電変換素子のライン毎にタイミングをずらしてリセットするローリングリセット駆動を行って、各第二の露光期間の露光を開始し、前記第一の光電変換素子のライン毎にタイミングをずらして前記第一の信号を読み出すローリング読出し駆動を行って、前記第一の露光期間の露光を終了し、前記第二の光電変換素子のライン毎にタイミングをずらして前記第二の信号を読み出すローリング読出し駆動を行って、各第二の露光期間の露光を終了する撮像方法。
  20. 　請求項１９記載の撮像方法であって、
    　各第二の露光期間の露光を前記第一の露光期間中に実施する撮像方法。
  21. 　請求項１２記載の撮像方法であって、
    　前記固体撮像素子がＣＣＤ型であり、
    　前記複数の第二の露光期間のうちの最初の第二の露光期間を最も短い期間とする撮像方法。
  22. 　請求項１３～２０のいずれか１項記載の撮像方法であって、
    　前記駆動ステップでは、第一の読出し回路を用いて前記第一の信号を読出し、前記第一の読出し回路とは独立して設けられた第二の読出し回路を用いて前記第二の信号を読み出す撮像方法。
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