JP4499387B2 - Solid-state imaging device - Google Patents
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Description
本発明は、例えば画素の間引き読み出しによりフレームレートを向上させ、併せて画質劣化も抑制するようにした固体撮像装置に関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device that improves the frame rate by, for example, thinning-out readout of pixels and suppresses image quality deterioration.
従来、電子カメラ等の分野では、高速読み出し、低消費電力化の観点から、撮像前の画像表示等の際に必要十分な画素だけを読み出すことがなされている。 2. Description of the Related Art Conventionally, in the field of electronic cameras and the like, only necessary and sufficient pixels are read out during image display before imaging from the viewpoint of high-speed reading and low power consumption.
この種の技術として、例えば特許文献１では、マトリクス状に配置された複数の光電変換画素の内、走査回路によって行グループ又は列グループを選択し、選択された行グループ又は列グループの内から選択回路によって所望の行又は列を任意に選択することで、所望の行又は列の画素のみを的確に間引き読み出しすることを特徴とする電子カメラに関する技術が開示されている。
しかしながら、特許文献１では、画素の間引き読み出しによって生じる水平方向の偽色を抑圧することについては何等記載も示唆もされていない。
However, in
本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、画素の間引き読み出しにより高フレームレートでの読み出しを可能とし、更にそのとき水平同色所定数の画素の画素信号を平均化して出力することで、画素の間引き読み出しによって生じる水平方向の偽色を抑圧することが可能な固体撮像装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described problems. The object of the present invention is to enable readout at a high frame rate by thinning out readout of pixels, and at that time, average the pixel signals of a predetermined number of pixels of the same horizontal color. It is an object of the present invention to provide a solid-state imaging device capable of suppressing horizontal false color caused by thinning out readout of pixels by converting the output into a pixel.
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様に係る固体撮像装置は、少なくとも一部がベイヤー配列のカラーフィルタを備えた複数の画素が２次元に配列された固体撮像素子と、該画素の読み出しを行うための水平及び垂直走査回路とからなるＸＹアドレス型の固体撮像装置において、上記カラーフィルタにより規定される色位相のコーディングのうち同一の色位相にある画素の画素信号を平均化する信号平均化スイッチ部を有し、上記走査回路の制御に基づき、全画素を順次出力するモードと、１フレーム内で画素の間引き読み出しを行い且つ当該画素について上記信号平均化スイッチ部により平均化した信号を出力するモードと、を有し、全画素を順次出力するモードと平均化して出力するモードとの切り換えは、前記水平及び垂直走査回路及び前記信号平均化スイッチ部の駆動制御によって行い、前記信号平均化スイッチ部は、列毎の回路構成が均一となるように、制御信号によらず機能しない素子を含むことを特徴とする。 In order to solve the above-described problem, a solid-state imaging device according to the first aspect of the present invention includes a solid-state imaging device in which a plurality of pixels each having at least a part of a Bayer array color filter are two-dimensionally arranged; In an XY address type solid-state imaging device composed of horizontal and vertical scanning circuits for reading out pixels, pixel signals of pixels having the same color phase in the color phase coding defined by the color filter are averaged. A signal averaging switch unit that performs a mode for sequentially outputting all pixels based on the control of the scanning circuit, performs thinning-out readout of pixels within one frame, and averages the pixels by the signal averaging switch unit And a mode for outputting all the pixels in sequence and a mode for outputting after averaging all the pixels in the horizontal and vertical directions. Performed by the drive control of the査回path and said signal averaging switch unit, wherein the signal averaging switch unit, so that the circuit configuration of each column is uniform, characterized in that it comprises a device that does not function without depending on the control signal .
本発明によれば、画素の間引き読み出しにより高フレームレートでの読み出しを可能とし、更にそのとき水平同色所定数の画素の画素信号を平均化して出力することで、画素の間引き読み出しによって生じる水平方向の偽色を抑圧することが可能な固体撮像装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to perform readout at a high frame rate by decimation readout of pixels, and further, by averaging and outputting pixel signals of a predetermined number of pixels of the same color in the horizontal direction, thereby generating a horizontal direction caused by decimation readout of pixels. It is possible to provide a solid-state imaging device capable of suppressing the false color.
先ず、図１には本発明の一実施の形態に係る固体撮像装置の概念図を示し、図２及び図３には図１の構成を更に具現化して示した構成図を示す。以下、これら図１乃至図３を参照して、本発明の一実施の形態に係る固体撮像装置について詳細に説明する。 First, FIG. 1 shows a conceptual diagram of a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 2 and 3 show configuration diagrams further embodying the configuration of FIG. Hereinafter, a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 3.
これらの図１乃至図３において、固体撮像素子としての画素部１は、複数の画素が２次元にマトリックス状に配列されて構成されている。より詳細には、画素部１は、黒レベルに対応した信号を出力する遮光画素部１ａと、被写体光を受光して電荷を発生して画素信号を出力する有効画素部１ｂとで構成されている。そして、遮光画素部１ａの各画素の表面は例えばアルミニウム等の遮光性の膜で被覆されており、有効画素部１ｂの各画素の表面にはカラーフィルタが配設されている。更に、図２及び３中に示した、Ｐ（ｉ−４，ｋ−３）〜Ｐ（ｉ＋３，ｋ＋４）は画素部１内に複数配列された遮光画素部１ａの画素アドレスを意味しており、Ｐ（ｊ−８，ｋ−３）〜Ｐ（ｊ＋７，ｋ＋４）は画素部１内に複数配列された有効画素部１ｂの画素アドレスを意味している。
1 to 3, the
更に、図２，３中に示した「Ｒ」は有効画素のうち赤色の光に対して感度のある画素（以下、Ｒ画素という）、「Ｇ」は有効画素のうち緑色の光に対して感度のある画素（以下、Ｇ画素という）、「Ｂ」は有効画素のうち青色の光に対して感度のある画素（以下、Ｂ画素という）、をそれぞれ意味している。これらＲ画素、Ｇ画素、Ｂ画素は、Ｇ画素が市松状に配置され、残されたその他の部分にＲ画素及びＢ画素が線順次に配置（ベイヤー配列）されている。「ＯＢ」は遮光画素である。 Further, “R” shown in FIGS. 2 and 3 is a pixel that is sensitive to red light among the effective pixels (hereinafter referred to as “R pixel”), and “G” is green light among the effective pixels. Sensitive pixels (hereinafter referred to as G pixels), and “B” mean pixels that are sensitive to blue light (hereinafter referred to as B pixels) among the effective pixels. Of these R, G, and B pixels, the G pixels are arranged in a checkered pattern, and the R pixels and the B pixels are arranged in a line sequential manner (Bayer arrangement) in the remaining portions. “OB” is a light-shielded pixel.
垂直走査回路２０は、行選択信号により垂直信号線を順次走査して、遮光画素部１ａと有効画素部１ｂからの画素信号を順次に読み出すものである。そして、この垂直走査回路２０は、ｎ（ｎは自然数）個の垂直走査回路ユニットからなる。図２中に示した符号２０−（ｋ−３）〜２０−（ｋ＋４）は、ｎ個の垂直走査回路ユニットのうちｋ（ｋは自然数）番目近傍の垂直走査回路ユニットを示している。
The
信号転送スイッチ部１４は、信号転送クロックＣＫＴにより駆動制御される。より詳細に説明すると、信号転送スイッチ部１４を構成する信号転送スイッチ１４−（ｉ−４）〜１４−（ｉ＋３）及び１４−（ｊ−８）〜１４−（ｊ＋７）は、前述した垂直走査回路２０により選択された行の画素信号を、後段の容量素子１３−（ｉ−４）〜１３−（ｉ＋３）及び１３−（ｊ−８）〜１３−（ｊ＋７）に転送する。
The signal
ラインメモリ部１３は、ｍ（ｍは自然数）個の容量素子からなり、画素一行分の信号を一時的に記憶する。図２，３中に示した符号１３−（ｉ−４）〜１３−（ｉ＋３）及び１３−（ｊ−８）〜１３−（ｊ＋７）は、ｍ個の容量素子のうちｉ（ｉは自然数）個目近傍及びｊ（ｊは自然数）個目近傍の容量素子を示している。
The
信号平均化スイッチ部１２は、ラインメモリ部１３に記憶された信号を平均化する為のスイッチであり、ラインメモリ部１３に記憶された遮光画素の信号を平均化する為の遮光画素信号平均化スイッチ部１２ａと、ラインメモリ部１３に記憶された有効画素の信号を平均化する為の有効画素信号平均化スイッチ部１２ｂに大別される。
The signal
遮光画素信号平均化スイッチ部１２ａは、一列おきに配置され、クロックＣＫＡＶＥ１が“Ｈ”レベルになると、所定数（ここでは３列分）の遮光画素信号が平均化される。例えば、遮光画素信号平均化スイッチ１２−（ｉ−１）及び１２−（ｉ＋１）はクロックＣＫＡＶＥ１が“Ｈ”レベルになると、容量素子１３−（ｉ−１），１３−（ｉ＋１）及び１３−（ｉ＋３）を電気的に接続するように動作する。また、例えば、遮光画素信号平均化スイッチ１２−（ｉ−３）及び１２−（ｉ＋３）等は、列毎の回路構成、即ちレイアウトが均一になるように設けたもので、クロックＣＫＡＶＥ１が“Ｈ”レベルになってもスイッチとして機能しないように接続されている。このような接続により有効画素信号平均化スイッチ部１２ｂにおける接続形態と同一としている。
The light-shielded pixel signal averaging
一方、有効画素信号平均化スイッチ部１２ｂは、Ｒ画素、Ｇ画素及びＢ画素の各信号同士が所定数の画素単位（ここでは３画素分）で平均化されるように構成され、クロックＣＫＡＶＥ２によって制御されるように接続されている。
On the other hand, the effective pixel signal averaging
このように、この実施の形態では、画素信号平均化スイッチ部１２は、遮光画素信号平均化スイッチ部１２ａによりラインメモリ部１３に記憶された信号のうち遮光画素の信号についてはクロックＣＫＡＶＥ１により３画素分の信号平均化が制御され、有効画素信号平均化スイッチ部１２ｂにより有効画素の信号についてはクロックＣＫＡＶＥ２により同色３画素分の信号平均化が制御されるように構成されている。
As described above, in this embodiment, the pixel signal averaging
水平走査回路１０は、水平選択スイッチ部１１を順次に駆動するためのものであり、ｍ個の水平走査回路ユニットから構成される。即ち、符号１０−（ｉ−４）〜１０−（ｉ＋３）及び１０−（ｊ−８）〜１０−（ｊ＋７）は、ｍ個の水平走査回路ユニットのうちｉ個目近傍及びｊ個目近傍の水平走査回路ユニットを示している。
The
水平選択スイッチ部１１は、水平走査回路部１０の出力（水平選択信号）により制御されるもので、ｍ個の水平選択スイッチからなる。図２，３中の符号１１−（ｉ−４）〜１１−（ｉ＋３）及び１１−（ｊ−８）〜１１−（ｊ＋７）は、ｍ個の水平選択スイッチのうちｉ個目近傍及びｊ個目近傍の水平選択スイッチを示している。そして、この水平選択スイッチ部１１では、各水平選択スイッチが水平選択信号によりオン状態になると、ラインメモリ部１３に記憶された画素信号が水平信号線に伝達され、更には後段の出力アンプ３０により増幅されて外部に出力されることになる。
The horizontal
以上の構成において、本実施の形態は、ベイヤー配列のカラーフィルタを備えた画素部１を有する固体撮像装置であって、１フレーム内で画素の間引き読み出しを行い、且つ当該画素について上記カラーフィルタにより規定される色位相コーディングのうち同一色位相にある画素の画素信号を平均化して出力することを特徴とする。
In the above configuration, the present embodiment is a solid-state imaging device having the
より詳細には、少なくとも一部がベイヤー配列のカラーフィルタを備えた複数の画素が２次元に配列された画素部１と、該画素の画素信号の読み出しを行うための水平走査回路１０及び垂直走査回路２０とからなるＸＹアドレス型の固体撮像装置において、上記カラーフィルタにより規定される色位相のコーディングのうち同一の色位相にある画素の画素信号を平均化する信号平均化スイッチ部１２を有し、上記走査回路１０，２０の制御に基づき１フレーム内で画素の間引き読み出しを行い、且つ当該画素について上記信号平均化スイッチ部１２により平均化した信号を出力することを特徴とする。
More specifically, a
さらに、上記画素部１は、遮光画素部１ａと有効画素部１ｂからなり、信号平均化スイッチ部１２は、更に当該遮光画素部１ａの画素に係る信号のうち所定画素分の信号も平均化する。このとき、上記遮光画素部１ａの画素に係る信号については１フレーム内で順次に読み出しを行う。そして、信号平均化スイッチ部１２は、遮光画素信号平均化スイッチ部１２ａと有効画素信号平均化スイッチ部１２ｂからなり、第１の信号（ＣＫＡＶＥ１）により当該遮光画素信号平均化スイッチ部１２ａによる遮光画素に係る信号の平均化の可否を制御し、第２の信号（ＣＫＡＶＥ２）により当該有効画素信号平均化スイッチ部１２ｂによる上記カラーフィルタにより規定される色位相のコーディングのうち同一の色位相にある画素の画素信号を平均化の可否を制御する。
Further, the
以下、図４及び図５のタイミングチャートを参照して、前述したように構成した固体撮像装置の動作を更に詳細に説明する。尚、図４中に符号ａ乃至ｐで示したタイミングは図５中に同符号で示したタイミングにそれぞれ対応している。 Hereinafter, the operation of the solid-state imaging device configured as described above will be described in more detail with reference to the timing charts of FIGS. 4 and 5. Note that the timings indicated by symbols a to p in FIG. 4 correspond to the timings indicated by the same symbols in FIG.
この図４及び図５において、「ＶＤ」は垂直同期信号、「ＨＤ」は水平同期信号、「ＣＫＡＶＥ１」は遮光画素信号平均化スイッチ部１２ａのオン／オフを制御するクロック、「ＣＫＡＶＥ２」は有効画素信号平均化スイッチ部１２ｂのオン／オフを制御するクロック、「ＣＫＴ」は信号転送スイッチ部１４のオン／オフを制御するクロックである。
4 and 5, “VD” is a vertical synchronizing signal, “HD” is a horizontal synchronizing signal, “CKAVE1” is a clock for controlling on / off of the shading pixel signal averaging
「Ｖ−１」〜「Ｖ−ｎ」は行選択信号であり、垂直走査回路ユニット２０−１〜２０−ｎの出力である。「Ｈ−１」〜「Ｈ−ｍ」は水平選択スイッチ１１−１〜１１−ｍを制御する水平選択信号であり、水平走査回路ユニット１０−１〜１０−ｍの出力信号である。以上のほか、「信号出力」とは出力アンプ３０から出力される画素信号である。
“V-1” to “Vn” are row selection signals and are outputs of the vertical scanning circuit units 20-1 to 20-n. “H-1” to “Hm” are horizontal selection signals for controlling the horizontal selection switches 11-1 to 11-m, and are output signals of the horizontal scanning circuit units 10-1 to 10-m. In addition to the above, “signal output” is a pixel signal output from the
さて、この動作に入ると、垂直走査回路２０は、例えば２０−１…２０−（ｋ−３）、２０−ｋ、２０−（ｋ＋３）、…２０−ｎのように、垂直走査回路ユニット２０−１〜２０−ｎの配列方向に２行分スキップした走査、即ち垂直１／３間引き走査を行う。
When entering this operation, the
即ち、水平ブランキング期間（水平同期信号ＨＤが“Ｌ”レベルの期間）内で垂直走査回路２０より出力される行選択信号Ｖ−（ｋ−３）が“Ｈ”レベルとなると、（ｋ−３）行目の画素Ｐ（１，ｋ−３）〜Ｐ（ｍ，ｋ−３）が選択される。
That is, when the row selection signal V− (k−3) output from the
この間、信号転送スイッチ部１４に入力される信号転送クロックＣＫＴが“Ｈ”レベルであるため、選択された画素Ｐ（１，ｋ−３）〜Ｐ（ｍ，ｋ−３）の画素信号は、容量素子１３−１〜１３−ｍに記憶される。その後、画素信号平均化スイッチ部１２に入力されるクロックＣＫＡＶＥ１及びＣＫＡＶＥ２が“Ｈ”レベルであるため一列おきの３画素分の信号が平均化され、ラインメモリ部１３に記憶される。
During this time, since the signal transfer clock CKT input to the signal
即ち、例えば容量素子１３−（ｉ−４），１３−（ｉ−２），１３−ｉに記憶された信号の平均が遮光画素３画素分の平均信号として、例えば容量素子１３−（ｊ−１），メモリ１３−（ｊ＋１），１３−（ｊ＋３）に記憶された信号の平均が有効画素３画素分の平均信号として、それぞれラインメモリ部１３に記憶される。このような動作により、ベイヤー配列されたＲ画素及びＧ画素の水平同色３画素平均化が行われる。
That is, for example, an average of signals stored in the capacitive elements 13- (i-4), 13- (i-2), and 13-i is an average signal for three light-shielded pixels, for example, the capacitive element 13- (j- 1), averages of signals stored in the memories 13- (j + 1) and 13- (j + 3) are respectively stored in the
その後、水平有効期間（水平同期信号ＨＤが“Ｈ”レベルの期間）内で水平走査回路ユニット１０−１〜１０−ｍに向かって走査・選択信号を出力するときに、遮光画素信号を選択する場合は、順番に１ユニットずつ水平選択信号が出力されるように順次走査（Ｈ−１、…Ｈ−（ｉ−４）、Ｈ−（ｉ−３）、Ｈ−（ｉ−２）、Ｈ−（ｉ−１）、Ｈ−ｉ、Ｈ−（ｉ＋１）、Ｈ−（ｉ＋２）、Ｈ−（ｉ＋３）、Ｈ−（ｉ＋４）、…）させる。 Thereafter, when the scanning / selection signal is output toward the horizontal scanning circuit units 10-1 to 10-m within the horizontal effective period (period in which the horizontal synchronization signal HD is at "H" level), the light-shielded pixel signal is selected. In this case, sequential scanning (H-1,... H- (i-4), H- (i-3), H- (i-2), H is performed so that the horizontal selection signal is output one unit at a time. − (I−1), H−i, H− (i + 1), H− (i + 2), H− (i + 3), H− (i + 4),.
一方、有効画素信号を選択する場合は、３ユニット中の１ユニットから水平選択信号が出力されるように走査、即ち１／３間引き走査（…Ｈ−（ｊ−８）、Ｈ−（ｊ−５）、Ｈ−（ｊ−２）、Ｈ−（ｊ＋１）、Ｈ−（ｊ＋４）、Ｈ−（ｊ＋７）、…）させる。 On the other hand, when an effective pixel signal is selected, scanning is performed so that a horizontal selection signal is output from one of the three units, that is, 1/3 thinning scanning (... H- (j-8), H- (j- 5), H− (j−2), H− (j + 1), H− (j + 4), H− (j + 7),.
このようにして水平走査が行われると、ラインメモリ部１３に記憶されていた遮光画素３画素平均信号及び有効画素３画素平均信号は、水平選択スイッチ部１１を介して水平信号線に伝達され、更に後段の出力アンプ３０で増幅されて信号出力となる。
When horizontal scanning is performed in this manner, the light-shielded pixel three-pixel average signal and the effective pixel three-pixel average signal stored in the
このとき、遮光画素３画素平均信号は順次出力され、有効画素３画素平均信号は信号数が１／３に間引かれて出力される。こうして１行分の画素信号が３画素平均され、遮光画素数分の信号及び有効画素数の１／３の信号が出力される。 At this time, the light-shielded pixel three-pixel average signal is sequentially output, and the effective pixel three-pixel average signal is output with the number of signals reduced to 1/3. In this way, the pixel signals for one row are averaged over three pixels, and a signal corresponding to the number of light-shielded pixels and a signal corresponding to 1/3 of the number of effective pixels are output.
次の水平ブランキング期間では、垂直走査回路２０が１／３間引き走査するので、垂直走査回路２０からの行選択信号Ｖ−ｋが“Ｈ”レベルとなる。この垂直ブランキング期間内で行選択信号Ｖ−ｋが“Ｈ”レベルとなると、ｋ行目の画素Ｐ（１，ｋ）〜Ｐ（ｍ，ｋ）が選択される。この間、信号転送スイッチ部１４に入力される信号転送クロックＣＫＴが“Ｈ”レベルであるため、選択された画素Ｐ（１，ｋ）〜Ｐ（ｍ，ｋ）の画素信号は、ラインメモリ部１３の容量素子１３−１〜１３−ｍに記憶される。
In the next horizontal blanking period, the
その後、信号平均化スイッチ部１２に入力されるクロックＣＫＡＶＥ１及びＣＫＡＶＥ２が“Ｈ”レベルである為、一列おきの３画素分の信号が平均化され、遮光画素３画素平均信号及び有効画素３画素平均信号がそれぞれラインメモリ１３に記憶される。
After that, since the clocks CKAVE1 and CKAVE2 input to the signal averaging
以上の動作により、ベイヤー配列されたＧ画素及びＢ画素の水平同色３画素平均が行われる。その後、水平有効期間内で水平走査回路ユニット１０−１〜１０−ｍに向けて走査・選択信号を出力するときに、遮光画素信号を選択する場合は順番に１ユニットずつ水平選択信号が出力されるように順次走査（Ｈ−１、…Ｈ−（ｉ−４）、Ｈ−（ｉ−３）、Ｈ−（ｉ−２）、Ｈ−（ｉ−１）、Ｈ−ｉ、Ｈ−（ｉ＋１）、Ｈ−（ｉ＋２）、Ｈ−（ｉ＋３）、Ｈ−（ｉ＋４）、…）させ、有効画素信号を選択する場合は３ユニット中の１ユニットから水平選択信号が出力されるように１／３間引き走査（…Ｈ−（ｊ−８）、Ｈ−（ｊ−５）、Ｈ−（ｊ−２）、Ｈ−（ｊ＋１）、Ｈ−（ｊ＋４）、Ｈ−（ｊ＋７）、…）させる。 With the above operation, the average of three pixels in the same color of the G pixels and B pixels arranged in the Bayer array is performed. Thereafter, when the scanning / selection signal is output toward the horizontal scanning circuit units 10-1 to 10-m within the horizontal effective period, the horizontal selection signal is output one unit at a time in order to select the light-shielded pixel signal. Sequential scanning (H-1,... H- (i-4), H- (i-3), H- (i-2), H- (i-1), Hi, H- ( i + 1), H− (i + 2), H− (i + 3), H− (i + 4),...), and when selecting an effective pixel signal, 1 so that a horizontal selection signal is output from one of the three units. / 3 thinning scan (... H- (j-8), H- (j-5), H- (j-2), H- (j + 1), H- (j + 4), H- (j + 7), ...) Let
このようにして水平走査が行われると、ラインメモリ部１３に記憶されていた遮光画素３画素平均信号及び有効画素３画素平均信号は、水平選択スイッチ部１１を介して水平信号線に伝達され、さらに出力アンプで増幅されて信号出力となる。
When horizontal scanning is performed in this manner, the light-shielded pixel three-pixel average signal and the effective pixel three-pixel average signal stored in the
このとき遮光画素３画素平均信号は順次出力され、有効画素３画素平均信号は信号数が１／３間引かれて出力される。このようにして、１行分の画素信号が３画素平均され、遮光画素数分の信号及び有効画素数の１／３の信号が出力される。 At this time, the light-shielding pixel three-pixel average signal is sequentially output, and the effective pixel three-pixel average signal is output with the number of signals reduced by 1/3. In this way, the pixel signals for one row are averaged over three pixels, and a signal corresponding to the number of light-shielded pixels and a signal that is 1/3 of the number of effective pixels are output.
以降、同様に垂直ブランキング期間中に（ｋ＋３）行目からｎ行目までの画素が２行飛びに選択され、水平有効期間中に行ごとの画素信号が出力される。 Thereafter, similarly, the pixels from the (k + 3) -th row to the n-th row are selected skipping two rows during the vertical blanking period, and the pixel signal for each row is output during the horizontal effective period.
以上の読み出し動作により、垂直１／３間引き読み出し、かつ遮光画素３画素分の平均信号の水平順次読み出し及び有効画素の同色３画素分の平均信号の水平１／３間引き読み出し動作が行われる。このように動作させることで、読み出し有効画素数が水平・垂直１／３に圧縮されるので、高フレームレートでの読み出しが可能となる。 With the above readout operation, the vertical 1/3 thinning readout, the horizontal sequential readout of the average signal for the three light-shielded pixels, and the horizontal 1/3 thinning readout operation of the average signal for the three pixels of the same color of the effective pixels are performed. By operating in this way, the number of effective readout pixels is compressed to horizontal and vertical 1/3, so that readout at a high frame rate is possible.
このとき、水平同色３画素の信号が平均化されて出力されるので、間引き読み出しすることによって生じる水平方向の偽色を抑圧することができる。また、垂直方向に対しての平均化を行う場合と比較して大幅に回路規模を削減することができる。さらに、遮光画素を読み出す場合は順次読み出しを行うので遮光画素信号レベルにクランプするときの期間を順次読み出しの場合と同じだけ確保することができる。 At this time, since the signals of three pixels of the same color in the horizontal direction are averaged and output, the false color in the horizontal direction caused by thinning out reading can be suppressed. In addition, the circuit scale can be greatly reduced as compared with the case of averaging in the vertical direction. Further, when reading out the light-shielded pixels, the readout is performed sequentially, so that the same period as when sequentially clamping the light-shielded pixel signal level can be ensured.
次に、図６の概念図を参照して、上述した実施の形態に係る固体撮像装置を適用したカメラについて詳細に説明する。 Next, a camera to which the solid-state imaging device according to the above-described embodiment is applied will be described in detail with reference to the conceptual diagram of FIG.
この図６に示されるように、撮影レンズ５０を介して入射した被写体光の光路上には固体撮像装置５１が配設されている。そして、この固体撮像装置５１の出力は直流再生部（ＣＤＳ）５６の入力に接続されており、更に当該直流再生部５６の出力はスイッチ部を介してコントラストＡＦ検出部５７、画像処理部５８の入力に接続されている。
As shown in FIG. 6, a solid-
このコントラストＡＦ検出部５７の検出結果に基づいて撮影レンズ５０に概念上含まれるズームレンズが駆動制御される。画像処理部５８の出力は、ＬＣＤ等の表示部６０、メディア記録部６１の入力に接続されている。クロック信号を発生する同期タイミング発生部５５の出力は、直流再生部５６、走査制御部５４の入力に接続されている。この走査制御部５４には、各種モードを設定する為のモード切換部５９も接続されている。
Based on the detection result of the contrast
このような構成において、撮影レンズ５０を介して入射された被写体光は、固体撮像装置１の固体撮像素子に撮像され、画素信号が出力される。
In such a configuration, the subject light incident through the photographing
このとき、モード切換部５９で設定された各種モードに基づいて走査制御部５４が制御され、前述した間引き走査等を実施するように垂直シフトレジスタ制御信号及び水平シフトレジスタ制御信号が固体撮像装置１内の水平走査回路５３、垂直走査回路５２に出力される。この制御信号に基づいて、前述したような駆動がなされ、画素を間引きながらの読み出しが行われることになる。
At this time, the
画素信号は、直流再生部５６にて相関二重サンプリングされ、更にＡ／Ｄ変換されてデジタル画像信号とされ、スイッチ部の切替状態に応じてコントラストＡＦ検出部５７又は画像処理部５８に送られる。コントラストＡＦ検出部５７では、デジタル画像信号に基づく被写体距離の検出がなされる。一方で、画像処理部５８では、例えば色信号生成処理、マトリックス変換処理、その他の各種画像処理がなされ、表示部６０又はメディア記録部６１に出力される。この表示部６０では、デジタル画像信号に基づいて各種表示がなされることになる。一方、メディア記録部６１は、例えばカードインターフェース及びメモリカード等からなり、デジタル画像信号が記録されることになる。
The pixel signal is correlated double-sampled by the
この適用例としてのカメラでは、その内部の固体撮像装置で、１／３間引き走査による読み出しを行うことによって、フレームレートを向上させ、高速なエリア読み出しが可能となり、その結果、各種モード（ＡＦ、表示、記録等）に応じた好適な読み出し方法を選択することができることになる。即ち、間引き走査は短いフレームレートで連続的な表示を表示部６０で行う場合に好適であるが、上記モード切換部５９の設定に基づいて走査制御部５４が垂直シフトレジスタ制御信号、水平シフトレジスタ制御信号の出力タイミングを制御することで、簡易に実現されることになる。
In the camera as this application example, reading by 1/3 thinning scanning is performed by a solid-state imaging device inside the camera, thereby improving the frame rate and enabling high-speed area reading. As a result, various modes (AF, A suitable reading method according to display, recording, etc. can be selected. In other words, thinning scanning is suitable when continuous display is performed on the
以上、本発明の一実施の形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の改良・変更が可能であることは勿論である。 Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to this, and it is needless to say that various improvements and modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
即ち、例えば、図１乃至３に示した回路構成はこれに限定されるものではなく、読出し回路に画素のＦＰＮをキャンセルするための機能をもたせること等が可能である。 That is, for example, the circuit configuration illustrated in FIGS. 1 to 3 is not limited to this, and the readout circuit can have a function for canceling the FPN of the pixel.
また、実施の形態では、水平３画素平均を可能にするための構成を示したが、信号平均化スイッチの繰返し周期を変更することで、水平５画素平均或いは水平７画素平均等が行えるように構成することも可能であり、複数の平均化動作を選択的に行えるように構成することも可能である。また、前述した実施の形態では、信号出力は一線で行うように構成したが、多線出力できるように構成することも可能であることは勿論である。 In the embodiment, the configuration for enabling horizontal three-pixel averaging is shown. However, by changing the repetition cycle of the signal averaging switch, horizontal five-pixel average or horizontal seven-pixel average can be performed. It is also possible to configure such that a plurality of averaging operations can be selectively performed. Further, in the above-described embodiment, the signal output is configured to be performed by one line, but it is needless to say that the signal output can be configured to be able to output multiple lines.
また、図４及び５のタイミングチャートにおいて、ＣＫＡＶＥ１を“Ｌ”レベルにしておくことで遮光画素信号を平均化せずに読み出すこともできるし、ＣＫＡＶＥ２を“Ｌ”レベルにしておくことで有効画素部を平均化せずに読み出すこともできる。 In the timing charts of FIGS. 4 and 5, the light-shielded pixel signal can be read out without averaging by setting CKAVE1 to “L” level, and the effective pixel can be read by setting CKAVE2 to “L” level. It is also possible to read out the parts without averaging.
また、本発明の上記実施の形態では、水平走査回路及び垂直走査回路を１／３間引き走査が行えるような動作につき説明したが、このような動作を行うためにはデコーダ回路を使用したものや、走査回路にシフトレジスタを用いたものとしては、例えば特開平９−１６３２４５号公報に記載した間引き走査の方法で実現することができ、順次走査を行うことで全画素を順次読み出しすることが可能であることは勿論である。 In the above-described embodiment of the present invention, the operation for performing the 1/3 decimation scanning in the horizontal scanning circuit and the vertical scanning circuit has been described, but in order to perform such an operation, a decoder circuit is used. The use of a shift register in the scanning circuit can be realized, for example, by the thinning scanning method described in JP-A-9-163245, and all pixels can be read out sequentially by performing sequential scanning. Of course.
ここで、図７には、順次走査及びスキップ走査を行う為の走査回路に用いるシフトレジスタの構成例を示し説明する。この図７において、１段分のシフトレジスタユニット３００は、サブユニット１０１及び１０２からなる第１のシフトレジスタユニット１００と第２のシフトレジスタユニット２００とで構成されている。この第１及び第２のシフトレジスタユニット１００及び２００の入力端は共通に接続されている。また、第１のシフトレジスタユニット１００の出力端は、次段のシフトレジスタユニットの入力端に接続されており、第２のシフトレジスタユニット２００の出力端は、２段後ろのサブユニット１０２の入力端に接続されている。そして、第１のシフトレジスタユニットのサブユニット１０１，１０２は、それぞれ駆動パルスφ１−１，φ１−２により駆動され、第２のシフトレジスタユニット２００は、駆動パルスφ２により駆動される。
Here, FIG. 7 shows a configuration example of a shift register used in a scanning circuit for performing sequential scanning and skip scanning. In FIG. 7, the
このような構成のシフトレジスタにおいて、駆動パルスφ１−１とφ１−２に駆動信号を与え、駆動パルスφ２は、第２のシフトレジスタユニット２００が非動作となるような状態として、シフトレジスタのスタートパルスφＳＴを入力すると、入力信号は図８に一点鎖線で示したようにシフトレジスタ内をシフトしていくので、シフトレジスタからはSRout1,SRout2,SRout3,…という順番で信号が出力され、順次走査が行える。
In the shift register having such a configuration, a drive signal is given to the drive pulses φ1-1 and φ1-2, and the drive pulse φ2 is set in a state in which the second
一方、このシフトレジスタにおいて、駆動パルスφ１−２とφ２に駆動信号を与え、駆動パルスφ１−１は、サブユニット１０１が非動作となるような状態として、シフトレジスタのスタートパルスφＳＴを入力すると、入力信号は図９に一点鎖線で示したようにシフトレジスタ内をシフトしていくので、シフトレジスタからは、Srout3,Srout6,…という順番で信号が出力されので、１／３間引き走査が行える。
On the other hand, in this shift register, a drive signal is given to the drive pulses φ1-2 and φ2, and the drive pulse φ1-1 is set in a state in which the
以上のように、図７のような構成のシフトレジスタを走査回路に用い、駆動パルスを制御することで、順次走査及びスキップ走査の切換えが可能となる。尚、順次走査及びスキップ走査の切換えは駆動パルスの制御で行えるので、走査の途中で駆動パルスを変えることで走査の途中で順次走査と間引き走査の切換えが可能となり、遮光画素領域は順次走査を行い、有効画素領域は間引き走査を行うといった走査も可能である。 As described above, by using the shift register configured as shown in FIG. 7 in the scanning circuit and controlling the driving pulse, it is possible to switch between the sequential scanning and the skip scanning. Since switching between sequential scanning and skip scanning can be performed by controlling the driving pulse, changing the driving pulse in the middle of scanning enables switching between sequential scanning and thinning scanning in the middle of scanning. The effective pixel region can also be scanned such that thinning scanning is performed.
１・・・画素部、１ａ・・・遮光画素部、１ｂ・・・有効画素部、１０・・・水平走査回路、１１・・・水平選択スイッチ、１２・・・信号平均化スイッチ部、１２ａ・・・遮光画素信号平均化スイッチ部、１２ｂ・・・有効画素信号平均化スイッチ部、１３・・・ラインメモリ、１４・・・信号転送スイッチ部、２０・・・垂直走査回路。
DESCRIPTION OF
Claims (1)
上記カラーフィルタにより規定される色位相のコーディングのうち同一の色位相にある画素の画素信号を平均化する信号平均化スイッチ部を有し、
上記走査回路の制御に基づき、全画素を順次出力するモードと、
１フレーム内で画素の間引き読み出しを行い且つ当該画素について上記信号平均化スイッチ部により平均化した信号を出力するモードと、
を有し、
全画素を順次出力するモードと平均化して出力するモードとの切り換えは、前記水平及び垂直走査回路及び前記信号平均化スイッチ部の駆動制御によって行い、
前記信号平均化スイッチ部は、列毎の回路構成が均一となるように、制御信号によらず機能しない素子を含む
ことを特徴とする固体撮像装置。 An XY address type solid-state image pickup device comprising a solid-state image pickup device in which a plurality of pixels each having at least a part of a Bayer color filter are two-dimensionally arranged and a horizontal and vertical scanning circuit for reading out the pixels. In
A signal averaging switch unit that averages pixel signals of pixels in the same color phase among the coding of the color phase defined by the color filter;
Based on the control of the scanning circuit, a mode for sequentially outputting all pixels,
A mode in which pixel readout is performed within one frame and a signal averaged by the signal averaging switch unit is output for the pixel;
Have
Switching between the mode of sequentially outputting all pixels and the mode of outputting after averaging is performed by driving control of the horizontal and vertical scanning circuits and the signal averaging switch unit,
The signal averaging switch unit includes an element that does not function regardless of a control signal so that a circuit configuration for each column is uniform .
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