JP2001292453A - Color image pickup device and image pickup system using it - Google Patents
Color image pickup device and image pickup system using itInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明はカラー撮像装置及び
それを用いた撮像システムに係わり、特に各画素信号を
原信号で読出す動作と、加算して読出す動作を選択可能
なカラー撮像装置及びそれを用いた撮像システムに関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a color image pickup apparatus and an image pickup system using the same, and more particularly, to a color image pickup apparatus capable of selecting an operation of reading each pixel signal with an original signal and an operation of adding and reading each pixel signal. The present invention relates to an imaging system using the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】デジタルスチルカメラは２００万画素の
撮像素子が使用されるようになった。これは銀鉛写真画
質を追求した結果であって、静止画専用に用いられてい
た。従来ＮＴＳＣ用のビデオカメラは４０万画素程度で
あり、読出し速度はインタレース走査で約１３．５ＭＨ
ｚ、プログレッシブ走査で約２７ＭＨｚである。2. Description of the Related Art Digital still cameras have come to use an image sensor having 2 million pixels. This is the result of pursuing silver-lead photographic image quality and was used exclusively for still images. A conventional NTSC video camera has about 400,000 pixels, and the reading speed is about 13.5 MHZ in interlaced scanning.
z, about 27 MHz for progressive scanning.
【０００３】２００万画素の撮像素子を動画で使用する
と、上記４０万画素の場合の５倍の読出し速度になる。When an image sensor having 2 million pixels is used for a moving image, the reading speed is five times as high as that in the case of 400,000 pixels.
【０００４】このような読出し速度で読み出しを行う
と、消費電力が非常に増大し、また、かかる消費電力増
大によるノイズの悪化が生じ、さらに画像処理用のメモ
リの増大によるコストアップを招く問題があった。[0004] When reading is performed at such a reading speed, power consumption is greatly increased, noise is degraded due to the increased power consumption, and the cost is increased due to an increase in an image processing memory. there were.
【０００５】この様な問題を解決するものとして、特開
平９−２４７６８９号公報に開示されたカラー撮像装置
がある。同公報に示される実施例（公報の図３）では、
４×４画素を単位として同一色を間引いて読み出し加算
している。To solve such a problem, there is a color image pickup apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-247689. In the embodiment shown in the publication (FIG. 3 of the publication),
The same color is thinned out and read and added in units of 4 × 4 pixels.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】この場合、問題になる
のは４×４画素のなかで利用される有効画素が１／４に
なっていること、また全体の画素数で考えると１／１６
になっていることである。従って、２００万画素の素子
の場合２００万／１６≒１２．５万画素相当の解像度し
か得られない。即ち、利用効率が非常に悪くなり、実際
上モニタ程度にしか使うことができない。In this case, the problem is that the effective pixels used in 4 × 4 pixels are １ ／, and the number of effective pixels is 1/16.
It is becoming. Therefore, in the case of an element having 2 million pixels, only a resolution equivalent to 2,000,000 / 16 ≒ 125,000 pixels can be obtained. In other words, the utilization efficiency becomes very poor, and practically only the monitor can be used.
【０００７】さらに上記特開平９−２４７６８９号公報
の実施例（公報の図２）では複数の画素信号を混合して
読出すことが記載されているが、これをＣＣＤで行うに
は実現性がなく（ＣＣＤでは電荷転送なのでＸ−Ｙ走査
の読出しは困難）、また半導体スイッチと光ダイオード
で行うには、垂直信号線のＫＴＣノイズが大きく、良好
なＳ／Ｎが得られない問題がある。Further, in the embodiment of Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-247689 (FIG. 2 of the Japanese Patent Publication), it is described that a plurality of pixel signals are mixed and read out. (It is difficult to read XY scanning because of charge transfer in the CCD), and there is a problem that the KTC noise of the vertical signal line is large and a good S / N cannot be obtained when using a semiconductor switch and a photodiode.
【０００８】上述の様に従来技術では画素信号を間引き
したため画像の折り返しによるモアレが発生し、また４
×４画素単位による読出しのため、充分な解像度が得ら
れない、Ｓ／Ｎが悪いという課題があった。As described above, in the prior art, pixel signals are thinned out, so that moire is generated due to the folding of the image.
There is a problem that a sufficient resolution cannot be obtained and S / N is poor because reading is performed in units of × 4 pixels.
【０００９】本発明は従来技術の課題を解決し、高精細
の画像と、それより低解像の動画像を良画質で撮影でき
るカラー撮像装置およびそれを用いた撮像システムを提
供することを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the problems of the prior art and to provide a color image pickup apparatus capable of shooting a high-definition image and a low-resolution moving image with good image quality, and an image pickup system using the same. And
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明のカラー撮像装置
は、二次元状に配列した複数の画素を有し、該複数の画
素に対して、複数の色フィルターを配した撮像素子と、
同色の色フィルターが配された画素からの信号を加算す
る加算手段とを備えたカラー撮像装置であって、前記複
数の画素からの各色信号を空間的に重複して加算してな
るカラー撮像装置である。A color image pickup apparatus according to the present invention has a plurality of pixels arranged two-dimensionally, and an image pickup device in which a plurality of color filters are arranged for the plurality of pixels.
A color image pickup apparatus comprising: an addition unit that adds signals from pixels provided with color filters of the same color, wherein the color image pickup apparatus spatially overlaps and adds the respective color signals from the plurality of pixels. It is.
【００１１】本発明の撮像システムは、上記本発明のカ
ラー撮像装置と、該カラー撮像装置へ光を結像する光学
系と、該カラー撮像装置からの出力信号を処理する信号
処理回路とを有することを特徴とするものである。An image pickup system according to the present invention includes the above color image pickup apparatus of the present invention, an optical system for forming an image on the color image pickup apparatus, and a signal processing circuit for processing an output signal from the color image pickup apparatus. It is characterized by the following.
【００１２】[0012]
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を用いて
詳細に説明する。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
【００１３】図１は本発明のカラー撮像装置による画素
信号読み出し方法を示す概略説明図である。図１では撮
像素子の出力は４チャンネル（４出力）あり、撮像素子
のマトリクス状に配された各画素のカラーフィルターは
市松模様状に配置されており、Ｇ（緑）フィルターは市
松模様の半分に配され、Ｒ（赤）フィルター、Ｂ（青）
フィルターは市松模様の残りの半分にそれぞれ半分づつ
配されている。FIG. 1 is a schematic explanatory view showing a pixel signal reading method by the color image pickup device of the present invention. In FIG. 1, the output of the image sensor has four channels (four outputs), the color filters of the pixels arranged in a matrix of the image sensor are arranged in a checkered pattern, and the G (green) filter is half of the checkered pattern. R (red) filter, B (blue)
The filters are arranged in half on the other half of the checkered pattern.
【００１４】高精細読出しの場合（システム１）は、各
画素信号が独立に読出されて、全画素読み出しが行われ
る。すなわち、出力Ａからは読み出し回路１１により画
素信号Ｇ11，Ｇ13，Ｇ15，…が出力され、出力Ｂからは
読み出し回路１１により画素信号Ｇ22，Ｇ24，Ｇ26，…
が出力され、出力Ｃからは読み出し回路１２により画素
信号Ｂ21，Ｂ23，Ｂ25，…が出力され、出力Ｄからは読
み出し回路１２により画素信号Ｒ12，Ｒ14，Ｒ16，…が
出力される。そして、２ライン（例えば、Ｖ1ラインと
Ｖ2ライン）から色信号が形成される。In the case of high-definition readout (system 1), each pixel signal is read out independently and all pixels are read out. That is, the output A outputs pixel signals G11, G13, G15,... By the readout circuit 11, and the output B outputs pixel signals G22, G24, G26,.
Are output from the output C, and the readout circuit 12 outputs pixel signals B21, B23, B25,..., And the output D outputs pixel signals R12, R14, R16,. Then, a color signal is formed from two lines (for example, the V1 line and the V2 line).
【００１５】また、低解像読出しの場合（システム２）
は、加算と間引き読み出しが行われる。システム２で
は、４ラインから色信号を形成する。Ｇ（緑）信号とＲ
（赤）信号とＢ（青）信号は４ラインから縦方向加算と
横方向加算を行う。またインターレース走査の撮像装置
では、フィールド間では４ラインの組み合わせを変えイ
ンターレース走査を行う。すなわち、システム２におい
て、偶数フィールドでは、４ライン（例えばＶ1，Ｖ2，
Ｖ3，Ｖ4ライン）から色信号が形成され、出力Ａからは
読み出し回路１１により画素信号Ｇ11＋Ｇ31＋Ｇ13＋Ｇ
33，Ｇ15＋Ｇ35＋Ｇ17＋Ｇ37，…が出力され、出力部Ｂ
からは画素信号Ｇ22＋Ｇ42＋Ｇ24＋Ｇ44，Ｇ26＋Ｇ46＋
Ｇ28＋Ｇ48，…が出力される。出力Ｃからは読み出し回
路１２により画素信号Ｂ21＋Ｂ41＋Ｂ23＋Ｂ43，Ｂ25＋
Ｂ45＋Ｂ27＋Ｂ47，…が出力され、出力Ｄからは読み出
し回路１２により画素信号Ｒ12＋Ｒ32＋Ｒ14＋Ｒ34，Ｒ
16＋Ｒ36＋Ｒ18＋Ｒ38，…が出力される。奇数フィール
ドでは、４ライン（例えば、Ｖ3，Ｖ4，Ｖ5，Ｖ6ライ
ン）から色信号が形成され、出力Ａからは読み出し回路
１１により画素信号Ｇ31＋Ｇ51＋Ｇ33＋Ｇ53，Ｇ35＋Ｇ
55＋Ｇ37＋Ｇ57，…が出力され、出力部Ｂからは画素信
号Ｇ42＋Ｇ62＋Ｇ44＋Ｇ64，Ｇ46＋Ｇ66＋Ｇ48＋Ｇ68，
…が出力される。出力Ｃからは読み出し回路１２により
画素信号Ｂ41＋Ｂ61＋Ｂ43＋Ｂ63，…が出力され、出力
Ｄからは読み出し回路１２により画素信号Ｒ32＋Ｒ52＋
Ｒ34＋Ｒ54，…が出力される。In the case of low-resolution reading (system 2)
In addition, addition and thinning-out reading are performed. In system 2, color signals are formed from four lines. G (green) signal and R
The (red) signal and the B (blue) signal perform vertical addition and horizontal addition from four lines. In an interlaced scanning imaging apparatus, interlaced scanning is performed by changing the combination of four lines between fields. That is, in the system 2, four lines (for example, V1, V2,
V3, V4 lines), a color signal is formed, and a pixel signal G11 + G31 + G13 + G from the output A by the readout circuit 11.
33, G15 + G35 + G17 + G37,...
From the pixel signals G22 + G42 + G24 + G44, G26 + G46 +
G28 + G48,... Are output. From the output C, the pixel signals B21 + B41 + B23 + B43, B25 +
B45 + B27 + B47,... Are output, and from the output D, pixel signals R12 + R32 + R14 + R34, R
16 + R36 + R18 + R38,... Are output. In the odd field, color signals are formed from four lines (for example, lines V3, V4, V5, and V6), and pixel signals G31 + G51 + G33 + G53, G35 + G from output A are read out by the readout circuit 11.
55 + G37 + G57,... Are output from the output section B, and pixel signals G42 + G62 + G44 + G64, G46 + G66 + G48 + G68,
... is output. A pixel signal B41 + B61 + B43 + B63,... Is output from the output C by the readout circuit 12, and a pixel signal R32 + R52 + is output from the output D by the readout circuit 12.
R34 + R54,... Are output.
【００１６】次に画素部の構成例について説明する。画
素部はＣＭＯＳセンサーと呼ばれる画素をマトリクス状
に配置して構成される。Next, a configuration example of the pixel portion will be described. The pixel portion is configured by arranging pixels called CMOS sensors in a matrix.
【００１７】図２はＣＭＯＳセンサーおよび読み出し回
路を示す回路図である。ＣＭＯＳセンサーは各画素アン
プのバラツキとゲート部のリセットノイズがあるので、
そのノイズを除去するため出力部に信号用メモリＣＴ１
とノイズ用メモリＣＴ２を設けて、減算処理によりノイ
ズを除去している。FIG. 2 is a circuit diagram showing a CMOS sensor and a readout circuit. Since CMOS sensors have variations in each pixel amplifier and reset noise in the gate section,
In order to remove the noise, the signal memory CT1
And a noise memory CT2 to remove noise by subtraction processing.
【００１８】図２において、破線領域はＣＭＯＳセンサ
ーの一画素を示し、ＰＤはフォトダイオード、ＭTXは転
送用トランジスタ、ＭRESはリセット用トランジスタ、
ＭSELは画素アンプとなる増幅用トランジスタ、ＭSELは
画素を選択する選択用トランジスタである。リセット用
トランジスタＭRES、ＭRVをオンして画素部および垂直
出力線のリセットを行った後に画素アンプ、選択用トラ
ンジスタＭSEL、トランジスタＭCT2を介してノイズ用メ
モリＣＴ２にノイズ信号を蓄積する。また、転送用トラ
ンジスタＭTXをオンして、フォトダイオードＰＤから光
電変換された信号が画素アンプとなる増幅用トランジス
タＭSELのゲートに転送され、画素アンプ、選択用トラ
ンジスタＭSEL、トランジスタＭCT1を介して信号用メモ
リＣＴ１にノイズ信号成分を含む信号を蓄積する。そし
て、信号用メモリＣＴ１に蓄積されたノイズ信号成分を
含む信号と、ノイズ用メモリＣＴ２に蓄積されたノイズ
信号とを水平出力線に出力し、減算処理して画素アンプ
のバラツキとゲート部のリセットノイズ等のノイズ成分
が除去された信号を得る。φSEL、φTX、φRES、φRV、
φTS、φTNはそれぞれ増幅用トランジスタＭSEL、転送
用トランジスタＭTX、リセット用トランジスタＭRES，
ＭRV、トランジスタＭCT1，ＭCT2を制御する制御信号で
ある。また、トランジスタＭLは画素アンプＭSFの負荷
である。φLはφSELと共通に駆動するか、常にＨレベル
として抵抗としても良い。In FIG. 2, a broken line region indicates one pixel of a CMOS sensor, PD is a photodiode, MTX is a transfer transistor, MRES is a reset transistor,
MSEL is an amplification transistor serving as a pixel amplifier, and MSEL is a selection transistor for selecting a pixel. After the reset transistors MRES and MRV are turned on to reset the pixel portion and the vertical output line, a noise signal is accumulated in the noise memory CT2 via the pixel amplifier, the selection transistor MSEL, and the transistor MCT2. Further, the transfer transistor MTX is turned on, and the signal photoelectrically converted from the photodiode PD is transferred to the gate of the amplification transistor MSEL serving as a pixel amplifier, and the signal is transmitted via the pixel amplifier, the selection transistor MSEL, and the transistor MCT1. A signal including a noise signal component is stored in the memory CT1. Then, the signal including the noise signal component accumulated in the signal memory CT1 and the noise signal accumulated in the noise memory CT2 are output to a horizontal output line, subjected to a subtraction process, and the variation of the pixel amplifier and the reset of the gate unit. A signal from which noise components such as noise have been removed is obtained. φSEL, φTX, φRES, φRV,
φTS and φTN are an amplification transistor MSEL, a transfer transistor MTX, and a reset transistor MRES, respectively.
MRV is a control signal for controlling the transistors MCT1 and MCT2. The transistor ML is a load of the pixel amplifier MSF. .phi.L may be driven in common with .phi.SEL, or may be always set to the H level as a resistor.
【００１９】なお、画素部は複数の光電変換部に対して
１つの共通アンプを設けるようにしてもよい。図１１は
共通アンプ画素の例を示す図である。図１１に示すよう
に、ａ11，ａ12，ａ21，ａ22は各画素の光電変換部とな
るフォトダイオード、ＭSFは共通アンプとなる増幅用ト
ランジスタ、ＭTX1〜ＭTX4はフォトダイオードに蓄積さ
れた信号電荷を共通アンプの入力部に転送する転送用ト
ランジスタ、ＭRESは前記共通アンプの入力部をリセッ
トするリセット用トランジスタ、ＭSELは共通アンプ画
素を選択する選択用トランジスタである。トランジスタ
ＭSF，ＭSELはソースフォロア回路を構成する。かかる
共通アンプ画素は４つのフォトダイオードからの信号が
共通アンプを介して出力され、４画素で一つの単位セル
を構成する。１つの画素はフォトダイオード、転送用ト
ランジスタを含み、共通アンプ，リセット用トランジス
タ、選択用トランジスタからなる共通回路の一部を含ん
でいる。フォトダイオードａ11，ａ22にＧフィルター、
フォトダイオードａ21にＢフィルター、フォトダイオー
ドａ12にＲフィルターを配置する。In the pixel section, one common amplifier may be provided for a plurality of photoelectric conversion sections. FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a common amplifier pixel. As shown in FIG. 11, a11, a12, a21, and a22 are photodiodes serving as photoelectric conversion units of each pixel, MSF is an amplifying transistor serving as a common amplifier, and MTX1 to MTX4 share signal charges accumulated in the photodiodes. A transfer transistor for transferring to the input section of the amplifier, MRES is a reset transistor for resetting the input section of the common amplifier, and MSEL is a selection transistor for selecting a common amplifier pixel. The transistors MSF and MSEL form a source follower circuit. In such a common amplifier pixel, signals from four photodiodes are output via a common amplifier, and the four pixels constitute one unit cell. One pixel includes a photodiode and a transfer transistor, and includes a part of a common circuit including a common amplifier, a reset transistor, and a selection transistor. G filters for photodiodes a11 and a22,
A B filter is disposed on the photodiode a21, and an R filter is disposed on the photodiode a12.
【００２０】図３は本発明の撮像装置の信号読み出し回
路の構成を示すブロック図である。なお、図２を用いて
説明したノイズ除去構成についてはここでは説明の簡易
化のため省略する。FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a signal readout circuit of the image pickup apparatus according to the present invention. The noise elimination configuration described with reference to FIG. 2 is omitted here for simplification of description.
【００２１】画素部の上側には２ラインと水平２行分
の、奇数ライン用のＧ用メモリＭＧ11，ＭＧ12，ＭＧ3
1，ＭＧ32と偶数ライン用のＧ用メモリＭＧ21，ＭＧ2
2，ＭＧ41，ＭＧ42，…とを設け、下側には２ラインと
水平２行分のＢとＲ用メモリＭＢ11，ＭＢ12，ＭＢ31，
ＭＢ32，…、ＭＲ21，ＭＲ22，ＭＲ41，ＭＲ42，…を設
けている。上側及び下側メモリには画素部から画素信号
が読み出される。上側メモリは水平走査回路（Ｈ・Ｓ
Ｒ）２１により制御され、下側メモリは水平走査回路
（Ｈ・ＳＲ）２２により制御される。画素部からの信号
の読み出しは垂直走査回路（Ｖ・ＳＲ）２３により制御
される。On the upper side of the pixel portion, G memories MG11, MG12, MG3 for two lines and two horizontal lines for odd lines.
1, MG32 and G memory MG21, MG2 for even lines
, MG41, MG42,..., And B and R memories MB11, MB12, MB31, MB for two lines and two horizontal lines are provided below.
, MR21, MR22, MR41, MR42,... Pixel signals are read from the pixel unit to the upper and lower memories. The upper memory is a horizontal scanning circuit (HS
R) 21, and the lower memory is controlled by a horizontal scanning circuit (H · SR) 22. Reading of signals from the pixel unit is controlled by a vertical scanning circuit (V · SR) 23.
【００２２】信号の加算は次のように行う。上側メモリ
（Ｇ用メモリ）では加算パルスφaddにより４画素分の
信号をメモリ上と水平信号線上で加算するように制御さ
れる。例えば、メモリＭＧ11，ＭＧ12，ＭＧ31，ＭＧ32
に転送された信号が加算され、メモリＭＧ21，ＭＧ22，
ＭＧ41，ＭＧ42に転送された信号が加算される。The addition of signals is performed as follows. The upper memory (memory for G) is controlled so that signals for four pixels are added on the memory and the horizontal signal line by the addition pulse φadd. For example, the memories MG11, MG12, MG31, MG32
Are transferred to the memories MG21, MG22,
The signals transferred to MG41 and MG42 are added.
【００２３】下側メモリ（Ｂ用メモリ及びＲ用メモリ）
では加算パルスφaddにより４画素の信号がメモリ上と
水平信号線上で加算されるように制御される。例えば、
それぞれメモリＭＢ11，ＭＢ12，ＭＢ31，ＭＢ32に転送
された信号が加算され、それぞれメモリＭＲ21，ＭＲ2
2，ＭＲ41，ＭＲ42に転送された信号が加算される。Lower memory (memory for B and memory for R)
In, the signal of four pixels is controlled to be added on the memory and the horizontal signal line by the addition pulse φadd. For example,
The signals transferred to the memories MB11, MB12, MB31, MB32 are added, and the signals are respectively added to the memories MR21, MR2.
2. The signals transferred to MR41 and MR42 are added.
【００２４】図４は上記信号読み出し回路のより詳細な
構成を示す回路構成図、図５は全画素信号読み出しのタ
イミング図、図６は加算及び間引き読み出しのタイミン
グ図である。FIG. 4 is a circuit diagram showing a more detailed configuration of the signal readout circuit, FIG. 5 is a timing chart of all pixel signal readout, and FIG. 6 is a timing chart of addition and thinning readout.
【００２５】まず、全画素信号読み出しの場合について
図４および図５を用いて説明する。First, the case of reading all pixel signals will be described with reference to FIGS.
【００２６】図５に示すように、期間ｔ0では、制御信
号φTG1，φTG2，φTG1′，φTG2′，φTB1，φTB2，φ
TR1，φTR2，φRVをＨレベルとして読み出し回路をリセ
ットする。As shown in FIG. 5, during period t0, control signals φTG1, φTG2, φTG1 ', φTG2', φTB1, φTB2, φ
The read circuit is reset by setting TR1, φTR2, and φRV to the H level.
【００２７】次に期間ｔ1では、Ｖ1ラインが選択され、
制御信号φTG1，φTG2，φTR1，φTR2をＨレベルとする
と、例えば、画素信号Ｇ11が上側メモリＭＧ11，ＭＧ12
へ、画素信号Ｒ12が下側メモリＭＲ21及びＭＲ22へ転送
される。上下のメモリではそれぞれ、２つのメモリＭＧ
11，ＭＧ12、２つのメモリＭＲ21，ＭＲ22を共通に利用
しメモリから水平出力線への読み出しゲインを大きくし
ている。Next, in a period t1, the V1 line is selected.
When the control signals φTG1, φTG2, φTR1, and φTR2 are set to the H level, for example, the pixel signal G11 is stored in the upper memory MG11, MG12.
, The pixel signal R12 is transferred to the lower memories MR21 and MR22. Each of the upper and lower memories has two memories MG.
11, MG12 and two memories MR21 and MR22 are commonly used to increase the read gain from the memories to the horizontal output lines.
【００２８】次に期間ｔ2では、同様にＶ2ラインが選択
され、制御信号φTG1′，φTG2′，φTB1，φTB2をＨレ
ベルとすると、例えば、画素信号Ｇ22が上側メモリＭＧ
21，ＭＧ22へ、画素信号Ｂ21が下側メモリＭＢ11及びＭ
Ｂ12へ転送される。上下のメモリではそれぞれ、２つの
メモリＭＧ21，ＭＧ22、２つのメモリＭＢ11，ＭＢ12を
共通に利用しメモリから水平出力線への読み出しゲイン
を大きくしている。Next, in the period t2, the V2 line is similarly selected, and when the control signals φTG1 ', φTG2', φTB1, and φTB2 are set to the H level, for example, the pixel signal G22 is changed to the upper memory MG.
21 and MG22, the pixel signal B21 is transferred to the lower memories MB11 and M11.
Transferred to B12. In the upper and lower memories, two memories MG21 and MG22 and two memories MB11 and MB12 are commonly used to increase the read gain from the memories to the horizontal output lines.
【００２９】次に水平走査回路２１から制御信号φH11
とφH21、φH12とφH22、φH13とφH23、…が同時に順
次出力されて、各上側メモリから二本の水平出力線に信
号が転送され、出力Ａ，Ｂから出力される。制御信号φ
H11とφH21、φH12とφH22、φH13とφH23、…が出力さ
れる間にはφHCがＨレベルとなり、水平出力線がリセッ
トされる。なお、不図示であるが、同様に水平走査回路
２２から、上記制御信号φH11〜φH13、φH21〜φH23と
同相の制御信号φH11′とφH21′、φH12′とφH22′、
φH13′とφH23′、…が同時に順次出力されて、各下側
メモリから二本の水平出力線に信号が転送され、出力
Ｃ，Ｄから出力される。この結果、２×２画素単位の信
号が出力Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄから出力される。その後、同様
にＶ3ライン、Ｖ4ラインが選択され信号読み出しが行わ
れる。Next, a control signal φH11 is output from the horizontal scanning circuit 21.
, And φH21, φH12 and φH22, φH13 and φH23,... Are sequentially output simultaneously, and signals are transferred from each upper memory to two horizontal output lines and output from outputs A and B. Control signal φ
While H11 and φH21, φH12 and φH22, φH13 and φH23,... Are output, φHC is at the H level, and the horizontal output line is reset. Although not shown, similarly, from the horizontal scanning circuit 22, control signals φH11 ′ and φH21 ′, φH12 ′ and φH22 ′ having the same phase as the control signals φH11 to φH13, φH21 to φH23,
are simultaneously output sequentially, signals are transferred from each lower memory to two horizontal output lines, and output from outputs C and D. As a result, signals in units of 2 × 2 pixels are output from outputs A, B, C, and D. Thereafter, similarly, the V3 line and the V4 line are selected, and the signal is read out.
【００３０】次に加算及び間引き読み出しについて図４
および図６を用いて説明する。ここではシステム２（偶
数フィールド）の場合について説明するが、インターレ
ース走査の場合は、奇数フィールドの場合についても同
様な動作で加算及び間引き読み出しを行うことができ
る。FIG. 4 shows addition and thinning-out reading.
This will be described with reference to FIG. Here, the case of the system 2 (even field) will be described. However, in the case of interlace scanning, addition and thinning-out reading can be performed by the same operation in the case of an odd field.
【００３１】図６に示すように、期間ｔ0では、制御信
号φTG1，φTG2，φTG1′，φTG2′，φTB1，φTB2，φ
TR1，φTR2をＨレベルとして読み出し回路をリセットす
る。As shown in FIG. 6, during period t0, control signals φTG1, φTG2, φTG1 ', φTG2', φTB1, φTB2, φ
The read circuit is reset by setting TR1 and φTR2 to the H level.
【００３２】次に期間ｔ1では、φTR1，φTG1がＨレベ
ルとなって、Ｖ1ラインのＲ信号である画素信号Ｒ12，
Ｒ14，…が下側メモリＭＲ21，ＭＲ41，…へ転送され、
Ｇ信号である画素信号Ｇ11，Ｇ13，…が上側メモリＭＧ
11，ＭＧ31，…へ転送される。Next, during the period t1, φTR1 and φTG1 go to the H level, and the pixel signals R12,
R14,... Are transferred to the lower memories MR21, MR41,.
The pixel signals G11, G13,...
11, MG31,...
【００３３】期間ｔ2では、φTG1′，φTB1がＨレベル
となって、Ｖ2ラインのＧ信号である画素信号Ｇ22，Ｇ2
4，…が上側メモリＭＧ22，ＭＧ42へ転送され、Ｂ信号
であるＢ21，Ｂ23，…が下側メモリＭＢ11，ＭＢ31へ転
送される。In the period t2, φTG1 'and φTB1 become H level, and the pixel signals G22 and G2, which are the G signals of the V2 line.
Are transferred to the upper memories MG22 and MG42, and the B signals B21, B23,... Are transferred to the lower memories MB11 and MB31.
【００３４】期間ｔ3では、φTG2，φTR2がＨレベルと
なって、Ｖ3ラインのＧ信号である画素信号Ｇ31，Ｇ3
3，…が上側メモリＭＧ12，ＭＧ32へ転送され、Ｒ信号
であるＲ32，Ｒ34，…が下側メモリＭＲ22，ＭＲ42へ転
送される。In the period t3, φTG2 and φTR2 become H level, and the pixel signals G31 and G3, which are the G signals of the V3 line.
Are transferred to the upper memories MG12, MG32, and the R signals R32, R34,... Are transferred to the lower memories MR22, MR42.
【００３５】期間ｔ4では、φTB2，φTG2′がＨレベル
となって、Ｖ4ラインのＢ信号である画素信号Ｂ41，Ｂ4
3，…が下側メモリＭＢ12，ＭＢ32へ転送され、Ｇ信号
である画素信号Ｇ42，Ｇ44，…が上側メモリＭＧ21，Ｍ
Ｇ41，…へ転送される。In the period t4, φTB2 and φTG2 'go to the H level, and the pixel signals B41 and B4, which are the B signals of the V4 line.
Are transferred to the lower memories MB12 and MB32, and the pixel signals G42, G44,.
G41,.
【００３６】期間ｔ5に、φaddが印加され、Ｇ信号は垂
直方向の信号がメモリにより加算される。すなわち、Ｇ
11＋Ｇ31，…、Ｇ22＋Ｇ42，…の加算処理が行われる。
下側メモリでもφaddにより垂直方向の信号がメモリに
より加算される。すなわち、Ｂ21＋Ｂ41、Ｂ23＋Ｂ43、
…の加算処理、およびＲ12＋Ｒ32、Ｒ14＋Ｒ34、…の加
算処理が行われる。さらに、信号（Ｇ11＋Ｇ31）と信号
（Ｇ13＋Ｇ33）、信号（Ｇ22＋Ｇ42）と信号（Ｇ24＋Ｇ
44）、信号（Ｂ21＋Ｂ41）と信号（Ｂ23＋Ｂ43）、信号
（Ｒ12＋Ｒ32）と信号（Ｒ14＋Ｒ34）は水平出力線で加
算されて、信号（Ｇ11＋Ｇ31＋Ｇ13＋Ｇ33）、信号（Ｇ
22＋Ｇ42＋Ｇ24＋Ｇ44）、信号（Ｂ21＋Ｂ41＋Ｂ23＋Ｂ
43）、信号（Ｒ12＋Ｒ32＋Ｒ14＋Ｒ34）が得られる。During the period t5, φadd is applied, and a vertical signal is added to the G signal by the memory. That is, G
, G22 + G42,... Are added.
Also in the lower memory, a signal in the vertical direction is added by the memory by φadd. That is, B21 + B41, B23 + B43,
.. And the addition of R12 + R32, R14 + R34,. Further, the signal (G11 + G31) and the signal (G13 + G33), the signal (G22 + G42) and the signal (G24 + G
44), the signal (B21 + B41) and the signal (B23 + B43), and the signal (R12 + R32) and the signal (R14 + R34) are added by a horizontal output line, and the signal (G11 + G31 + G13 + G33) and the signal (G
22 + G42 + G24 + G44), signal (B21 + B41 + B23 + B)
43), and a signal (R12 + R32 + R14 + R34) is obtained.
【００３７】図６のタイミング図で、水平シフトパルス
は、上下のメモリの信号としてφＨ1n，φＨ2n，φＨ1
n′，φＨ2n′が同相印加され、垂直方向と水平方向に
加算された信号（メモリ及び水平出力線により加算され
た信号）が出力Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに出力される。In the timing chart of FIG. 6, the horizontal shift pulse is represented by signals φH1n, φH2n, φH1 as upper and lower memory signals.
n ′ and φH2n ′ are applied in phase, and signals added in the vertical and horizontal directions (signals added by the memory and the horizontal output line) are output to outputs A, B, C, and D.
【００３８】図７はＲ，Ｇ，Ｂ画素の加算信号を得ると
きの各色の画素利用範囲を示す図である。それぞれの画
素利用範囲は重複している。FIG. 7 is a diagram showing a pixel use range of each color when obtaining an addition signal of R, G, and B pixels. Each pixel usage range overlaps.
【００３９】図７に示した画素利用範囲は、図１、図４
及び図６を用いて説明した信号読み出し方法における各
画素の利用範囲を示したものであり、Ｒ，Ｇ，Ｂ画素か
らの各色信号は空間的に重複して加算されることが分か
る。The pixel use range shown in FIG.
6 shows the use range of each pixel in the signal reading method described with reference to FIG. 6, and it can be seen that the color signals from the R, G, and B pixels are spatially overlapped and added.
【００４０】図８は補色の色フィルタＹｅ（黄），Ｃｙ
（シアン），Ｍｇ（マゼンダ），Ｇ（緑）での実施例で
の加算信号を得るときの各色の画素利用範囲を示す図で
ある。図９は４×４画素からＲ，Ｇ，Ｂ各一色を得る実
施例での加算信号を得るときの各色の画素利用範囲を示
す図である。図８、図９からわかるように、それぞれの
画素利用範囲は重複している。FIG. 8 shows complementary color filters Ye (yellow) and Cy.
FIG. 9 is a diagram illustrating a pixel use range of each color when obtaining an addition signal in the embodiment for (cyan), Mg (magenta), and G (green). FIG. 9 is a diagram showing a pixel use range of each color when obtaining an addition signal in the embodiment for obtaining each of R, G, and B colors from 4 × 4 pixels. As can be seen from FIGS. 8 and 9, the respective pixel use ranges overlap.
【００４１】なお、図７及び図８に示した画素利用範囲
の加算処理では４系統（Ｒ，Ｇ，Ｇ，Ｂの４系統、Ｙ
ｅ，Ｃｙ，Ｍｇ，Ｇの４系統）の加算処理の繰り返しと
なり、図９に示した画素利用範囲の加算処理では３系統
（Ｒ，Ｇ，Ｂの３系統）の加算処理の繰り返しとなる。In the addition process of the pixel use range shown in FIGS. 7 and 8, four systems (four systems of R, G, G, B, and Y system) are used.
e, Cy, Mg, and G) (the four systems of R, G, and B) in the pixel use range addition process shown in FIG. 9.
【００４２】高画素数の場合、加算した後の各色信号の
空間的重心ずれによるモアレは軽減されるので、Ｒ，
Ｇ，Ｂを同時信号として使ってもよい。In the case of a high number of pixels, the moire due to the spatial center shift of each color signal after addition is reduced.
G and B may be used as simultaneous signals.
【００４３】図１０に上記撮像装置を用いたシステム概
略図を示す。同図に示すように、光学系７１を通って入
射した画像光はＣＭＯＳセンサー７２上に結像する。Ｃ
ＭＯＳセンサー７２上に配置されている画素アレーによ
って光情報は電気信号へと変換される。その電気信号は
信号処理回路７３によって予め決められた方法によって
信号変換処理され、出力される。信号処理された信号
は、記録系、通信系７４により情報記録装置により記
録、あるいは情報転送される。記録、あるいは転送され
た信号は再生系７７により再生される。ＣＭＯＳセンサ
ー７２、信号処理回路７３はタイミング制御回路７５に
より制御され、光学系７１、タイミング制御回路７５、
記録系・通信系７４、再生系７７はシステムコントロー
ル回路７６により制御される。タイミング制御回路７５
により独立読出しか、加算・間引き読出しかを選択する
ことができる。FIG. 10 is a schematic diagram of a system using the above-described imaging apparatus. As shown in the figure, the image light incident through the optical system 71 forms an image on the CMOS sensor 72. C
The optical information is converted into an electric signal by a pixel array arranged on the MOS sensor 72. The electric signal is subjected to signal conversion processing by a signal processing circuit 73 by a predetermined method and output. The signal that has been subjected to the signal processing is recorded by a recording system and a communication system 74 by an information recording device, or information is transferred. The recorded or transferred signal is reproduced by the reproduction system 77. The CMOS sensor 72 and the signal processing circuit 73 are controlled by a timing control circuit 75, and the optical system 71, the timing control circuit 75,
The recording / communication system 74 and the reproduction system 77 are controlled by a system control circuit 76. Timing control circuit 75
Independent reading or addition / decimation reading can be selected.
【００４４】前述した高画素読出し（全画素読出し）と
低画素読出し（加算・間引き読出し）とでは水平と垂直
駆動パルスが異なる。従って読出しモード毎にセンサー
の駆動タイミング、信号処理回路の解像度処理、記録系
の記録画素数を変える必要がある。これらの制御はシス
テムコントロール回路７６で各読出しモードに応じて行
われる。また読出しモードで、加算により感度が異な
る。例えば高画素読出しに対し加算読出しでは信号量が
２倍になる。このままではダイナミックレンジが１／２
になるため不図示の絞りを半絞り小さく制御することに
より適正信号を得る。この結果、低照度時は１／２の明
るさまで撮影可能となる。信号処理回路及び記録系は高
精細用と動画像用に別に設けても良い。The horizontal and vertical drive pulses are different between the above-described high pixel readout (all pixel readout) and low pixel readout (addition / thinning-out readout). Therefore, it is necessary to change the drive timing of the sensor, the resolution processing of the signal processing circuit, and the number of recording pixels of the recording system for each reading mode. These controls are performed by the system control circuit 76 in accordance with each read mode. In addition, in the reading mode, the sensitivity differs depending on the addition. For example, the signal amount is doubled in addition reading in comparison with high pixel reading. As it is, the dynamic range is 1/2
Therefore, an appropriate signal is obtained by controlling the aperture (not shown) to be smaller by half the aperture. As a result, at low illuminance, photographing can be performed up to half the brightness. The signal processing circuit and the recording system may be separately provided for high definition and for moving images.
【００４５】[0045]
【発明の効果】以上、本発明によれば、画素信号の読み
出しを全画素独立読み出しと加算及び間引き読み出しを
選択することにより、高精細画像とより低解像度の画像
を切り換えた記録及び表示することができる。As described above, according to the present invention, it is possible to record and display by switching between a high-definition image and a lower-resolution image by selecting all-pixel independent reading and addition and thinning-out reading for pixel signal reading. Can be.
【００４６】複数ラインの画素信号を垂直方向及び水平
方向で加算し、また各色信号を空間的に重複して加算し
たので、垂直及び水平方向のモアレが非常に低減でき
た。また信号の加算によりＳ／Ｎが向上し、低画素数読
み出しでは駆動周波数をＮＴＳＣ用撮像素子並に低速に
できたので低消費電力が達成できた。Since the pixel signals of a plurality of lines are added in the vertical and horizontal directions and the respective color signals are spatially overlapped and added, the moire in the vertical and horizontal directions can be greatly reduced. In addition, the S / N was improved by adding the signals, and the driving frequency could be as low as that of the NTSC imaging device in reading out a small number of pixels, so that low power consumption could be achieved.
【図１】本発明のカラー撮像装置による画素信号読み出
し方法を示す概略説明図である。FIG. 1 is a schematic explanatory view showing a pixel signal reading method by a color imaging device of the present invention.
【図２】ＣＭＯＳセンサーおよび読み出し回路を示す回
路図である。FIG. 2 is a circuit diagram showing a CMOS sensor and a readout circuit.
【図３】本発明の撮像装置の信号読み出し回路の構成を
示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of a signal readout circuit of the imaging device of the present invention.
【図４】上記信号読み出し回路のより詳細な構成を示す
回路構成図である。FIG. 4 is a circuit configuration diagram showing a more detailed configuration of the signal readout circuit.
【図５】全画素信号読み出しのタイミング図である。FIG. 5 is a timing chart of reading all pixel signals.
【図６】加算及び間引き読み出しのタイミング図であ
る。FIG. 6 is a timing chart of addition and thinning-out reading.
【図７】インターレース駆動を行った場合の、Ｒ，Ｇ，
Ｂ画素の加算信号を得るときの各色の画素利用範囲を示
す図である。FIG. 7 shows R, G, and R values when interlace driving is performed.
It is a figure which shows the pixel use range of each color when obtaining the addition signal of B pixel.
【図８】補色の色フィルタの場合の画素利用範囲を示す
図である。FIG. 8 is a diagram illustrating a pixel use range in the case of a complementary color filter.
【図９】３系統の色信号を得る場合の画素利用範囲を示
す図である。FIG. 9 is a diagram showing a pixel use range when obtaining three systems of color signals.
【図１０】本発明によるシステムを示す概略図である。FIG. 10 is a schematic diagram showing a system according to the present invention.
【図１１】共通アンプ画素の例を示す図である。FIG. 11 is a diagram illustrating an example of a common amplifier pixel.
１１，１２ 読み出し回路 ２１，２２ 水平走査回路 ２３ 垂直走査回路 11, 12 readout circuit 21, 22 horizontal scanning circuit 23 vertical scanning circuit
Claims (7)
該複数の画素に対して、複数の色フィルターを配した撮
像素子と、同色の色フィルターが配された画素からの信
号を加算する加算手段とを備えたカラー撮像装置であっ
て、 前記複数の画素からの各色信号を空間的に重複して加算
してなるカラー撮像装置。1. It has a plurality of pixels arranged two-dimensionally,
A color image pickup apparatus comprising: an image pickup device provided with a plurality of color filters; and an adding unit configured to add a signal from the pixel provided with the same color filter to the plurality of pixels. A color imaging device in which color signals from pixels are spatially overlapped and added.
て、前記同色の色フィルターが配された画素からの信号
の加算は、画素配列の垂直方向及び水平方向で行われて
なることを特徴とするカラー撮像装置。2. The color imaging apparatus according to claim 1, wherein the addition of signals from the pixels provided with the same color filter is performed in a vertical direction and a horizontal direction of a pixel array. Color imaging device.
て、前記信号の加算は４系統の加算処理の繰り返しであ
ることを特徴とするカラー撮像装置。3. The color imaging apparatus according to claim 2, wherein the addition of the signals is a repetition of addition processing of four systems.
て、前記信号の加算は３系統の加算処理の繰り返しであ
ることを特徴とするカラー撮像装置。4. The color imaging device according to claim 2, wherein the addition of the signals is a repetition of addition processing of three systems.
のカラー撮像装置において、各色フィルターはＲ
（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）フィルターであることを特
徴とするカラー撮像装置。5. The color image pickup device according to claim 1, wherein each color filter is R
(Red), G (green) and B (blue) filters.
のカラー撮像装置において、各色フィルターはＹｅ
（黄）、Ｃｙ（シアン）、Ｍｇ（マゼンダ）、Ｇ（緑）
フィルターであることを特徴とするカラー撮像装置。6. The color image pickup device according to claim 1, wherein each color filter is Ye.
(Yellow), Cy (cyan), Mg (magenta), G (green)
A color imaging device, being a filter.
のカラー撮像装置と、該カラー撮像装置へ光を結像する
光学系と、該カラー撮像装置からの出力信号を処理する
信号処理回路とを有することを特徴とする撮像システ
ム。7. A color imaging device according to claim 1, an optical system for forming an image on the color imaging device, and a signal for processing an output signal from the color imaging device. An imaging system comprising a processing circuit.
Priority Applications (2)
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001292453A true JP2001292453A (en) | 2001-10-19 |
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