KR20140039953A - 고체 촬상 장치, 촬상 방법 및 카메라 모듈 - Google Patents

고체 촬상 장치, 촬상 방법 및 카메라 모듈 Download PDF

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KR20140039953A
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다츠지 아시타니
유키야스 다츠자와
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가부시끼가이샤 도시바
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Abstract

본 발명은, 복수의 화소를 구비하는 셀을 출력의 단위로 하여 레이아웃 상 유리한 구성으로 할 수 있고, 또한 비닝 처리에 있어서의 신호대 노이즈비의 악화를 억제 가능하게 하는 고체 촬상 장치 및 촬상 방법을 제공한다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 고체 촬상 장치(5)는 화소 어레이(21)와, 행 선택 회로인 수직 시프트 레지스터(13)를 갖는다. 화소 어레이(21)는 셀(20)을 단위로 하여 신호를 출력한다. 셀(20)은 열 방향으로 병렬된 복수의 화소를 구비한다. 셀(20)은 제1 셀과 제2 셀의, 열 방향에 있어서의 위치가 엇갈리도록 배치되어 있다. 제1 셀은 청색 화소와 녹색 화소를 구비한다. 제2 셀은 녹색 화소와 적색 화소를 구비한다. 열 방향에 관한 비닝 처리에 있어서, 행 선택 회로는 제1 셀에 대해서는 제1 셀 내의 녹색 화소를 포함하는 행을 동시에 선택한다. 비닝 처리에 있어서, 행 선택 회로는, 제2 셀에 대해서는 제2 셀 내의 녹색 화소를 포함하는 행을 동시에 선택한다.

Description

고체 촬상 장치, 촬상 방법 및 카메라 모듈{SOLID-STATE IMAGING DEVICE, CAMERA MODULE, AND IMAGING METHOD}
본 발명의 실시 형태는 고체 촬상 장치, 촬상 방법 및 카메라 모듈에 관한 것이다.
최근, 고체 촬상 장치는 고해상도화에 수반되는 데이터량의 증가에 대한 대처 조치의 하나로서, 비닝(binning) 처리를 실시하는 경우가 있다. 고체 촬상 장치는 비닝 처리에 의해 복수의 화소로부터의 데이터를 1개의 데이터로 취급함으로써 데이터량을 억제할 수 있다.
CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서로서, 소정 개수의 포토다이오드에 1개의 출력 회로를 연결시킨 구조를 채용하는 것이 알려져 있다. 이 구조에서는 소정 개수의 화소가 1개의 셀을 구성하고, 셀마다 신호를 출력한다. 복수의 화소를 1개의 셀로 취급함으로써, 고체 촬상 장치는 포화 전하량의 증가, 감도의 향상, 랜덤 노이즈의 저감을 기대할 수 있다.
예를 들어, 열 방향으로 병렬된 소정 개수의 화소를 1개의 셀로 하는 구성에서는, 열 방향에 있어서 소정 개수의 화소 걸러 출력 회로가 배치됨으로써, 열 방향에 대해서 회로의 고집적화가 가능하다. 또한, 고체 촬상 장치는 서로 인접하는 열끼리, 열 방향에 있어서의 셀의 위치를 상이하게 함으로써 열 방향뿐만 아니라 행 방향에 대해서 회로의 고집적화가 가능하게 된다. 고체 촬상 장치는 열 방향 및 행 방향의 양쪽에 관한 회로의 고집적화에 의해, 레이아웃 상 유리한 구성으로 할 수 있다.
고체 촬상 장치는 열 방향에 대해서 동색의 2개의 화소의 전하를 동시에 판독함으로써 열 방향에 대해서 데이터량을 절반으로 하는 비닝 처리를 실시할 수 있다. 열 방향에 있어서의 셀의 위치를 열마다 엇갈리게 한 고체 촬상 장치에 있어서, 이러한 비닝 처리를 실시할 경우에, 1개의 셀 내에서 화소 2개분의 전하가 가산되어서 판독되는 색 성분과, 2개의 셀로부터 화소 1개분씩 판독된 전하가 평균화되는 색 성분이 존재하게 된다. 고체 촬상 장치는, 2개의 셀로부터 판독된 전하의 평균화가, 신호대 노이즈비(SNR)를 악화시킬 수 있다.
일본 특허 공개 제2011-24222호 공보
본 발명의 해결하고자 하는 과제는, 복수의 화소를 구비하는 셀을 출력의 단위로 하여 레이아웃 상 유리한 구성으로 할 수 있고, 또한 비닝 처리에 있어서의 신호대 노이즈비의 악화를 억제 가능하게 하는 고체 촬상 장치, 촬상 방법 및 카메라 모듈을 제공하는 것이다.
일 실시 형태의 고체 촬상 장치는 행 방향 및 열 방향으로 어레이 형상으로 화소가 배치되고, 상기 열 방향으로 병렬된 복수의 상기 화소를 구비하는 셀을 단위로 하여 신호를 출력하는 화소 어레이와, 상기 화소에서 검출하는 색광을, 상기 화소마다 선택적으로 투과시키는 컬러 필터와,
상기 화소 어레이 중, 신호 전하를 판독하는 상기 화소의 행을 선택하는 행 선택 회로를 갖고,
상기 컬러 필터는 적색광을 투과시키는 적색 컬러 필터와, 녹색광을 투과시키는 녹색 컬러 필터와, 청색광을 투과시키는 청색 컬러 필터가 배치되고,
상기 셀은 상기 청색 컬러 필터에 대응하는 상기 화소인 청색 화소와 상기 녹색 컬러 필터에 대응하는 상기 화소인 녹색 화소를 구비하는 제1 셀과, 상기 녹색 컬러 필터에 대응하는 상기 화소인 녹색 화소와 상기 적색 컬러 필터에 대응하는 상기 화소인 적색 화소를 구비하는 제2 셀과의, 상기 열 방향에 있어서의 위치가 엇갈리도록 배치되고,
상기 열 방향에 관한 비닝 처리에 있어서, 상기 행 선택 회로는, 상기 제1 셀에 대해서는 상기 제1 셀 내의 상기 녹색 화소를 포함하는 행을 동시에 선택하고, 또한 상기 제2 셀에 대해서는 상기 제2 셀 내의 상기 녹색 화소를 포함하는 행을 동시에 선택한다.
다른 실시 형태의 카메라 모듈은 피사체로부터의 광을 도입하여 피사체상을 결상시키는 촬상 광학계와, 상기 피사체상을 촬상하는 고체 촬상 장치를 갖고,
상기 고체 촬상 장치는,
행 방향 및 열 방향으로 어레이 형상으로 화소가 배치되고, 상기 열 방향으로 병렬된 복수의 상기 화소를 구비하는 셀을 단위로 하여 신호를 출력하는 화소 어레이와,
상기 화소에서 검출하는 색광을 상기 화소마다 선택적으로 투과시키는 컬러 필터와,
상기 화소 어레이 중, 신호 전하를 판독하는 상기 화소의 행을 선택하는 행 선택 회로를 갖고,
상기 컬러 필터는 적색광을 투과시키는 적색 컬러 필터와, 녹색광을 투과시키는 녹색 컬러 필터와, 청색광을 투과시키는 청색 컬러 필터가 배치되고,
상기 셀은 상기 청색 컬러 필터에 대응하는 상기 화소인 청색 화소와 상기 녹색 컬러 필터에 대응하는 상기 화소인 녹색 화소를 구비하는 제1 셀과, 상기 녹색 컬러 필터에 대응하는 상기 화소인 녹색 화소와 상기 적색 컬러 필터에 대응하는 상기 화소인 적색 화소를 구비하는 제2 셀과의, 상기 열 방향에 있어서의 위치가 엇갈리도록 배치되고,
상기 열 방향에 관한 비닝 처리에 있어서, 상기 행 선택 회로는, 상기 제1 셀에 대해서는 상기 제1 셀 내의 상기 녹색 화소를 포함하는 행을 동시에 선택하고, 또한 상기 제2 셀에 대해서는 상기 제2 셀 내의 상기 녹색 화소를 포함하는 행을 동시에 선택한다.
또한 다른 실시 형태의 촬상 방법은, 행 방향 및 열 방향으로 어레이 형상으로 화소가 배치되어 있는 화소 어레이 중, 신호 전하를 판독하는 상기 화소의 행을 선택하는 행 선택을 실시하고,
상기 행 선택에 의해 선택된 행의 상기 화소로부터 판독된 상기 신호 전하를, 상기 열 방향으로 병렬된 복수의 상기 화소를 구비하는 셀을 단위로 하는 신호로서, 상기 화소 어레이로부터 출력하는 것을 포함하고,
청색광을 투과시키는 청색 컬러 필터에 대응하는 상기 화소인 청색 화소와, 녹색광을 투과시키는 녹색 컬러 필터에 대응하는 상기 화소인 녹색 화소를 구비하는 상기 셀인 제1 셀과, 상기 녹색 컬러 필터에 대응하는 상기 화소인 녹색 화소와 적색광을 투과시키는 적색 컬러 필터에 대응하는 상기 화소인 적색 화소를 구비하는 상기 셀인 제2 셀과의, 상기 열 방향에 있어서의 위치는 엇갈리고,
상기 열 방향에 관한 비닝 처리에 있어서 실시하는 상기 행 선택에서는, 상기 제1 셀에 대해서는 상기 제1 셀 내의 상기 녹색 화소를 포함하는 행을 동시에 선택하고, 또한 상기 제2 셀에 대해서는 상기 제2 셀 내의 상기 녹색 화소를 포함하는 행을 동시에 선택한다.
상기 구성의 고체 촬상 장치, 촬상 방법 및 카메라 모듈에 의하면, 복수의 화소를 구비하는 셀을 출력의 단위로 하여 레이아웃 상 유리한 구성으로 할 수 있으며, 또한 비닝 처리에 있어서의 신호대 노이즈비의 악화를 억제 가능하게 한다.
도 1은 제1 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치의 개략 구성을 도시하는 블록도.
도 2는 도 1에 도시하는 고체 촬상 장치를 구비하는 디지털 카메라의 개략 구성을 도시하는 블록도.
도 3은 셀의 회로 구성예를 도시하는 도면.
도 4는 컬러 필터의 배치를 도시하는 도면.
도 5는 열 방향에 있어서의 비닝 처리에 있어서, 신호 전하를 판독하는 행을 수직 시프트 레지스터가 선택하는 순서를 설명하는 도면.
도 6은 도 5에 도시하는 순서로 행을 선택한 경우의 비닝 처리에 의해 얻어진 신호값의 공간 배치에 대해서 설명하는 도면.
도 7은 제1 실시 형태의 비교예에서의 비닝 처리에 있어서 행을 선택하는 순서를 설명하는 도면.
도 8은 도 7에 도시하는 순서로 행을 선택한 경우의 비닝 처리에 의해 얻어진 신호값의 공간 배치에 대해서 설명하는 도면.
도 9는 제2 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치에 의한 비닝 처리에 대해서 설명하는 도면.
이하에 첨부 도면을 참조하여, 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치를 상세하게 설명한다. 또한, 이러한 실시 형태에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
(제1 실시 형태)
도 1은 제1 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치의 개략 구성을 도시하는 블록도이다. 도 2는 도 1에 도시하는 고체 촬상 장치를 구비하는 디지털 카메라의 개략 구성을 도시하는 블록도이다.
디지털 카메라(1)는 카메라 모듈(2) 및 후단 처리부(3)를 갖는다. 카메라 모듈(2)은 촬상 광학계(4) 및 고체 촬상 장치(5)를 갖는다. 후단 처리부(3)는 이미지 시그널 프로세서(ISP)(6), 기억부(7) 및 표시부(8)를 갖는다. 카메라 모듈(2)은 디지털 카메라(1) 이외에, 예를 들어 카메라 탑재 핸드폰 단말기 등의 전자 기기에 적용된다.
촬상 광학계(4)는 피사체로부터의 광을 도입하여 피사체상을 결상시킨다. 고체 촬상 장치(5)는 피사체상을 촬상한다. ISP(6)는 고체 촬상 장치(5)에서의 촬상에 의해 얻어진 화상 신호의 신호 처리를 실시한다. 기억부(7)는 ISP(6)에서의 신호 처리를 거친 화상을 저장한다. 기억부(7)는 유저의 조작 등에 따라, 표시부(8)에 화상 신호를 출력한다. 표시부(8)는 ISP(6) 혹은 기억부(7)로부터 입력되는 화상 신호에 따라 화상을 표시한다. 표시부(8)는 예를 들어 액정 디스플레이다.
고체 촬상 장치(5)는, 이미지 센서(10) 및 신호 처리 회로(11)를 구비한다. 이미지 센서(10)는, 예를 들어 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 이미지 센서다. 이미지 센서(10)는 수직 시프트 레지스터(13), 수평 시프트 레지스터(14), 타이밍 제어부(15), 상관 이중 샘플링부(CDS)(16), 자동 이득 제어부(AGC)(17), 아날로그 디지털 변환기(ADC)(18) 및 화소 어레이(21)를 갖는다.
화소 어레이(21)는 이미지 센서(10)의 촬상 영역(12)에 설치되어 있다. 화소 어레이(21)는 수평 방향(행 방향) 및 수직 방향(열 방향)으로 어레이 형상으로 배치된 복수의 화소로 이루어진다. 각 화소는 광전 변환 소자인 포토다이오드를 구비한다. 셀(20)은 열 방향으로 병렬된 4개의 화소(도시 생략)를 구비한다.
타이밍 제어부(15)는, 화소 어레이(21)의 각 화소로부터의 신호를 판독하는 타이밍을 지시하는 타이밍 신호를, 수직 시프트 레지스터(13) 및 수평 시프트 레지스터(14)에 공급한다. 수직 시프트 레지스터(13)는 타이밍 제어부(15)로부터의 타이밍 신호에 따라, 화소 어레이(21) 내의 화소를 행마다 선택한다. 수직 시프트 레지스터(13)는 선택한 행의 각 화소에 판독 신호를 출력한다.
수직 시프트 레지스터(13)로부터 판독 신호가 입력된 화소는, 입사광량에 따라서 축적한 신호 전하를 출력한다. 화소 어레이(21)는 화소로부터 출력된 신호 전하를 셀(20)마다의 신호로 한다. 화소 어레이(21)는 셀(20)을 단위로 하여 신호를 출력한다. 화소 어레이(21)는 셀(20)로부터의 신호를, 수직 신호선(22)을 통해서 CDS(16)에 출력한다. 수직 시프트 레지스터(13)는 화소 어레이(21) 중, 신호 전하를 판독하는 행을 선택하는 행 선택 회로로서 기능한다.
CDS(16)는 화소 어레이(21)로부터의 신호에 대하여, 고정 패턴 노이즈의 저감을 위한 상관 이중 샘플링 처리를 행한다. AGC(17)는 CDS(16)에 있어서의 상관 이중 샘플링 처리를 거친 신호를 증폭한다. ADC(18)는 AGC(17)에 있어서의 증폭을 거친 신호를 아날로그 방식에서 디지털 방식으로 변환한다.
수평 시프트 레지스터(14)는 ADC(18)에서 디지털 방식으로 변환된 신호를, 타이밍 제어부(15)로부터의 타이밍 신호에 따라, 차례로 판독한다. 신호 처리 회로(11)는 수평 시프트 레지스터(14)에 의해 판독된 디지털 화상 신호에 대하여, 각종 신호 처리를 실시한다.
도 3은 셀의 회로 구성예를 도시하는 도면이다. 셀(20)은 4개의 포토다이오드(PD)(30-1, 30-2, 30-3, 30-4), 4개의 전송 트랜지스터(31-1, 31-2, 31-3, 31-4), 플로팅 디퓨전(FD)(32), 리셋 트랜지스터(33) 및 증폭 트랜지스터(34)를 구비한다.
광전 변환 소자인 PD(30-1, 30-2, 30-3, 30-4)는, 입사광량에 따른 신호 전하를 생성한다. 전송 트랜지스터(31-1)는 수직 시프트 레지스터(13)로부터의 판독 신호(READ1)에 따라, PD(30-1)로부터 FD(32)에 신호 전하를 전송한다. 전송 트랜지스터(31-2)는 수직 시프트 레지스터(13)으로부터의 판독 신호(READ2)에 따라, PD(30-2)로부터 FD(32)에 신호 전하를 전송한다. 전송 트랜지스터(31-3)는 수직 시프트 레지스터(13)로부터의 판독 신호(READ3)에 따라, PD(30-3)로부터 FD(32)에 신호 전하를 전송한다. 전송 트랜지스터(31-4)는, 수직 시프트 레지스터(13)로부터의 판독 신호(READ4)에 따라, PD(30-4)로부터 FD(32)에 신호 전하를 전송한다.
FD(32)는 전송 트랜지스터(31-1, 31-2, 31-3, 31-4)에 의해 전송된 신호 전하를 전위로 변환한다. 증폭 트랜지스터(34)는 FD(32)의 전위 변화를 증폭하여, 화상 신호(VSIG)로 한다. 리셋 트랜지스터(33)는 수직 시프트 레지스터(13)로부터의 리셋 신호(RESET)에 따라, FD(32)의 전하를 배출(DRAIN)하면서, 또한 FD(32)의 전위를 일정 레벨로 초기화한다. 또한, 셀(20)은 도 3에 도시하는 구성일 경우에 한정하지 않고, 적절히 변형해도 좋다.
도 4는 컬러 필터의 배치를 도시하는 도면이다. 컬러 필터(25)는 화소에서 검출하는 색광을 화소마다 선택적으로 투과시킨다. 컬러 필터(25)는 적(R), 녹(G), 청(B)의 각 색의 컬러 필터가 베이어 배열을 이루어서 배치되어 있다. R 컬러 필터는 R 광을 투과시킨다. G 컬러 필터는 G 광을 투과시킨다. B 컬러 필터는 B 광을 투과시킨다.
R 컬러 필터에 대응하는 R 화소, G 컬러 필터에 대응하는 Gr 화소 및 Gb 화소, B 컬러 필터에 대응하는 B 화소는, 화소 어레이(21)에 있어서 컬러 필터(25)와 마찬가지의 베이어 배열을 이루어서 배치되어 있다.
R 화소는 R 컬러 필터를 투과한 R 광을 검출한다. B 화소는 B 컬러 필터를 투과한 B 광을 검출한다. Gr 화소 및 Gb 화소는 G 컬러 필터를 투과한 G 광을 검출한다. Gr 화소는 행 방향에 있어서 R 화소와 병렬되어 있다. Gb 화소는 행 방향에 있어서 B 화소와 병렬되어 있다.
여기서, 2개의 B 화소 및 2개의 Gr 화소를 구비하는 셀(20)을 제1 셀, 2개의 Gb 화소 및 2개의 R 화소를 구비하는 셀(20)을 제2 셀로 한다. 제1 셀 및 제2 셀은, 열 방향에 있어서의 위치가 엇갈리도록 배치되어 있다. 또한, 도 4에서는 컬러 필터(25)에 있어서의 각 색 컬러 필터의 배치를, 화소 어레이(21)에 있어서의 각 색 화소의 배치를 보고 선정하는 것으로 하고, 각 셀(20)의 외측 테두리를 굵은 선으로 나타내고 있다.
이미지 센서(10)는 4개의 화소가 1개의 셀(20)을 구성하고, 셀(20) 마다 신호를 출력한다. 이미지 센서(10)는 복수의 화소를 1개의 셀(20)로 취급함으로써, 포화 전하량의 증가, 감도의 향상, 랜덤 노이즈의 저감을 예상할 수 있다.
이미지 센서(10)는 열 방향에 있어서 4개의 화소 걸러, 셀(20)마다의 출력 회로가 배치되어 있다. 이미지 센서(10)는 열 방향으로 병렬되는 각 화소에 출력 회로를 배치하는 경우에 비하여, 열 방향에 대해서 회로의 고집적화가 가능하게 된다.
또한, 이미지 센서(10)는 서로 인접하는 열끼리, 열 방향에 있어서의 셀(20)의 위치를 상이하게 함으로써 열 방향뿐만 아니라 행 방향에 대해서 회로의 고집적화가 가능하게 된다. 이미지 센서(10) 내의 회로를 열 방향 및 행 방향 양쪽에 대해서 고집적화시킴으로써, 고체 촬상 장치(5)는 레이아웃 상 유리한 구성으로 할 수 있다.
도 5는 열 방향에 있어서의 비닝 처리에 있어서, 신호 전하를 판독하는 행을 수직 시프트 레지스터가 선택하는 순서를 설명하는 도면이다. 도 6은 도 5에 도시하는 순서로 행을 선택한 경우의 비닝 처리에 의해 얻어진 신호값의 공간 배치에 대해서 설명하는 도면이다. 도 7은, 제1 실시 형태의 비교예에서의 비닝 처리에 있어서 행을 선택하는 순서를 설명하는 도면이다. 도 8은, 도 7에 도시하는 순서로 행을 선택한 경우의 비닝 처리에 의해 얻어진 신호값의 공간 배치에 대해서 설명하는 도면이다.
고체 촬상 장치(5)는, 예를 들어 열 방향에 대해서 데이터 수를 2분의 1로 하는 비닝 처리를 실시 가능하게 한다. 본 실시 형태에서, 비닝 처리는 1회의 판독 동작에 의해 복수의 화소로부터의 전하를 축적 또는 보간하고, 그것들을 판독하기 위한 처리로 한다.
여기서, 도 7 및 도 8에 도시하는 비교예의 경우의 비닝 처리에 대해서, 도 4의 참조와 함께 설명한다. 도 4에 도시하는 L1, L2, L3, L4, L5, L6, L7 및 L8은 열 방향에서 인접하는 8개의 행을 나타내는 것으로 한다.
비교예에 따른 고체 촬상 장치는, 제1 동작에 있어서 L1 및 L3을 선택하고, 2개의 Gr 화소의 신호 전하 Gr1 및 Gr2에서 유래되는 신호값을 생성한다. 고체 촬상 장치는 제1 동작에 계속되는 제2 동작에 있어서 L2 및 L4를 선택하고, 2개의 B 화소의 신호 전하 B1 및 B2에서 유래되는 신호값을 생성한다.
고체 촬상 장치는 제2 동작에 계속되는 제3 동작에 있어서 L3 및 L5를 선택하고, 2개의 R 화소의 신호 전하 R1 및 R2에서 유래되는 신호값을 생성한다. 고체 촬상 장치는, 제3 동작에 계속되는 제4 동작에 있어서 L4 및 L6을 선택하고, 2개의 Gb 화소의 신호 전하 Gb1 및 Gb2에서 유래되는 신호값을 생성한다.
고체 촬상 장치는 L7 이후의 행에 대해서도 이러한 동작을 반복한다. 2개의 화소의 전하로부터 생성된 신호값은, 이러한 2개의 화소끼리의 중간에 위치하는 것으로 취급된다. 이들 동작에 의해, 고체 촬상 장치는 도 8 상단의 상태로부터 도 8 하단의 상태로, 열 방향에 관한 비닝 처리를 실시한다.
비교예에 따른 고체 촬상 장치는, 제1 내지 제4 동작의 어떤 경우든, 신호 전하를 판독하는 행으로서, 하나 이전의 동작에서 선택한 행의 이웃에 위치하는 행을 선택한다. 이에 의해, 고체 촬상 장치는, 각 색 화소의 배열 순서에 따라서, 각 색 성분의 행을 차례로 선택한다.
비교예에 따른 고체 촬상 장치는, 열 방향에 있어서의 셀(20)의 위치를 열마다 엇갈리게 하고, 상술한 비닝 처리를 실시할 경우에, Gr 화소와 R 화소에 대해서는 1개의 셀(20) 내에서 화소 2개분의 전하를 가산해서 출력한다. 한편, 고체 촬상 장치는 B 화소와 Gb 화소에 대해서는, 2개의 셀(20)로부터 화소 1개분씩 판독된 전하를 평균화해서 출력한다. Gr 화소 및 R 화소에 대해서는 셀(20)마다의 정보가 얻어지는 한편, B 화소와 Gb 화소에 대해서는 2개의 셀(20) 걸러 평균화된 정보밖에 얻지 못하게 된다.
인간의 눈의 분광 감도는, 가시광의 파장 영역 중 중간 영역에 위치하는 녹색 부근을 피크로 한다. RGB의 각 성분 중에서는 G 성분이 노이즈나 해상감에 크게 영향을 미치게 된다. 이로 인해, Gr 화소 및 Gb 화소 중 적어도 한쪽에 대해서, 2개의 셀(20)로부터 판독된 전하가 평균화됨으로써, 고체 촬상 장치는 SNR의 악화, 해상감의 저하를 일으킬 수 있다.
이어서, 도 5 및 도 6에 도시하는 본 실시 형태에서의 비닝 처리에 대해서, 도 4의 참조와 함께 설명한다. 수직 시프트 레지스터(13)는, 제1 동작에 있어서, 타이밍 제어부(15)로부터의 타이밍 신호에 따라서 L1 및 L3을 선택한다. 고체 촬상 장치(5)는, L1 및 L3의 선택에 의해, 2개의 Gr 화소의 신호 전하 Gr1 및 Gr2에서 유래되는 신호값을 생성한다. 수직 시프트 레지스터(13)는 제1 동작에 있어서, Gr1 및 Gr2를 1개의 셀(20) 내로부터 동시에 판독하도록 행을 선택한다.
수직 시프트 레지스터(13)는 제1 동작에 계속되는 제2 동작에 있어서, 타이밍 제어부(15)로부터의 타이밍 신호에 따라서 L2 및 L4를 선택한다. 고체 촬상 장치(5)는 L2 및 L4의 선택에 의해, 2개의 B 화소의 신호 전하 B1 및 B2에서 유래되는 신호값을 생성한다. 수직 시프트 레지스터(13)는 제2 동작에 있어서, 2개의 셀(20)로부터 B1 및 B2를 동시에 판독하도록 행을 선택한다.
수직 시프트 레지스터(13)는 제2 동작에 계속되는 제3 동작에 있어서, 타이밍 제어부(15)로부터의 타이밍 신호에 따라서 L5 및 L7을 선택한다. 고체 촬상 장치(5)는 L5 및 L7의 선택에 의해, 2개의 R 화소의 신호 전하 R1 및 R2에서 유래되는 신호값을 생성한다. 수직 시프트 레지스터(13)는, 제3 동작에서는 R1 및 R2를 판독하는 행으로서, 제2 동작에서 선택한 행으로부터 2행을 초과해서 위치하는 행을 선택한다. 이에 의해, 고체 촬상 장치(5)는 2개의 셀(20)로부터 R1 및 R2를 동시에 판독한다.
수직 시프트 레지스터(13)는 제3 동작에 계속되는 제4 동작에 있어서, 타이밍 제어부(15)로부터의 타이밍 신호에 따라서 L6 및 L8을 선택한다. 고체 촬상 장치(5)는 L6 및 L8의 선택에 의해, 2개의 Gb 화소의 신호 전하 Gb1 및 Gb2에서 유래되는 신호값을 생성한다. 수직 시프트 레지스터(13)는 제4 동작에 있어서, Gb1 및 Gb2를 1개의 셀(20) 내로부터 동시에 판독하도록 행을 선택한다.
수직 시프트 레지스터(13)는 L8 이후에 대해서도 마찬가지로 행 선택을 반복해 간다. 이와 같이, 수직 시프트 레지스터(13)는 제1 셀 및 제2 셀의 양쪽에 대해서, 녹색 화소를 포함하는 행을 동시에 선택한다. 고체 촬상 장치(5)는, Gr 화소와 Gb 화소에 대해서는 1개의 셀(20) 내에서 화소 2개분의 전하를 가산해서 출력한다. 한편, 고체 촬상 장치(5)는, B 화소와 R 화소에 대해서는 2개의 셀(20)로부터 화소 1개분씩 판독된 전하를 평균화해서 출력한다.
고체 촬상 장치(5)는 Gr 화소와 Gb 화소 양쪽에 대해서, 셀(20)마다의 정보를 얻을 수 있다. 고체 촬상 장치(5)는, 다른 색에 비하여 노이즈나 해상감에 대한 영향이 큰 G 성분에 대해서 셀(20)마다의 정보가 얻어짐으로써, 비닝 처리에 의한 SNR의 악화 및 해상감의 저하를 억제시킬 수 있다.
고체 촬상 장치(5)는, 예를 들어 비닝 처리를 실시하는 비닝 모드와, 비닝 처리를 실시하지 않는 통상 모드의 전환이 가능한 것으로 한다. 비닝 모드가 지정되어 있을 때, 타이밍 제어부(15)는, 도 5에 도시하는 순서로 2개의 행을 동시에 선택하는 것과 같은 타이밍 신호를, 수직 시프트 레지스터(13)에 출력한다.
통상 모드가 지정되어 있을 때, 타이밍 제어부(15)는 화소 어레이(21)의 각 행을 위에서 1행씩 차례로 선택하는 것과 같은 타이밍 신호를, 수직 시프트 레지스터(13)에 출력한다. 통상 모드에서, 수직 시프트 레지스터(13)는 화소 어레이(21)의 각 행을 1행씩 선택한다.
고체 촬상 장치(5)는 비닝 모드와 통상 모드를, 예를 들어 유저의 조작에 따라서 전환 가능하게 해도 좋다. 고체 촬상 장치(5)는 화상의 정밀도보다도 화상 처리의 속도를 중시하는 경우, 예를 들어 동화상의 촬영에 비닝 모드를 적용해도 좋다. 고체 촬상 장치(5)는 화상 처리의 속도보다도 화상의 정밀도를 중시하는 경우, 예를 들어 정지 화상의 촬영에 통상 모드를 적용해도 좋다. 고체 촬상 장치(5)는 비닝 모드와 통상 모드의 전환에 의해, 요구에 따른 촬영을 실시할 수 있다.
(제2 실시 형태)
도 9는 제2 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치에 의한 비닝 처리에 대해서 설명하는 도면이다. 제1 실시 형태와 동일한 부분에는 동일한 부호를 부여하고, 중복되는 설명을 적절히 생략한다. 본 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치(5)는 제1 실시 형태의 고체 촬상 장치(5)와 마찬가지의 구성을 구비하는 것 이외에, 행 방향에 관한 비닝 처리 또한 실시 가능하게 한다.
제2 실시 형태에 따른 고체 촬상 장치(5)는, 예를 들어 열 방향 및 행 방향에 대해서 데이터 수를 2분의 1로 하는 비닝 처리를 실시 가능하게 한다. 수직 시프트 레지스터(13)는 제1 실시 형태와 마찬가지로 행을 선택한다. 수직 시프트 레지스터(13)는 제1 실시 형태와 마찬가지로, 제1 셀 및 제2 셀의 양쪽에 대해서, 녹색 화소를 포함하는 행을 동시에 선택한다.
수평 시프트 레지스터(14)는 행 방향으로 병렬하는 동색의 2개의 화소에 대해서, 신호를 동시에 판독한다. 고체 촬상 장치(5)는 행 방향으로 병렬하는 2개의 셀(20)로부터 판독된 신호를 평균화해서 출력한다. 열 방향 및 행 방향에 관한 비닝 처리에 의해, 고체 촬상 장치(5)는, 3×3 화소의 블록의 4 구석에 위치하는 동색의 화소의 신호값으로부터 1개의 신호값을 생성한다. 4개의 화소의 전하로부터 생성된 신호값은 당해 블록의 중간에 위치하는 것으로 취급된다.
제2 실시 형태에서도 고체 촬상 장치(5)는, 제1 실시 형태와 마찬가지로 레이아웃 상 유리한 구성으로 할 수 있고, 또한 열 방향의 비닝 처리에 의한 SNR의 악화 및 해상감의 저하를 억제시킬 수 있다. 제2 실시 형태에서도, 고체 촬상 장치(5)는 비닝 모드와 통상 모드를 전환 가능하게 해도 좋다. 고체 촬상 장치(5)는 비닝 모드와 통상 모드의 전환에 의해, 요구에 따른 촬영을 실시할 수 있다.
본 발명의 몇가지 실시 형태를 설명했지만, 이들 실시 형태는 예로서 제시한 것이며, 발명의 범위를 한정하는 것을 의도하고 있지 않다. 이들 신규의 실시 형태는, 그 밖의 다양한 형태로 실시되는 것이 가능하고, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 다양한 생략, 치환, 변경을 행할 수 있다. 이들 실시 형태나 그 변형은, 발명의 범위나 요지에 포함되면서, 또한 특허 청구 범위에 기재된 발명과 그 균등한 범위에 포함된다.

Claims (12)

  1. 고체 촬상 장치로서,
    행 방향 및 열 방향으로 어레이 형상으로 화소가 배치되고, 상기 열 방향으로 병렬된 복수의 상기 화소를 구비하는 셀을 단위로 하여 신호를 출력하는 화소 어레이와,
    상기 화소에서 검출하는 색광을, 상기 화소마다 선택적으로 투과시키는 컬러 필터와,
    상기 화소 어레이 중, 신호 전하를 판독하는 상기 화소의 행을 선택하는 행 선택 회로를 갖고,
    상기 컬러 필터는 적색광을 투과시키는 적색 컬러 필터와, 녹색광을 투과시키는 녹색 컬러 필터와, 청색광을 투과시키는 청색 컬러 필터가 배치되고,
    상기 셀은 상기 청색 컬러 필터에 대응하는 상기 화소인 청색 화소와 상기 녹색 컬러 필터에 대응하는 상기 화소인 녹색 화소를 구비하는 제1 셀과, 상기 녹색 컬러 필터에 대응하는 상기 화소인 녹색 화소와 상기 적색 컬러 필터에 대응하는 상기 화소인 적색 화소를 구비하는 제2 셀의, 상기 열 방향에 있어서의 위치가 엇갈리도록 배치되고,
    상기 열 방향에 관한 비닝(binning) 처리에 있어서, 상기 행 선택 회로는, 상기 제1 셀에 대해서는 상기 제1 셀 내의 상기 녹색 화소를 포함하는 행을 동시에 선택하고, 또한 상기 제2 셀에 대해서는 상기 제2 셀 내의 상기 녹색 화소를 포함하는 행을 동시에 선택하는, 고체 촬상 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 적색 컬러 필터와, 상기 녹색 컬러 필터와, 상기 청색 컬러 필터가 베이어 배열(Bayer array)을 이루어서 배치되어 있는, 고체 촬상 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 셀은 상기 열 방향으로 병렬된 4개의 상기 화소를 구비하고,
    상기 행 선택 회로는 상기 비닝 처리에 있어서, 상기 녹색 화소를 포함하는 2개의 행을 동시에 선택하는, 고체 촬상 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 비닝 처리를 실시하는 비닝 모드 이외의 통상 모드에 있어서, 상기 행 선택 회로는 상기 화소 어레이의 각 행을 1행씩 선택하는, 고체 촬상 장치.
  5. 카메라 모듈로서,
    피사체로부터의 광을 도입하여 피사체상을 결상시키는 촬상 광학계와,
    상기 피사체상을 촬상하는 고체 촬상 장치를 갖고,
    상기 고체 촬상 장치는,
    행 방향 및 열 방향으로 어레이 형상으로 화소가 배치되고, 상기 열 방향으로 병렬된 복수의 상기 화소를 구비하는 셀을 단위로 하여 신호를 출력하는 화소 어레이와,
    상기 화소에서 검출하는 색광을, 상기 화소마다 선택적으로 투과시키는 컬러 필터와,
    상기 화소 어레이 중, 신호 전하를 판독하는 상기 화소의 행을 선택하는 행 선택 회로를 갖고,
    상기 컬러 필터는 적색광을 투과시키는 적색 컬러 필터와, 녹색광을 투과시키는 녹색 컬러 필터와, 청색광을 투과시키는 청색 컬러 필터가 배치되고,
    상기 셀은 상기 청색 컬러 필터에 대응하는 상기 화소인 청색 화소와 상기 녹색 컬러 필터에 대응하는 상기 화소인 녹색 화소를 구비하는 제1 셀과, 상기 녹색 컬러 필터에 대응하는 상기 화소인 녹색 화소와 상기 적색 컬러 필터에 대응하는 상기 화소인 적색 화소를 구비하는 제2 셀과의, 상기 열 방향에 있어서의 위치가 엇갈리도록 배치되고,
    상기 열 방향에 관한 비닝 처리에 있어서, 상기 행 선택 회로는, 상기 제1 셀에 대해서는 상기 제1 셀 내의 상기 녹색 화소를 포함하는 행을 동시에 선택하고, 또한 상기 제2 셀에 대해서는 상기 제2 셀 내의 상기 녹색 화소를 포함하는 행을 동시에 선택하는, 카메라 모듈.
  6. 제5항에 있어서, 상기 적색 컬러 필터와, 상기 녹색 컬러 필터와, 상기 청색 컬러 필터가 베이어 배열을 이루어서 배치되어 있는, 카메라 모듈.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 셀은 상기 열 방향으로 병렬된 4개의 상기 화소를 구비하고,
    상기 행 선택 회로는 상기 비닝 처리에 있어서, 상기 녹색 화소를 포함하는 2개의 행을 동시에 선택하는, 카메라 모듈.
  8. 제5항에 있어서, 상기 비닝 처리를 실시하는 비닝 모드 이외의 통상 모드에서, 상기 행 선택 회로는 상기 화소 어레이의 각 행을 1행씩 선택하는, 카메라 모듈.
  9. 촬상 방법으로서,
    행 방향 및 열 방향으로 어레이 형상으로 화소가 배치되어 있는 화소 어레이 중, 신호 전하를 판독하는 상기 화소의 행을 선택하는 행 선택을 실시하고,
    상기 행 선택에 의해 선택된 행의 상기 화소로부터 판독된 상기 신호 전하를, 상기 열 방향으로 병렬된 복수의 상기 화소를 구비하는 셀을 단위로 하는 신호로서, 상기 화소 어레이로부터 출력하는 것을 포함하고,
    청색광을 투과시키는 청색 컬러 필터에 대응하는 상기 화소인 청색 화소와, 녹색광을 투과시키는 녹색 컬러 필터에 대응하는 상기 화소인 녹색 화소를 구비하는 상기 셀인 제1 셀과, 상기 녹색 컬러 필터에 대응하는 상기 화소인 녹색 화소와 적색광을 투과시키는 적색 컬러 필터에 대응하는 상기 화소인 적색 화소를 구비하는 상기 셀인 제2 셀과의, 상기 열 방향에 있어서의 위치는 엇갈리고,
    상기 열 방향에 관한 비닝 처리에 있어서 실시하는 상기 행 선택에서는, 상기 제1 셀에 대해서는 상기 제1 셀 내의 상기 녹색 화소를 포함하는 행을 동시에 선택하고, 또한 상기 제2 셀에 대해서는 상기 제2 셀 내의 상기 녹색 화소를 포함하는 행을 동시에 선택하는, 촬상 방법.
  10. 제9항에 있어서, 베이어 배열을 이루는 상기 적색 화소, 상기 녹색 화소 및 상기 청색 화소로부터 상기 신호 전하를 판독하는, 촬상 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 비닝 처리에 있어서, 상기 녹색 화소를 포함하는 2개의 행을 동시에 선택하는 상기 행 선택을 실시하고,
    상기 열 방향으로 병렬된 4개의 상기 화소를 구비하는 상기 셀을, 상기 화소 어레이로부터의 상기 신호의 출력 단위로 하는, 촬상 방법.
  12. 제9항에 있어서, 상기 비닝 처리를 실시하는 비닝 모드 이외의 통상 모드에 있어서, 상기 화소 어레이의 각 행을 1행씩 선택하는 상기 행 선택을 추가로 실시하는, 촬상 방법.
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