JP4826071B2 - 物理情報取得方法および物理情報取得装置並びに物理量分布検知の半導体装置 - Google Patents
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1)カラーフィルタの空間配置と出力順序を保って画素情報を間引くことができない。
2)画素を選択する選択手段として用いる通常のシフトレジスタでは画素が順に選択されてしまう。
3)CCDイメージセンサでは画素からの情報の読み出しが順番にしか行なえない。
前記単位構成要素のそれぞれには、所定のカラーコーディングを持つ色分離カラーフィルタが形成されており、
当該物理情報取得装置は、前記単位構成要素から前記単位信号を間引いて読み出す過程において、所定の条件で互いに隣接する複数の前記単位構成要素からなるブロックを1処理単位ブロックとし、前記1処理単位ブロックが互いに重なり合うことなく敷きつめられた状態で、1処理単位ブロック中に存在する同色の色分離カラーフィルタの画素情報を1画素分の情報として読み出す、駆動制御部を備えており、
当該駆動制御部は、前記処理単位ブロック内の前記所定の条件に合致する複数の前記単位構成要素からの前記単位信号を加算し、前記加算した情報を平均化して、
前記処理単位ブロックの情報として読み出す、処理回路を有し、
当該処理回路は、前記処理単位ブロック内の前記所定の条件に合致する複数の前記単位構成要素からの各単位信号を纏めて保持可能な複数の記憶素子と、前記複数の記憶素子の何れに前記所定の条件に合致する複数の前記単位構成要素からの各単位信号を纏めるかを制御する接続制御部とを備えている、
物理情報取得装置が提供される。
前記単位構成要素のそれぞれには、所定のカラーコーディングを持つ色分離カラーフィルタが形成されており、
前記単位構成要素から前記単位信号を間引いて読み出す過程において、所定の条件で互いに隣接する複数の前記単位構成要素からなるブロックを1処理単位ブロックとし、前記1処理単位ブロックが互いに重なり合うことなく敷きつめられた状態で、1処理単位ブロック中に存在する同色の色分離カラーフィルタの画素情報を1画素分の情報として読み出す、駆動制御部を備えており、
当該駆動制御部は、前記処理単位ブロック内の前記所定の条件に合致する複数の前記単位構成要素からの前記単位信号を加算し、前記加算した情報を平均化して、前記処理単位ブロックの情報として読み出す、処理回路を有し、
当該処理回路は、前記処理単位ブロック内の前記所定の条件に合致する複数の前記単位構成要素からの各単位信号を纏めて保持可能な複数の記憶素子と、前記複数の記憶素子の何れに前記所定の条件に合致する複数の前記単位構成要素からの各単位信号を纏めるかを制御する接続制御部とを備えている、
半導体装置が提供される。
図1は、本発明の一実施形態に係るCMOS固体撮像装置の概略構成図である。この固体撮像装置1は、カラー画像を撮像し得る電子スチルカメラとして適用されるようになっている。また、静止画撮像モード時には、全画素を順番に読み出すモードが設定されるようになっている。また、通常の静止画撮像モードとは異なる特殊撮影モードとして、行や列を数個ずつ飛ばしながら読み出す間引き読出モード、行や列を数個ずつ選択して読み出し加算して出力する加算読出モードなど、画素の信号を読み出す順番を通常の静止画撮像モードとは異なる順番にする特殊読出モードが設定可能に構成されている。
このような構成の固体撮像装置1において、垂直シフトレジスタ142、シャッタシフトレジスタ144、およびそれらを制御するタイミングジェネレータ20により、撮像部10の各画素を水平行単位で順に選択し、その選択した1つの水平行分の画素の情報を同時に読み出すタイプのCMOSイメージセンサが構成されている。
図2は、間引き加算処理時の駆動方法の第1実施形態を説明する図である。ここで、図2(a)は、1/9の割合で画素情報量を圧縮するときの従来の間引き加算処理の場合の一例を示し、図2(b)は、本実施形態に係る間引き加算処理の場合の一例を模式化し、画素の並びで示している。
図3〜図5は、間引き加算処理時の駆動方法の第1実施形態の変形例を説明する図である。上述した第1実施形態の間引き加算処理においては、条件式Aにおいて、k=0の3×3の画素ブロックを単位画素ブロックとした場合を例に挙げて説明したが、これに限られるものではなく、図示を割愛するが、kが1以上、すなわちk=1の5×5の画素ブロックを単位画素ブロックとする1/25の割合での画素情報量の圧縮や、k=2の7×7の画素ブロックを単位画素ブロックとする1/49の割合での画素情報量の圧縮などの場合にも、同様に適用でき、同様の効果を享受できる。
図6〜図8は、間引き加算処理時の駆動方法の第2実施形態を説明する図である。この第2実施形態は、間引き加算処理時に、1/偶数画素×1/偶数画素すなわち1/(2k+2)×(2k+2)(kは0以上の正の整数;条件式Bともいう)の割合で画素情報量を圧縮する過程において、間引き加算する擬似的な画素ブロック(単位画素ブロック;処理単位ブロック)が交互に重なり合いながら敷き詰められた状態で、偶数×偶数すなわち(2k+2)×(2k+2)(条件式Cともいう)画素を間引き加算することにより画素情報を、折返しノイズを低減した状態で間引く構成を採る点に特徴を有する。
上述した第2実施形態の間引き加算処理においては、条件式Bにおいてk=0の1/4割合で画素情報量を圧縮する過程において、条件式Cにおいてk=0の2×2の画素ブロックを単位画素ブロックとし間引き加算する場合を例に挙げて説明したが、これに限られるものではなく、kが1以上、すなわちk=1の4×4の画素ブロックを単位画素ブロックとする1/16の割合での画素情報量の圧縮や、k=2の6×6の画素ブロックを単位画素ブロックとする1/36の割合での画素情報量の圧縮などの場合にも、同様に適用でき、同様の効果を享受できる。
図18は、上述した間引き加算処理の動作を実現するための回路構成の第1実施形態を示す図である。
つまり、間引き加算処理部25として、処理単位ブロック内の同一色の画素からの各画素信号を纏めて保持可能な複数の記憶素子として、CDS処理部26におけるサンプルホールドキャパシタを利用するメモリ回路部27を用意する。接続制御部28(本例ではスイッチS1,S2)を利用して、同一色の画素を持つ複数列を接続して、それら複数列の画素情報を共通のサンプルホールドキャパシタCbに導くことで加算処理を実現する。さらに、加算処理された複数列のサンプルホールドキャパシタCbを接続制御部28(本例ではスイッチS3,S4)を利用して接続することで、行ごとに加算した複数列の加算結果を平均化する。
これにより、回路規模(特にメモリ回路の規模)を特願2003−043897号の仕組みよりも低減しつつ、擬似的に画素面積(画素幅)を増大させ、ナイキスト周波数以上の空間周波数領域においてMTF値を減少させることで、折返しノイズを低減することができ、偽色の少ない間引き加算処理を実現できる。間引き加算処理が可能な撮像装置を構成するに当たり、ナイキスト周波数の減少による折返しノイズの問題を簡易な構成で解決できるようになる。
図24は、上述した間引き加算処理の動作を実現するための回路構成の第2実施形態を示す図である。
Claims (16)
- 物理量の変化を検知した単位信号を出力する単位信号生成部を単位構成要素内に含み、当該単位構成要素が所定の順に配された物理量分布検知のための半導体装置を使用して、物理量についての所定の検知条件の元で取得された前記単位信号に基づいて、物理情報を取得する物理情報取得装置であって、
前記単位構成要素のそれぞれには、所定のカラーコーディングを持つ色分離カラーフィルタが形成されており、
当該物理情報取得装置は、
前記単位構成要素から前記単位信号を間引いて読み出す過程において、所定の条件で互いに隣接する複数の前記単位構成要素からなるブロックを1処理単位ブロックとし、前記1処理単位ブロックが互いに重なり合うことなく敷きつめられた状態で、1処理単位ブロック中に存在する同色の色分離カラーフィルタの画素情報を1画素分の情報として読み出す、駆動制御部を備えており、
当該駆動制御部は、
前記処理単位ブロック内の前記所定の条件に合致する複数の前記単位構成要素からの前記単位信号を加算し、
前記加算した情報を平均化して、
前記処理単位ブロックの情報として読み出す、
処理回路を有し、
当該処理回路は、
前記処理単位ブロック内の前記所定の条件に合致する複数の前記単位構成要素からの各単位信号を纏めて保持可能な複数の記憶素子と、
前記複数の記憶素子の何れに前記所定の条件に合致する複数の前記単位構成要素からの各単位信号を纏めるかを制御する接続制御部と
を備えている、
物理情報取得装置。 - 前記記憶素子は、前記単位構成要素からの単位信号に含まれるノイズ成分を抑制する動作を行う、
請求項1に記載の物理情報取得装置。 - 前記単位構成要素が行列状に配されており、
前記接続制御部は、前記単位画素ブロック内の前記所定の条件に合致する複数の前記単位構成要素を持つ複数列を接続して、それら複数列の単位信号を共通の前記記憶素子に導くように切替制御するスイッチを有する、
請求項1に記載の物理情報取得装置。 - 前記接続制御部は、前記単位画素ブロック内の前記所定の条件に合致する複数の前記単位構成要素を持つ複数列の前記記憶素子を接続して、当該複数列の記憶素子に保持されている各行の複数列分の情報を加算し、この加算した結果を平均化するように切替制御するスイッチを有する、
請求項3に記載の物理情報取得装置。 - 前記接続制御部は、前記単位画素ブロック内の前記所定の条件に合致する複数の前記単位構成要素を持つ複数列の前記記憶素子に格納されている前記処理単位ブロック内の同色の色分離フィルタの画素情報を同時に出力するように切替制御するスイッチを有する、
請求項3に記載の物理情報取得装置。 - 前記単位構成要素が行列状に配されており、
前記駆動制御部は、行方向および列方向にて前記所定の条件で互いに隣接する複数の前記単位構成要素からなるブロックを前記処理単位ブロックとし、列ごと設けられた処理回路を行ごとに切り替えることで、前記処理単位ブロック内の前記行方向における同一行の前記所定の条件に合致する複数の前記単位構成要素からの各単位信号を、列ごと設けられた前記処理回路の何れかに共通に導く、
請求項1に記載の物理情報取得装置。 - 前記単位構成要素が行列状に配され、かつ、前記所定のカラーコーディングは2行2列を単位とし、その単位の繰り返しであり、
前記駆動制御部は、kを0以上の正の整数とするとき、1/(k+2)×(k+2)の割合で画素情報量を圧縮する過程において、間引き加算する処理単位ブロックが交互に重なり合いながら敷き詰められた状態で、(k+2)×(k+2)の前記単位構成要素を間引き加算する、
請求項1に記載の物理情報取得装置。 - 前記単位構成要素が行列状に配され、かつ、前記所定のカラーコーディングは2行2列を単位とし、その単位の繰り返しであり、
前記駆動制御部は、kを0以上の正の整数とするとき、1/(2k+3)×(2k+3)の割合で画素情報量を圧縮する過程において、(2k+3)×(2k+3)のブロックを処理単位ブロックとし、当該処理単位ブロックが互いに重なり合うことなく敷き詰められた状態で、各処理単位ブロック内の同色の色分離フィルタが形成された前記単位構成要素からの単位信号を擬似的に1つの処理単位ブロックの情報として読み出す、
請求項1に記載の物理情報取得装置。 - 前記単位構成要素が行列状に配され、かつ、前記所定のカラーコーディングは2行2列を単位とし、その単位の繰り返しであり、
前記駆動制御部は、kを0以上の正の整数とするとき、(2k+3)×(2k+3)のブロックを処理単位ブロックとし、当該処理単位ブロックが交互に重なり合いながら敷き詰められた状態で各処理単位ブロック内の同色の色分離フィルタが形成された前記単位構成要素からの単位信号を擬似的に1つの処理単位ブロックの情報として読み出す
請求項1に記載の物理情報取得装置。 - 前記単位構成要素が行列状に配され、かつ、前記所定のカラーコーディングは2行2列を単位とし、その単位の繰り返しであり、
前記駆動制御部は、kを0以上の正の整数とするとき、(2k+2)×(2k+2)のブロックを処理単位ブロックとし、当該処理単位ブロックが交互に重なり合いながら敷き詰められた状態で各処理単位ブロック内の同色の色分離フィルタが形成された前記単位構成要素からの単位信号を擬似的に1つの処理単位ブロックの情報として読み出す、
請求項1に記載の物理情報取得装置。 - 前記単位構成要素が行列状に配され、かつ、前記所定のカラーコーディングは4行4列を単位とし、その単位の繰り返しであり、
前記駆動制御部は、kを0以上の正の整数とするとき、(2k+3)×(2k+3)の画素ブロックを処理単位ブロックとし、当該処理単位ブロックが互いに重なり合うことなく敷き詰められた状態で、各処理単位ブロック内の同色の色分離フィルタが形成された前記単位構成要素からの単位信号を擬似的に1つの処理単位ブロックの情報として読み出す、
請求項1に記載の物理情報取得装置。 - 物理量の変化を検知した単位信号を出力する単位信号生成部を単位構成要素内に含み、当該単位構成要素が所定の順に配された物理量分布検知のための半導体装置であって、
前記単位構成要素のそれぞれには、所定のカラーコーディングを持つ色分離カラーフィルタが形成されており、
前記単位構成要素から前記単位信号を間引いて読み出す過程において、所定の条件で互いに隣接する複数の前記単位構成要素からなるブロックを1処理単位ブロックとし、前記1処理単位ブロックが互いに重なり合うことなく敷きつめられた状態で、1処理単位ブロック中に存在する同色の色分離カラーフィルタの画素情報を1画素分の情報として読み出す、駆動制御部を備えており、
当該駆動制御部は、
前記処理単位ブロック内の前記所定の条件に合致する複数の前記単位構成要素からの前記単位信号を加算し、
前記加算した情報を平均化して、
前記処理単位ブロックの情報として読み出す、
処理回路を有し、
当該処理回路は、
前記処理単位ブロック内の前記所定の条件に合致する複数の前記単位構成要素からの各単位信号を纏めて保持可能な複数の記憶素子と、
前記複数の記憶素子の何れに前記所定の条件に合致する複数の前記単位構成要素からの各単位信号を纏めるかを制御する接続制御部と
を備えている、
半導体装置。 - 前記記憶素子は、前記単位構成要素からの単位信号に含まれるノイズ成分を抑制する動作をする、
請求項12に記載の半導体装置。 - 前記単位構成要素が行列状に配されており、
前記接続制御部は、前記単位画素ブロック内の前記所定の条件に合致する複数の前記単位構成要素を持つ複数列を接続して、それら複数列の単位信号を共通の前記記憶素子に導くように切替制御するスイッチを有する
請求項12に記載の半導体装置。 - 前記接続制御部は、前記単位画素ブロック内の前記所定の条件に合致する複数の前記単位構成要素を持つ複数列の前記記憶素子を接続して、当該複数列の記憶素子に保持されている各行の複数列分の情報を加算し、この加算した結果を平均化するように切替制御するスイッチを有する、
請求項14に記載の半導体装置。 - 前記接続制御部は、前記単位画素ブロック内の前記所定の条件に合致する複数の前記単位構成要素を持つ複数列の前記記憶素子に格納されている前記処理単位ブロック内の同色の色分離フィルタの画素情報を同時に出力するように切替制御するスイッチを有する、
請求項14に記載の半導体装置。
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