JP6239026B2 - Imaging device and imaging apparatus - Google Patents

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Description

本発明は、撮像素子および撮像装置に関するものである。   The present invention relates to an imaging element and an imaging apparatus.

近年、デジタルカメラなどの撮像装置に用いられるCMOSなどの撮像素子は、画素を微細化することにより多画素化し、解像度の高い画像を撮影することが可能となっている。コンシューマ向けの撮像装置においても1000万画素以上の画素数を備えるものが一般的になってきている(特許文献1参照)。   In recent years, an imaging element such as a CMOS used in an imaging apparatus such as a digital camera is capable of capturing a high-resolution image by increasing the number of pixels by miniaturizing the pixels. An image pickup apparatus for consumer is generally provided with a pixel number of 10 million pixels or more (see Patent Document 1).

図14は、一般的な撮像装置の構成ブロック図である。図14において、撮像素子1500は、画素部1501、AD変換部1502、P/S変換部1503を備える。画素部1501は、被写体像を電気信号に変換してAD変換部1502に出力する。   FIG. 14 is a configuration block diagram of a general imaging apparatus. In FIG. 14, the image sensor 1500 includes a pixel unit 1501, an AD conversion unit 1502, and a P / S conversion unit 1503. The pixel unit 1501 converts the subject image into an electrical signal and outputs the electrical signal to the AD conversion unit 1502.

AD変換部1502は、画素部1501から読み出される画像信号をデジタル信号に変換する。P/S変換部1503は、AD変換部1502により変換されたデジタル信号に対し、パラレル・シリアル変換を行う。画像信号処理回路1600は、撮像素子1500からの画像信号に対し各種信号処理を施す。   The AD conversion unit 1502 converts the image signal read from the pixel unit 1501 into a digital signal. The P / S conversion unit 1503 performs parallel / serial conversion on the digital signal converted by the AD conversion unit 1502. The image signal processing circuit 1600 performs various signal processes on the image signal from the image sensor 1500.

特開2013−26675号JP 2013-26675 A

上記した撮像装置では、撮像素子1500から画像信号処理回路1501に画像信号を転送する転送路の転送容量が一定であることから、撮像素子の画素数が増加することで相対的に被写体の全画像信号の転送時間が長くなるという課題がある。   In the imaging apparatus described above, since the transfer capacity of the transfer path for transferring the image signal from the imaging element 1500 to the image signal processing circuit 1501 is constant, the entire image of the subject is relatively increased by increasing the number of pixels of the imaging element. There is a problem that the signal transfer time becomes long.

すなわち、撮像素子1500から画像信号処理回路1501への信号読み出し速度が画像信号の読み出し速度のボトルネックとなる。さらに、高速転送を実現しようとすると、転送回路や処理回路などの消費電力や発熱の増大、データ転送精度などが問題となる。   That is, the signal reading speed from the image sensor 1500 to the image signal processing circuit 1501 becomes a bottleneck of the image signal reading speed. Furthermore, when trying to realize high-speed transfer, there are problems such as power consumption, increase in heat generation, data transfer accuracy, and the like of the transfer circuit and processing circuit.

本発明は、画素数の大きな撮像素子を用いて動画撮影中に静止画撮影を行う場合に、シームレスな動画と高画質な静止画を両立させることのできる撮像素子およびそれを備えた撮像装置を提供することを目的としてなされたものである。   The present invention provides an imaging device capable of making both a seamless moving image and a high-quality still image compatible when capturing a still image while capturing a moving image using an imaging device having a large number of pixels, and an imaging apparatus including the same. It was made for the purpose of providing.

上述した課題を解決するために、本発明の撮像素子は、入射光を受光して光電変換する撮像手段と、前記撮像手段から出力されるアナログ画像信号をデジタル画像データに変換する複数のAD変換手段と、前記複数のAD変換手段により変換される少なくとも1フレームのデジタル画像データを記憶する記憶手段と、静止画用デジタル画像データから動画用デジタル画像データを生成する生成手段と、前記静止画用デジタル画像データおよび前記動画用デジタル画像データを外部に出力する出力手段と、を有し、前記複数のAD変換手段から前記記憶手段までの間で前記画像データがパラレルに伝送されるように構成されているとともに、前記撮像手段を用いて動画および静止画を撮影する場合に前記静止画用デジタル画像データを前記記憶手段に記憶し、前記出力手段により前記動画用デジタル画像データを前記静止画用デジタル画像データよりも先に外部に出力することが可能なように構成したことを特徴とするものである。 In order to solve the above-described problems, an imaging device of the present invention includes an imaging unit that receives incident light and performs photoelectric conversion, and a plurality of AD conversions that convert an analog image signal output from the imaging unit into digital image data. Means, storage means for storing digital image data of at least one frame converted by the plurality of AD conversion means, generation means for generating moving image digital image data from still image digital image data, and for the still image Output means for outputting the digital image data and the moving image digital image data to the outside, and configured to transmit the image data in parallel between the plurality of AD conversion means and the storage means. together and, when shooting a moving image and a still image using the imaging means, the digital image data for the still picture the Symbol Stored in the unit and is characterized by being configured so as to be able to output the digital image data for the moving image to the outside earlier than the digital image data for the still image by said output means.

また、入射光を受光して光電変換する撮像手段と、前記撮像手段から出力されるアナログ画像信号をデジタル画像データに変換する複数のAD変換手段と、前記複数のAD変換手段により変換される少なくとも1フレームのデジタル画像データを記憶する記憶手段と、前記デジタル画像データに対する演算処理を行う演算手段と、前記デジタル画像データを外部に出力する出力手段と、を有し、前記複数のAD変換手段から前記記憶手段までの間で前記画像データはパラレルに伝送されるように構成されているとともに、前記出力手段により第1のサイズの画像データおよび前記第1のサイズと異なる第2のサイズの画像データを外部に出力する場合に、前記第1のサイズの画像データを前記記憶手段に記憶してから外部に出力することが可能なように構成したことを特徴とするものである。 In addition, an imaging unit that receives incident light and performs photoelectric conversion , a plurality of AD conversion units that convert analog image signals output from the imaging unit into digital image data, and at least converted by the plurality of AD conversion units storage means for storing digital image data of one frame, comprising arithmetic means for performing arithmetic processing on the digital image data, and output means for outputting the digital image data to the outside, the, from the plurality of AD conversion means The image data is configured to be transmitted in parallel between the storage unit and the output unit. The output unit outputs the first size image data and the second size image data different from the first size. Yes to when outputting to the outside, and output the image data of the first size to the outside from the stored in the storage means It was constructed such and is characterized in.

さらに、本発明の撮像装置は、入射光を受光して光電変換する撮像手段と、前記撮像手段から出力されるアナログ画像信号をデジタル画像データに変換する複数のAD変換手段と、前記複数のAD変換手段により変換される少なくとも1フレームのデジタル画像データを記憶する記憶手段と、静止画用デジタル画像データから動画用デジタル画像データを生成する生成手段と、前記静止画用デジタル画像データおよび前記動画用デジタル画像データを外部に出力する出力手段と、を有する撮像素子と、前記撮像素子から出力される画像データに所定の信号処理を施す信号処理部と、像を表示する表示部と、前記撮像素子、前記信号処理部、前記表示部の各々を制御する制御部と、を有し、前記複数のAD変換手段から前記記憶手段までの間で前記画像データがパラレルに伝送されるように構成され、前記制御部は、前記撮像手段を用いて動画および静止画を撮影する場合に前記静止画用デジタル画像データを前記記憶手段に記憶し、前記出力手段により前記動画用デジタル画像データを前記静止画用デジタル画像データよりも先に前記撮像素子から出力することを特徴とするものである。 Furthermore, an imaging apparatus according to the present invention includes an imaging unit that receives incident light and performs photoelectric conversion, a plurality of AD conversion units that convert analog image signals output from the imaging unit into digital image data, and the plurality of ADs. Storage means for storing at least one frame of digital image data converted by the conversion means, generation means for generating digital image data for moving image from digital image data for still image, digital image data for still image and moving image an imaging device having an output means for outputting the digital image data to the outside, and a signal processing section for performing predetermined signal processing on image data output from the imaging device, and a display unit for displaying images, the imaging element, between the signal processing unit, and a control section for controlling each of the display unit, from said plurality of AD conversion means to said memory means The image data is configured to be transmitted in parallel, wherein, when shooting a moving image and a still image using the imaging means, stores digital image data for the still image in the storage means, The output means outputs the moving image digital image data from the image sensor prior to the still image digital image data.

また、入射光を受光して光電変換する撮像手段と、前記撮像手段から出力されるアナログ画像信号をデジタル画像データに変換する複数のAD変換手段と、前記複数のAD変換手段により変換される少なくとも1フレームのデジタル画像データを記憶する記憶手段と、前記デジタル画像データに対する演算処理を行う演算手段と、前記デジタル画像データを外部に出力する出力手段と、を有する撮像素子と、前記撮像素子から出力される画像データに所定の信号処理を施す信号処理部と、像を表示する表示部と、前記撮像素子、前記信号処理部、前記表示部の各々を制御する制御部と、を有し、前記複数のAD変換手段から前記記憶手段までの間で前記画像データがパラレルに伝送されるように構成され、前記制御部は、前記出力手段により第1のサイズの画像データおよび前記第1のサイズと異なる第2のサイズの画像データを前記撮像素子から出力する場合に、前記第1のサイズの画像データを前記記憶手段に記憶してから出力することを特徴とするものである。 In addition, an imaging unit that receives incident light and performs photoelectric conversion , a plurality of AD conversion units that convert analog image signals output from the imaging unit into digital image data, and at least converted by the plurality of AD conversion units storage means for storing digital image data of one frame, and calculating means for performing a calculation process on the digital image data, an image pickup device and an output means for outputting the digital image data to the outside, an output from the imaging device a signal processing section for performing predetermined signal processing on the image data, a display unit for displaying the images, the imaging device, the signal processing unit, and a control section for controlling each of said display unit, The image data is configured to be transmitted in parallel between the plurality of AD conversion units and the storage unit, and the control unit is controlled by the output unit. When the image data of a second size different from the image data and the first size of a first size and output from the imaging device, the output image data of the first size from the stored in the storage means It is characterized by doing.

本発明によれば、画素数の大きな撮像素子を用いて動画撮影中に静止画撮影を行った場合であっても、シームレスな動画と高画質な静止画を得ることが可能な撮像システムを提供することができる。   According to the present invention, there is provided an imaging system capable of obtaining a seamless moving image and a high-quality still image even when still image shooting is performed during moving image shooting using an imaging element having a large number of pixels. can do.

実施例1における撮像素子の概略構造を示す図である。1 is a diagram illustrating a schematic structure of an image pickup element in Embodiment 1. FIG. 実施例1におけるデータバス構成の一例を説明する図である。3 is a diagram illustrating an example of a data bus configuration in Embodiment 1. FIG. 実施例1における画素、カラムADCブロックの構成を示す図である。3 is a diagram illustrating a configuration of a pixel and column ADC block in Embodiment 1. FIG. 実施例1における撮像素子の積層構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a stacked configuration of an image sensor in Example 1. 実施例1における撮像素子の断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of an image sensor in Example 1. 実施例1における撮像システムのシステム概要図である。1 is a system overview diagram of an imaging system in Embodiment 1. FIG. 実施例1おける撮影シーケンスのフローチャートである。3 is a flowchart of a shooting sequence in Embodiment 1. 実施例における画像のリサイズ処理を示す図である。It is a figure which shows the resizing process of the image in an Example. 実施例1における画像データサイズ変更処理の概要を説明する図である。FIG. 6 is a diagram illustrating an overview of image data size change processing in the first embodiment. 実施例1における画像データサイズ変更処理の概要を説明する図である。FIG. 6 is a diagram illustrating an overview of image data size change processing in the first embodiment. 実施例2、3における撮影シーケンスのフローチャートである。6 is a flowchart of an imaging sequence in Examples 2 and 3. 実施例2における画像データサイズ変更処理の概要を説明する図である。FIG. 10 is a diagram for explaining an overview of image data size change processing in Embodiment 2. 実施例3における画像データサイズ変更処理の概要を説明する図である。FIG. 10 is a diagram for explaining an overview of an image data size change process in Embodiment 3. 一般的な撮像装置の構成を示す図である。1 is a diagram illustrating a configuration of a general imaging device.

(実施例1)
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面を用いて詳細に説明する。実施例1では、動画撮影中に静止画を撮影することが可能な撮影モードを有する撮像システムについて説明する。なお、本実施例では、撮像素子は常に全画素読み出しモードにて撮影動作を行い、動画、静止画ともにこの全画素読み出しモードにて駆動して出力された画像信号から作成する方法を例に示す。
Example 1
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the first embodiment, an imaging system having a shooting mode capable of shooting a still image during moving image shooting will be described. In this embodiment, the image pickup device always performs a shooting operation in the all-pixel readout mode, and shows an example of a method for creating both moving images and still images from the image signals output by driving in the all-pixel readout mode. .

図1は、本発明の実施例1における撮像素子の概略をブロック図として示したものである。   FIG. 1 is a block diagram showing an outline of an image sensor according to Embodiment 1 of the present invention.

撮像素子506は、第1のチップ(第1の半導体基板)10および第2のチップ(第2の半導体基板)11を有しており、第2のチップ11と第1のチップ10がお互いに積層されている。第1のチップ10は、マトリックス状に配列された複数の画素101からなる画素部を有し、第2のチップ11に対して光入射側(光学像の受光側)に配置されている。   The imaging element 506 includes a first chip (first semiconductor substrate) 10 and a second chip (second semiconductor substrate) 11, and the second chip 11 and the first chip 10 are mutually connected. Are stacked. The first chip 10 has a pixel portion composed of a plurality of pixels 101 arranged in a matrix, and is arranged on the light incident side (light receiving side of the optical image) with respect to the second chip 11.

第1のチップ10の画素部において、マトリックス状に配列された複数の画素101は行毎に転送信号線103、リセット信号線104、および行選択信号線105にそれぞれ接続され、列毎に複数の列出力線102に接続されている。なお、各列に配置された複数の列出力線102の各々には、同列の異なる読み出し行に配置された画素が接続される。   In the pixel portion of the first chip 10, the plurality of pixels 101 arranged in a matrix are connected to the transfer signal line 103, the reset signal line 104, and the row selection signal line 105 for each row, and a plurality of pixels 101 for each column. It is connected to the column output line 102. Each of the plurality of column output lines 102 arranged in each column is connected to pixels arranged in different readout rows in the same column.

第2のチップ11は、列毎に設けられた複数のAD変換器(以下、ADCと表記)111、行走査回路112、列走査回路113、タイミング制御回路114を有する。さらに、第2のチップ11は、切り替えスイッチ116、フレームメモリ117、素子内演算部118、パラレル・シリアル変換部(以下、P/S変換部と表記する)119等を有する。タイミング制御回路114は、全体制御演算部509により駆動制御される。   The second chip 11 includes a plurality of AD converters (hereinafter referred to as ADC) 111, a row scanning circuit 112, a column scanning circuit 113, and a timing control circuit 114 provided for each column. Further, the second chip 11 includes a changeover switch 116, a frame memory 117, an in-element calculation unit 118, a parallel / serial conversion unit (hereinafter referred to as a P / S conversion unit) 119, and the like. The timing control circuit 114 is driven and controlled by the overall control calculation unit 509.

このように、第1のチップ10に画素部を形成し、第2のチップ11に画素部の駆動回路やメモリ、演算部等を形成することで、撮像素子506の撮像層と回路層とで製造プロセスを分けることができる。そして、回路層における配線の細線化、高密度化による高速化、小型化、および高機能化を図ることができる。   In this manner, the pixel portion is formed in the first chip 10, and the driver circuit, the memory, the arithmetic unit, and the like of the pixel portion are formed in the second chip 11, so that the imaging layer and the circuit layer of the imaging element 506 are formed. The manufacturing process can be divided. In addition, it is possible to achieve high speed, downsizing, and high functionality by thinning and high density wiring in the circuit layer.

切り替えスイッチ116は、チャンネル毎に設けられた水平信号線115−a、水平信号線115−bから出力される各チャンネルのデジタル画像データを素子内演算部118に選択的に入力する。素子内演算部118は、各チャンネルの画像データを並び替えて1フレームの画像データを生成し、順次フレームメモリ117に出力する。フレームメモリ117は、出力された少なくとも1フレーム分のデジタル画像データを一時的に記憶する。   The changeover switch 116 selectively inputs the digital image data of each channel output from the horizontal signal line 115-a and horizontal signal line 115-b provided for each channel to the in-element computing unit 118. The intra-element computing unit 118 rearranges the image data of each channel to generate one frame of image data, and sequentially outputs it to the frame memory 117. The frame memory 117 temporarily stores the output digital image data for at least one frame.

素子内演算部118は、フレームメモリ117に記憶された1フレームのデジタル画像データに対し、切り出し、間引き等の演算処理を行う。詳細は後述する。素子内演算部118で処理された1フレームのデジタル画像データは、P/S変換部119においてパラレル・シリアル変換を行い、撮像素子506の外部にある撮像信号処理回路507へと出力される。   The in-element calculation unit 118 performs calculation processing such as cutout and thinning on one frame of digital image data stored in the frame memory 117. Details will be described later. One frame of digital image data processed by the in-element calculation unit 118 is subjected to parallel / serial conversion by the P / S conversion unit 119 and is output to the image signal processing circuit 507 outside the image sensor 506.

ここで、水平信号線115−a、水平信号線115−b、切り替えスイッチ116、素子内演算部118、フレームメモリ117の間の信号転送経路は、同一チップ内に形成されるデジタル信号ラインである。そのため、水平読み出し期間内に全ての水平データの転送が完結するように、必要なデータバス幅を確保して高速化を図ることができる。   Here, the signal transfer path among the horizontal signal line 115-a, the horizontal signal line 115-b, the changeover switch 116, the in-element arithmetic unit 118, and the frame memory 117 is a digital signal line formed in the same chip. . Therefore, it is possible to secure the necessary data bus width and increase the speed so that the transfer of all the horizontal data is completed within the horizontal reading period.

図2は、第2のチップ11におけるADC111からP/S変換部119までのデータバス構成の一例を説明する図である。図2に示すように、第2のチップ11において、ADC111と素子内演算部118の間には、ADC111のデジタル変換出力を一時的に保持する列メモリ111aが設けられている。なお、図2では切り替えスイッチ116は省略されている。   FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a data bus configuration from the ADC 111 to the P / S conversion unit 119 in the second chip 11. As shown in FIG. 2, in the second chip 11, a column memory 111 a that temporarily holds the digital conversion output of the ADC 111 is provided between the ADC 111 and the in-element operation unit 118. In FIG. 2, the selector switch 116 is omitted.

列走査回路113からの制御信号に応じて各列に設けられた列メモリ111aに保持されている画像データは、水平転送回路115内に16チャンネル設けられた水平信号線115−a,115−bに振り分けられて並列に出力される。水平信号線115−a,115−bに出力された画像データは、素子内演算部118内のメモリI/F回路を経由してフレームメモリ117に入力される。   Image data held in the column memory 111a provided in each column in accordance with a control signal from the column scanning circuit 113 is converted into horizontal signal lines 115-a and 115-b provided in 16 channels in the horizontal transfer circuit 115. Are output in parallel. The image data output to the horizontal signal lines 115-a and 115-b is input to the frame memory 117 via the memory I / F circuit in the in-element arithmetic unit 118.

例えば、8K4K(水平8000画素、垂直4000画素)の32Mピクセルの画像データがADC111から出力される場合について説明する。32Mピクセルの画像データをフレームレート60fpsで読み出した場合に必要なデータバス帯域は、1920Mピクセル/secである。   For example, a case where image data of 32M pixels of 8K4K (horizontal 8000 pixels, vertical 4000 pixels) is output from the ADC 111 will be described. The required data bus bandwidth when image data of 32 M pixels is read out at a frame rate of 60 fps is 1920 M pixels / sec.

ここで、水平転送回路115に設けられた16チャンネルの水平信号線115−a,115−bの各々の転送容量が12bitである場合、転送可能な周波数120MHzまで転送容量を落とす必要がある。列走査回路113からの制御信号により順次、列メモリの選択が行われ、水平転送回路115の1チャンネルあたり120Mピクセル/secの画像データが16チャンネルで並列に読み出される。   Here, when the transfer capacity of each of the 16-channel horizontal signal lines 115-a and 115-b provided in the horizontal transfer circuit 115 is 12 bits, it is necessary to reduce the transfer capacity to a transferable frequency of 120 MHz. The column memory is sequentially selected by a control signal from the column scanning circuit 113, and image data of 120M pixels / sec per channel of the horizontal transfer circuit 115 is read in parallel by 16 channels.

水平転送回路115から素子内演算部118を経由してフレームメモリ117へ入力された画像データは、フレームメモリから所定エリアのデータが部分的に読み出されて、再び、素子内演算部118に入力される。例えば、フレームメモリ117から出力された画像データは、素子内演算部118内の縮小変倍回路により1/16倍の画像サイズに縮小される。その場合に必要となるデータバス帯域は、120Mピクセル/secまで低減される。これは、フルHDサイズ(2Mピクセル)の画像データを60fpsで読み出す場合に相当するデータ転送容量である。   The image data input from the horizontal transfer circuit 115 to the frame memory 117 via the in-element operation unit 118 is partially read out from the frame memory and input to the in-element operation unit 118 again. Is done. For example, the image data output from the frame memory 117 is reduced to an image size of 1/16 times by the reduction scaling circuit in the in-element arithmetic unit 118. The data bus bandwidth required in that case is reduced to 120 Mpixel / sec. This is a data transfer capacity corresponding to the case of reading full HD size (2M pixels) image data at 60 fps.

データバス帯域が低減されて素子内演算部118から出力された画像データは、P/S変換部119で、最大シリアル転送容量1Gbpsを超えないように、720Mbpsの2チャンネル構成でシリアル信号に変換されて出力される。   The image data output from the in-element operation unit 118 with the data bus band reduced is converted into a serial signal by the P / S conversion unit 119 in a two-channel configuration of 720 Mbps so as not to exceed the maximum serial transfer capacity of 1 Gbps. Is output.

このように、第2のチップ11内にADC111、素子内演算部118、フレームメモリ117を設けることにより、第2のチップ11内で画像データの処理に必要な広いデータバス帯域を確保し、ADC111からフレームメモリ117までの転送速度の高速化を実現しつつ、撮像素子外に転送可能なシリアル転送容量で高画質な動画を出力することができる。   As described above, by providing the ADC 111, the in-element operation unit 118, and the frame memory 117 in the second chip 11, a wide data bus band necessary for processing image data is secured in the second chip 11, and the ADC 111. The high-speed moving image can be output with the serial transfer capacity that can be transferred to the outside of the image sensor while realizing the high transfer rate from the frame memory 117 to the frame memory 117.

図3は、本実施例における撮像素子506の画素部の各画素101及びADC111の詳細な構成を示した図である。図1及び図3を用いて、実施例1における撮像素子の動作の概略を説明する。   FIG. 3 is a diagram illustrating a detailed configuration of each pixel 101 and ADC 111 of the pixel portion of the image sensor 506 in the present embodiment. The outline of the operation of the image sensor according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 3.

フォトダイオード(以下、PDと表記する)201は、受光した入射光をその光量に応じた電荷量の光電荷(ここでは、電子)に光電変換する。PD201のカソードは、転送トランジスタ202を介して増幅トランジスタ204のゲートと電気的に接続されている。この増幅トランジスタ204のゲートと電気的に接続されたノードは、フローティングディフュージョン(以下、FDと表記する)部206を構成する。   A photodiode (hereinafter referred to as PD) 201 photoelectrically converts received incident light into photocharge (here, electrons) having a charge amount corresponding to the amount of light. The cathode of the PD 201 is electrically connected to the gate of the amplification transistor 204 through the transfer transistor 202. A node electrically connected to the gate of the amplification transistor 204 forms a floating diffusion (hereinafter referred to as FD) unit 206.

転送トランジスタ202は、PD201のカソードとFD部206との間に設けられ、ゲートに図1の転送信号線103を介して転送パルスφTRGが供給されることによってオン状態となる。そして、PD201で光電変換された光電荷をFD部206に転送する。   The transfer transistor 202 is provided between the cathode of the PD 201 and the FD unit 206, and is turned on when a transfer pulse φTRG is supplied to the gate via the transfer signal line 103 in FIG. Then, the photoelectric charge photoelectrically converted by the PD 201 is transferred to the FD unit 206.

リセットトランジスタ203は、ドレインが画素電源Vddに、ソースがFD部206にそれぞれ接続され、ゲートに図1のリセット信号線104を介してリセットパルスφRSTが供給されることによってオン状態となる。そして、PD201からFD部206への信号電荷の転送に先立って、FD部206の電荷を画素電源Vddに捨てることによって当該FD部206をリセットする。   The reset transistor 203 is turned on when the drain is connected to the pixel power source Vdd, the source is connected to the FD unit 206, and the reset pulse φRST is supplied to the gate via the reset signal line 104 in FIG. Prior to the transfer of the signal charge from the PD 201 to the FD unit 206, the FD unit 206 is reset by discarding the charge of the FD unit 206 to the pixel power supply Vdd.

増幅トランジスタ204は、ゲートがFD部206に、ドレインが画素電源Vddにそれぞれ接続され、リセットトランジスタ203によってリセットした後のFD部206の電位をリセットレベルとして出力する。さらに、増幅トランジスタ204は、転送トランジスタ202によってPD201の信号電荷を転送した後のFD部206の電位を信号レベルとして出力する。   The amplification transistor 204 has a gate connected to the FD unit 206 and a drain connected to the pixel power supply Vdd, and outputs the potential of the FD unit 206 after being reset by the reset transistor 203 as a reset level. Further, the amplification transistor 204 outputs the potential of the FD unit 206 after transferring the signal charge of the PD 201 by the transfer transistor 202 as a signal level.

選択トランジスタ205は、例えば、ドレインが増幅トランジスタ204のソースに、ソースが列出力線102にそれぞれ接続される。そして、ゲートに図1の行選択信号線105を介して選択パルスφSELが与えられることによってオン状態となり、画素101を選択状態として増幅トランジスタ204により増幅される信号を列出力線102に出力する。   For example, the selection transistor 205 has a drain connected to the source of the amplification transistor 204 and a source connected to the column output line 102. When the selection pulse φSEL is applied to the gate via the row selection signal line 105 in FIG. 1, the pixel 101 is turned on, and a signal amplified by the amplification transistor 204 is output to the column output line 102.

なお、この選択トランジスタ205については、画素電源Vddと増幅トランジスタ204のドレインとの間に接続した回路構成を採ることも可能である。トランジスタ202〜205として、例えばNチャネルのMOSトランジスタを用いることができる。また、画素101としては、上記した4つのトランジスタを備えた構成に限られるものではなく、増幅トランジスタ204と選択トランジスタ205を1つのトランジスタで兼用した3つのトランジスタを備えた構成等であっても良い。   The selection transistor 205 may have a circuit configuration connected between the pixel power supply Vdd and the drain of the amplification transistor 204. As the transistors 202 to 205, for example, N-channel MOS transistors can be used. Further, the pixel 101 is not limited to the configuration including the four transistors described above, and may include a configuration including three transistors in which the amplification transistor 204 and the selection transistor 205 are combined into one transistor. .

また、画素101から列出力線102を介して出力されるアナログ画像信号は、ADC111に伝送される。ADC111は、比較器211、アップダウンカウンタ212、メモリ213、DAコンバータ(以下、DACと表記する)214を有する。   An analog image signal output from the pixel 101 via the column output line 102 is transmitted to the ADC 111. The ADC 111 includes a comparator 211, an up / down counter 212, a memory 213, and a DA converter (hereinafter referred to as DAC) 214.

比較器211は、一対の入力端子を備え、その一方に列出力線102が接続され、他方にDAC214が接続される。比較器211の出力端子は、アップダウンカウンタ212に接続される。図1のタイミング制御回路114は、全体制御演算部509からの指令に基づきDAC214へ基準信号を出力する。   The comparator 211 includes a pair of input terminals, one of which is connected to the column output line 102 and the other is connected to the DAC 214. The output terminal of the comparator 211 is connected to the up / down counter 212. The timing control circuit 114 of FIG. 1 outputs a reference signal to the DAC 214 based on a command from the overall control calculation unit 509.

DAC214は、図1のタイミング制御回路114から入力される基準信号に基づいて、時間の経過とともにレベルが変化するランプ信号を出力する。そして、比較器211は、DAC214から入力されるランプ信号のレベルと、列出力線102から入力される画像信号のレベルとを比較する。   The DAC 214 outputs a ramp signal whose level changes with time based on the reference signal input from the timing control circuit 114 of FIG. The comparator 211 compares the level of the ramp signal input from the DAC 214 with the level of the image signal input from the column output line 102.

例えば、比較器211は、画像信号のレベルがランプ信号のレベルより低い場合にはハイレベルの比較信号を出力し、画像信号のレベルがランプ信号のレベルより高い場合にはローレベルの比較信号を出力する。アップダウンカウンタ212は、比較信号がハイレベルとなる期間、またはローレベルとなる期間をカウントする。このカウント処理により、各画素101の出力信号はデジタル値へ変換される。   For example, the comparator 211 outputs a high-level comparison signal when the level of the image signal is lower than the level of the ramp signal, and outputs a low-level comparison signal when the level of the image signal is higher than the level of the ramp signal. Output. The up / down counter 212 counts a period during which the comparison signal is at a high level or a period during which the comparison signal is at a low level. By this counting process, the output signal of each pixel 101 is converted into a digital value.

なお、比較器211とアップダウンカウンタ212との間にアンド回路を設け、このアンド回路にパルス信号を入力し、このパルス信号の個数をアップダウンカウンタ212によりカウントさせてもよい。   Note that an AND circuit may be provided between the comparator 211 and the up / down counter 212, a pulse signal may be input to the AND circuit, and the number of the pulse signals may be counted by the up / down counter 212.

また、ADC111は、画素101のリセット解除時のリセット信号に基づいてリセットレベルに対応したカウント値をカウントし、さらに所定の撮像時間経過後の光信号に基づいてカウント値をカウントしてもよい。そして、これらの光信号のカウント値とリセット信号のカウント値の差分値をメモリ213に記憶させてもよい。   Further, the ADC 111 may count a count value corresponding to the reset level based on a reset signal when the pixel 101 is reset, and may further count the count value based on an optical signal after a predetermined imaging time has elapsed. Then, the difference value between the count value of the optical signal and the count value of the reset signal may be stored in the memory 213.

メモリ213は、アップダウンカウンタ212と接続され、アップダウンカウンタ212によりカウントされたカウント値を記憶する。メモリ213に記憶されたカウント値がデジタル画像データとして、図1の列走査回路113の駆動制御により図1の水平信号線115−a、水平信号線115−bに伝送される。   The memory 213 is connected to the up / down counter 212 and stores the count value counted by the up / down counter 212. The count value stored in the memory 213 is transmitted as digital image data to the horizontal signal line 115-a and the horizontal signal line 115-b in FIG. 1 by driving control of the column scanning circuit 113 in FIG.

図4は、図1を用いて説明した実施例1に係る撮像素子506の外形構成を示す。図4(a)は、撮像素子506を光の入射する側から見た斜視図、図4(b)は、撮像素子506の断面図を示している。   FIG. 4 shows an outer configuration of the image sensor 506 according to the first embodiment described with reference to FIG. 4A is a perspective view of the image sensor 506 viewed from the light incident side, and FIG. 4B is a cross-sectional view of the image sensor 506.

撮像素子506は、第1のチップ(撮像層)10と第2のチップ(回路層)11により構成される。第1のチップ10と第2のチップ11は、それぞれのチップに設けられている複数のマイクロパッド302を、複数のマイクロバンプ301を介して電気的に接続して一体化させる。すなわち、第1のチップ10と第2のチップ11は、複数のマクロバンプ101および複数のマイクロパッド302を介して電気的に直接接続されている。なお、マクロパッドおよびマイクロパッド以外を用いた方法により、第1のチップ10と第2のチップ11が電気的に直接接続されるように構成してもかまわない。   The image sensor 506 includes a first chip (imaging layer) 10 and a second chip (circuit layer) 11. The first chip 10 and the second chip 11 are integrated by electrically connecting a plurality of micropads 302 provided on each chip via a plurality of microbumps 301. That is, the first chip 10 and the second chip 11 are electrically directly connected via the plurality of macro bumps 101 and the plurality of micro pads 302. Note that the first chip 10 and the second chip 11 may be configured to be electrically directly connected by a method using other than the macro pad and the micro pad.

図5に、図1〜図4で示した実施例1に係る撮像素子506の断面構造の詳細を示す。図5において、撮像層401が第1のチップ10に対応し、回路層402が第2のチップ11に対応する。   FIG. 5 shows details of the cross-sectional structure of the image sensor 506 according to the first embodiment shown in FIGS. In FIG. 5, the imaging layer 401 corresponds to the first chip 10, and the circuit layer 402 corresponds to the second chip 11.

撮像層401においては、シリコン(以下、Siと表記する)基板403上に配線層404が形成されている。Si基板403には、PD201となるn型拡散領域407が形成され、PD201の表面部(配線層404との境界部)にはp+拡散領域408が形成されている。   In the imaging layer 401, a wiring layer 404 is formed on a silicon (hereinafter referred to as Si) substrate 403. In the Si substrate 403, an n-type diffusion region 407 to be the PD 201 is formed, and a p + diffusion region 408 is formed in a surface portion of the PD 201 (a boundary portion with the wiring layer 404).

Si基板403には、その表面部にFD部206となるn+拡散領域409、スイッチ用トランジスタのn+拡散領域410が複数形成されている。配線層404には、SiO2等からなる絶縁層内に、各トランジスタのゲート配線411、信号伝搬用配線412が形成され、さらにその表面部にはCu等からなるマイクロパッド302aが形成されている。   In the Si substrate 403, a plurality of n + diffusion regions 409 to be FD portions 206 and n + diffusion regions 410 for switching transistors are formed on the surface portion. In the wiring layer 404, a gate wiring 411 and a signal propagation wiring 412 of each transistor are formed in an insulating layer made of SiO 2 or the like, and a micropad 302a made of Cu or the like is formed on the surface thereof.

上記したn+拡散領域409、n+拡散領域410とトランジスタのゲート配線411により転送トランジスタ202、リセットトランジスタ203、増幅トランジスタ204、選択トランジスタ205がそれぞれ構成される。配線層404には、n+拡散領域410をマイクロパッド302aと接続するためのビア414が形成されている。   The transfer transistor 202, the reset transistor 203, the amplification transistor 204, and the selection transistor 205 are configured by the n + diffusion region 409, the n + diffusion region 410, and the gate wiring 411 of the transistor. In the wiring layer 404, a via 414 for connecting the n + diffusion region 410 to the micropad 302a is formed.

回路層402においては、Si基板405上に配線層406が形成されている。Si基板405には、表面部にトランジスタ拡散領域416が複数形成されている。配線層406には、SiO2等からなる絶縁層内に、各トランジスタのゲート配線417、信号伝搬用配線418が複数形成され、さらにその表面部にはCu等からなるマイクロパッド302bが形成されている。   In the circuit layer 402, a wiring layer 406 is formed on the Si substrate 405. A plurality of transistor diffusion regions 416 are formed on the surface portion of the Si substrate 405. In the wiring layer 406, a plurality of gate wirings 417 and signal propagation wirings 418 of each transistor are formed in an insulating layer made of SiO 2 or the like, and a micropad 302b made of Cu or the like is formed on the surface portion thereof. .

回路層402に形成されたトランジスタ拡散領域416やトランジスタのゲート配線417、信号伝搬用配線418などにより各種回路が構成される。回路断面の詳細については、説明を省略する。配線層406には、拡散領域416等をマイクロパッド302bと接続するためのビア420が形成されている。   Various circuits are constituted by the transistor diffusion region 416 formed in the circuit layer 402, the gate wiring 417 of the transistor, the signal propagation wiring 418, and the like. Description of the circuit cross section is omitted. In the wiring layer 406, a via 420 for connecting the diffusion region 416 and the like to the micropad 302b is formed.

撮像層401の配線層404に形成されたマイクロパッド302aと、回路層402の配線層406に形成されたマイクロパッド302bは、マイクロバンプ301により互いに電気的に接続されている。なお、図5では撮像層401、回路層402を接続端子としてマイクロバンプ301を用いて接続する構成例を示したが、マイクロバンプを用いずに直接接続することも可能である。   The micropad 302 a formed on the wiring layer 404 of the imaging layer 401 and the micropad 302 b formed on the wiring layer 406 of the circuit layer 402 are electrically connected to each other by a microbump 301. Note that although FIG. 5 illustrates a configuration example in which the imaging layer 401 and the circuit layer 402 are connected using the micro bumps 301 as connection terminals, direct connection without using the micro bumps is also possible.

図6は、図1〜5で説明した撮像素子を用いた撮像装置のシステム概要図である。レンズ部501を通った被写体像は絞り504により適切な光量に調整され、図1〜図5に示した構成を有する撮像素子506上の撮像面に結像される。   FIG. 6 is a system schematic diagram of an image pickup apparatus using the image pickup device described with reference to FIGS. The subject image that has passed through the lens unit 501 is adjusted to an appropriate amount of light by the diaphragm 504 and formed on the imaging surface on the imaging device 506 having the configuration shown in FIGS.

撮像素子506上の撮像面に結像された被写体像は、撮像素子506のPD201により光電変換され、さらに画素内アンプや画素101とADC111の間に設けた列アンプによるゲイン調整が行われる。そして、ADC111を用いてアナログ信号からデジタル信号にA/D変換処理が行われ、R、G、Bの各色のデジタル画像信号として撮像信号処理回路507に取り込まれる。   The subject image formed on the imaging surface on the image sensor 506 is photoelectrically converted by the PD 201 of the image sensor 506, and gain adjustment is performed by an intra-pixel amplifier or a column amplifier provided between the pixel 101 and the ADC 111. Then, A / D conversion processing is performed from an analog signal to a digital signal using the ADC 111, and is taken into the imaging signal processing circuit 507 as digital image signals of R, G, and B colors.

撮像信号処理回路507では、ノイズを軽減するローパスフィルタ処理やシェーディング補正などの各種補正処理、ホワイトバランス調整処理などの画像信号処理、さらに画像データの圧縮処理等を行う。なお、これらの処理を行う撮像信号処理回路507を積層構造の撮像素子506に内蔵するように構成してもかまわない。   The imaging signal processing circuit 507 performs various correction processes such as low-pass filter processing for reducing noise and shading correction, image signal processing such as white balance adjustment processing, and image data compression processing. Note that the imaging signal processing circuit 507 for performing these processes may be built in the imaging element 506 having a laminated structure.

レンズ部501は、レンズ駆動部502によって駆動されることにより、ズーム、フォーカス等が制御される。メカニカルシャッタ(メカシャッタ)503、絞り504は、シャッタ・絞り駆動部505によって駆動制御される。   The lens unit 501 is driven by the lens driving unit 502 to control zoom, focus, and the like. The mechanical shutter (mechanical shutter) 503 and the diaphragm 504 are driven and controlled by a shutter / diaphragm driving unit 505.

全体制御演算部509は、撮像装置全体の制御と各種演算処理を行う。第1のメモリ部508は、画像データを一時的に記憶する。半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体512は、画像データを記録する。記録媒体制御インターフェース部510は、記録媒体512に画像データを記録し、または記録媒体512に記録された画像データを読み出す。なお、全体制御演算部509を積層構造の撮像素子506に内蔵するように構成してもかまわない。   The overall control calculation unit 509 performs overall control of the imaging apparatus and various calculation processes. The first memory unit 508 temporarily stores image data. A removable recording medium 512 such as a semiconductor memory records image data. The recording medium control interface unit 510 records image data on the recording medium 512 or reads out image data recorded on the recording medium 512. Note that the overall control calculation unit 509 may be built in the imaging element 506 having a laminated structure.

表示部511は、画像データ等の表示を行う。外部インターフェース部513は、外部コンピュータ等と通信を行うためのインターフェース部である。第2のメモリ部514は、全体制御演算部509での演算結果やパラメータ等を一時的に記憶する。操作部515によりユーザーが設定した撮像装置の駆動条件に関する情報は、全体制御演算部509に送られ、これらの情報に基づいて撮像装置全体の制御が行われる。   A display unit 511 displays image data and the like. The external interface unit 513 is an interface unit for communicating with an external computer or the like. The second memory unit 514 temporarily stores calculation results, parameters, and the like in the overall control calculation unit 509. Information regarding the driving conditions of the imaging apparatus set by the user via the operation unit 515 is sent to the overall control calculation unit 509, and the overall imaging apparatus is controlled based on these pieces of information.

次に、図1、図3、図7を用いて、本実施例における撮像システムの動作手順について説明する。   Next, the operation procedure of the imaging system in the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1, 3, and 7.

図7は、実施例1の撮像システムにおける動画撮影中に静止画を撮影して記録することが可能な撮影モードの撮影シーケンスを示すフローチャートである。また、図9は、本実施例において、複数フレームの動画撮影中に1フレームの静止画撮影を行なう場合に、撮像素子506を全画素読み出しモードで駆動することで得られる画像データから動画および静止画を生成する方法について説明する図である。   FIG. 7 is a flowchart illustrating a shooting sequence in a shooting mode in which a still image can be shot and recorded during moving image shooting in the imaging system of the first embodiment. FIG. 9 shows a moving image and a still image from image data obtained by driving the image sensor 506 in the all-pixel reading mode when shooting a still image of one frame during shooting of a plurality of frames of moving images. It is a figure explaining the method to produce | generate an image.

ステップS601では、全体制御演算部509において、操作部515からユーザーが入力した設定に基づき各種パラメータを初期化する。そして、初期化したパラメータを第2のメモリ部514に記録する。   In step S601, the overall control calculation unit 509 initializes various parameters based on settings input by the user from the operation unit 515. Then, the initialized parameters are recorded in the second memory unit 514.

ステップS602では、撮影した被写体像の画像をリアルタイムで表示部511へ表示させるモニターモードで撮像システムを駆動する。具体的には、複数の画素を混合または一部の画素を間引いて画像信号を読み出す混合/間引きモードで撮像素子506を駆動して画像信号を読み出す。そして、読み出した画像信号に対して撮像信号処理回路507において各種信号処理を施してから表示部511に表示する。   In step S602, the imaging system is driven in a monitor mode in which a captured subject image is displayed on the display unit 511 in real time. Specifically, the image signal is read out by driving the image sensor 506 in a mixed / thinning mode in which a plurality of pixels are mixed or a part of the pixels is thinned out and an image signal is read out. The read image signal is subjected to various signal processing in the imaging signal processing circuit 507 and then displayed on the display unit 511.

また、モニターモード駆動時には、適宜、撮像素子506から読み出した画像信号に基づいて自動露出調節(AE)制御のための測光動作や自動焦点調節(AF)制御のための測距動作を行う。そして、撮像信号処理回路507は、測光結果に基づいて被写体の明るさを測定し、撮影した画像が適切な明るさになるような絞り値Av、シャッタ速度Tvを算出する。また、測距結果に基づいて被写体像の焦点距離を算出する。   When the monitor mode is driven, a photometric operation for automatic exposure adjustment (AE) control and a distance measurement operation for automatic focus adjustment (AF) control are appropriately performed based on the image signal read from the image sensor 506. Then, the imaging signal processing circuit 507 measures the brightness of the subject based on the photometric result, and calculates the aperture value Av and the shutter speed Tv so that the captured image has appropriate brightness. Further, the focal length of the subject image is calculated based on the distance measurement result.

ここで、撮像素子506から読み出される画像信号から得られるコントラスト情報に基づくAF制御を行っているが、撮像素子506に撮像用画素とは別に焦点検出用画素を設けてもよい。そして、焦点検出用画素から得られる位相差情報(デフォーカス量)を用いた撮像面位相差検出によるAF制御を行ってもよい。さらに、コントラストAF制御と撮像面位相差AF制御を撮影条件や被写体等に応じて適宜組み合わせて併用したり、各AF方式を切り替えるように制御してもかまわない。   Here, AF control based on contrast information obtained from an image signal read from the image sensor 506 is performed. However, a focus detection pixel may be provided in the image sensor 506 in addition to the image sensor pixel. Then, AF control may be performed by detecting the imaging surface phase difference using the phase difference information (defocus amount) obtained from the focus detection pixels. Further, the contrast AF control and the imaging surface phase difference AF control may be used in combination as appropriate according to the imaging conditions, the subject, etc., or may be controlled so as to switch each AF method.

そして、全体制御演算部509は、算出した絞り値Av、シャッタ速度Tvになるようにシャッタ・絞り駆動部505に指令を出す。また、全体制御演算部509は、算出したレンズ位置Lになるようにレンズ駆動部502に指令を出す。シャッタ・絞り駆動部505は、受け取った指令に基づいてメカシャッタ503、絞り504を駆動する。また、レンズ駆動部502は、受け取った指令に基づいてレンズ501を駆動する。なお、算出された絞り値Av、シャッタ速度Tv、レンズ位置Lをそれぞれ第2のメモリ部514へ記録する。   Then, the overall control calculation unit 509 issues a command to the shutter / aperture driving unit 505 so that the calculated aperture value Av and shutter speed Tv are obtained. The overall control calculation unit 509 issues a command to the lens driving unit 502 so that the calculated lens position L is obtained. The shutter / aperture driving unit 505 drives the mechanical shutter 503 and the aperture 504 based on the received command. The lens driving unit 502 drives the lens 501 based on the received command. The calculated aperture value Av, shutter speed Tv, and lens position L are recorded in the second memory unit 514, respectively.

なお、AE制御を行なう場合に、撮像素子506の行毎や画素毎に蓄積時間(露光時間)を異ならせたり、画像信号を増幅するゲインを異ならせることで1フレーム内の行毎や画素毎に異なる露出の画像を取得するように制御してもかまわない。このように制御することで、ダイナミックレンジの広いHDR画像を生成することができる。   When performing AE control, the accumulation time (exposure time) is varied for each row or pixel of the image sensor 506, or the gain for amplifying the image signal is varied for each row or pixel within one frame. Alternatively, it may be controlled to acquire images with different exposures. By controlling in this way, it is possible to generate an HDR image with a wide dynamic range.

ステップS603では、全体制御演算部509により操作部515にある動画撮影トリガースイッチSW_1のON/OFFを判定し、スイッチSW_1がONであればステップS604へ、OFFであれば再びステップS602へ戻る。   In step S603, the overall control calculation unit 509 determines ON / OFF of the moving image shooting trigger switch SW_1 in the operation unit 515. If the switch SW_1 is ON, the process returns to step S604, and if it is OFF, the process returns to step S602 again.

ステップS604では、撮影パラメータiを0にリセットする。   In step S604, the shooting parameter i is reset to zero.

ステップS605では、第2のメモリ部514から絞り値Av、シャッタ速度Tv、レンズ位置Lを読み出す。そして、撮像素子506から読み出された画像データと第2のメモリ部514から読み出した絞り値Av、シャッタ速度Tvに基づいて適切な明るさになる絞り値Av、シャッタ速度Tvを算出する。   In step S605, the aperture value Av, shutter speed Tv, and lens position L are read from the second memory unit 514. Then, based on the image data read from the image sensor 506, the aperture value Av read from the second memory unit 514, and the shutter speed Tv, the aperture value Av and the shutter speed Tv with appropriate brightness are calculated.

また、撮像素子506から読み出された画像データと第2のメモリ部514から読み出したレンズ位置Lから、適切な焦点距離になるレンズ位置Lを算出する。そして、算出した絞り値Av、シャッタ速度Tv、レンズ位置Lを第2のメモリ部514へ記録する。   In addition, the lens position L with an appropriate focal length is calculated from the image data read from the image sensor 506 and the lens position L read from the second memory unit 514. Then, the calculated aperture value Av, shutter speed Tv, and lens position L are recorded in the second memory unit 514.

撮影パラメータi=0である場合には、第2のメモリ部514から読み出した絞り値Av、シャッタ速度Tvを元に、ステップS606の駆動モードとステップS602での駆動モードの感度差を考慮して、絞り値Av、シャッタ速度Tvを再算出する。レンズ位置Lは、第2のメモリ部514から読み出した値を使用する。   When the shooting parameter i = 0, the sensitivity difference between the drive mode in step S606 and the drive mode in step S602 is considered based on the aperture value Av and shutter speed Tv read from the second memory unit 514. The aperture value Av and the shutter speed Tv are recalculated. The lens position L uses a value read from the second memory unit 514.

撮影パラメータi≠0である場合には、第2のメモリ部514から読み出した絞り値Av、シャッタ速度Tv、レンズ位置Lをそのまま使用する。そして、絞り値Av、シャッタ速度Tv、レンズ位置Lになるように、全体制御演算部509からレンズ駆動部502、シャッタ・絞り駆動部505に指令を出し、レンズ501、メカシャッタ503、絞り504を駆動させる。 When the shooting parameter i ≠ 0, the aperture value Av, shutter speed Tv, and lens position L read from the second memory unit 514 are used as they are. Then, the aperture value Av i, the shutter speed Tv i, so that the lens position L i, the lens driving unit 502 from the total control calculation unit 509, issues a command to the shutter diaphragm driver 505, a lens 501, a mechanical shutter 503, the diaphragm 504 is driven.

ステップS606では、ステップS602とは異なり、撮像素子506上の全ての画素から画像信号を読み出す全画素読み出しモードで撮像素子506を駆動して撮影動作を行う。撮影動作により得られた第1のデータサイズの1フレームの画像データは、素子内演算部118に送られる。   In step S606, unlike step S602, the image pickup device 506 is driven in an all-pixel read mode in which image signals are read from all the pixels on the image pickup device 506, and a shooting operation is performed. One frame of image data having the first data size obtained by the photographing operation is sent to the in-element computing unit 118.

ステップS607では、全体制御演算部509において操作部515にある静止画撮影トリガースイッチSW_2のON/OFFを判定し、スイッチSW_2がONであればステップS608へ、OFFであればステップS609へ進む。   In step S607, the overall control calculation unit 509 determines ON / OFF of the still image shooting trigger switch SW_2 in the operation unit 515. If the switch SW_2 is ON, the process proceeds to step S608, and if it is OFF, the process proceeds to step S609.

ステップS608では、素子内演算部118においてステップS606で撮影した第1のデータサイズの1フレームの画像データを複製して、静止画用の画像データとしてフレームメモリ117へ保存する。   In step S608, the in-element computing unit 118 duplicates one frame of image data of the first data size photographed in step S606 and stores it in the frame memory 117 as still image data.

ステップS609では、素子内演算部118においてオリジナルの第1のデータサイズの1フレームの画像データをリサイズし、第1のデータサイズよりもデータサイズの小さい第2のデータサイズの1フレームの動画用画像データに変換する処理を行う。   In step S609, the in-element computing unit 118 resizes one frame of original image data having the first data size, and a one frame moving image image having a second data size smaller than the first data size. Process to convert to data.

リサイズ処理では、画像データを水平方向(行方向)または垂直方向(列方向)に数行または数列おきに混合または間引く混合/間引きを行ったり、画像データの一部の領域のみを使用する領域切り出したりすることによる画像サイズの縮小処理を行う。もしくは、画像データの各画素のビットデータ量をより小さいサイズへ変更する処理等を行う。(例えば16bitから10bitへ変更する。)   In resizing processing, image data is mixed or thinned out by mixing or thinning out several rows or columns in the horizontal direction (row direction) or vertical direction (column direction), or segmenting using only a part of the image data To reduce the image size. Alternatively, processing for changing the bit data amount of each pixel of the image data to a smaller size is performed. (For example, change from 16 bits to 10 bits.)

図8に混合/間引き処理と領域切り出し処理の一例を示す。図8(a1)〜(a3)は、混合/間引き処理の一例として水平3画素混合、垂直1/3画素間引きを行う処理を示し、図8(b1)〜(b2)は、領域切り出し処理の一例を示している。   FIG. 8 shows an example of the mixing / decimation process and the area cutout process. FIGS. 8A1 to 8A3 illustrate processing for performing horizontal 3-pixel mixing and vertical 1 / 3-pixel thinning as an example of the mixing / thinning processing, and FIGS. 8B1 to 8B2 illustrate region extraction processing. An example is shown.

混合/間引き処理は、図8(a1)の第1のデータサイズの画像データに対し、図8(a2)に示す画素データのみを用いて下記式(1)〜(4)の計算を行う。そして、混合/間引き処理後のデータR‘、Gr‘、Gb‘、B‘をそれぞれ算出することにより、第2のデータサイズの画像データを生成する。
R‘=(R+R+R)/3 ・・・(式1)
Gr‘=(Gr+Gr+Gr)/3 ・・・(式2)
Gb‘=(Gb+Gb+Gb)/3 ・・・(式3)
B‘=(B+B+B)/3 ・・・(式4)
In the mixing / decimation processing, the following equations (1) to (4) are calculated using only the pixel data shown in FIG. 8 (a2) for the image data having the first data size shown in FIG. 8 (a1). Then, by calculating the data R ′, Gr ′, Gb ′, and B ′ after the mixing / thinning processing, image data having the second data size is generated.
R ′ = (R + R + R) / 3 (Formula 1)
Gr ′ = (Gr + Gr + Gr) / 3 (Expression 2)
Gb ′ = (Gb + Gb + Gb) / 3 (Expression 3)
B ′ = (B + B + B) / 3 (Formula 4)

領域切り出し処理は、図8(b1)の第1のデータサイズの画像データに対し、図8(b2)の点線で囲まれた垂直、水平の上下左右を数〜数百画素省いた領域の画素データのみを用いることにより、第2のデータサイズの画像データを生成する。   The area cut-out process is performed on pixels in an area in which vertical, horizontal, vertical and horizontal directions surrounded by dotted lines in FIG. 8 (b2) are excluded from several to several hundred pixels with respect to the image data having the first data size in FIG. 8 (b1). By using only the data, image data of the second data size is generated.

ステップS610では、ステップS609において第2のデータサイズにリサイズした画像データに対し、P/S変換部119においてパラレル/シリアル変換処理を行い、撮像信号処理回路507へ転送する。ここで、P/S変換部119から出力される画像データは、撮像素子506の出力転送容量以下となるように、データサイズやフレームレート等が設定されている。   In step S610, the P / S conversion unit 119 performs parallel / serial conversion processing on the image data resized to the second data size in step S609, and transfers the image data to the imaging signal processing circuit 507. Here, the data size, the frame rate, and the like are set so that the image data output from the P / S conversion unit 119 is less than or equal to the output transfer capacity of the image sensor 506.

ここで、第1のデータサイズの画像データの画素数が2400万画素、各画素のデータ量が12bitであるものとする。また、撮像素子506のP/S変換部119から撮像信号処理回路507までの間を8ポートで伝送するものとし、撮像素子506から撮像信号処理回路507までの間の出力転送容量は1Gbpsとする。   Here, it is assumed that the number of pixels of the image data having the first data size is 24 million pixels, and the data amount of each pixel is 12 bits. In addition, transmission from the P / S conversion unit 119 of the imaging device 506 to the imaging signal processing circuit 507 is performed with 8 ports, and an output transfer capacity between the imaging device 506 and the imaging signal processing circuit 507 is 1 Gbps. .

さらに、第2のデータサイズの画像データは、リサイズとして図8に示す水平3画素加算、垂直1/3画素間引きを実施することで得られ、その画素数が200万画素、各画素のデータ量が12bitであるものとする。ここで、動画のフレームレートが120fpsで、撮像素子506のP/S変換部119から撮像信号処理回路507までの間を8ポートで伝送する場合、360Мbps必要となる。撮像素子506から撮像信号処理回路507までの間の出力転送容量は1Gbpsであることから、十分余裕を持って動画用画像データを転送することが可能である。   Further, the image data of the second data size is obtained by performing the horizontal three-pixel addition and the vertical 1/3 pixel thinning shown in FIG. 8 as resizing, and the number of pixels is 2 million pixels, and the data amount of each pixel Is 12 bits. Here, when the frame rate of the moving image is 120 fps and transmission is performed with 8 ports from the P / S conversion unit 119 of the image sensor 506 to the image signal processing circuit 507, 360 Mbps is required. Since the output transfer capacity between the image pickup device 506 and the image pickup signal processing circuit 507 is 1 Gbps, it is possible to transfer the image data for moving image with a sufficient margin.

ステップS611では、全体制御演算部509からの指令によりステップS609においてリサイズされ、ステップS610において転送された画像データに対する各種処理が撮像信号処理回路507により施される。撮像信号処理回路507で施される各種処理としては、ノイズを低減するローパスフィルタ処理や欠陥画素補正処理、シェーディング補正処理、ホワイトバランス処理などの各種の画像信号処理、現像処理、画像データの圧縮処理等がある。そして、各種処理を施された画像データが記録媒体512に動画として記録される。   In step S611, the image signal processing circuit 507 performs various processing on the image data that has been resized in step S609 in response to a command from the overall control calculation unit 509 and transferred in step S610. Various processes performed by the imaging signal processing circuit 507 include various image signal processes such as a low-pass filter process for reducing noise, a defective pixel correction process, a shading correction process, a white balance process, a development process, and an image data compression process. Etc. Then, the image data subjected to various processes is recorded as a moving image on the recording medium 512.

ステップS612では、撮影パラメータiに1を加える。ステップS613では、全体制御演算部509によりスイッチSW_1のON/OFFを判定する。スイッチSW_1がONであれば静止画撮影指示がなされたものと判断してステップS614へ進み、OFFであればステップS605に戻る。   In step S612, 1 is added to the imaging parameter i. In step S613, the overall control calculation unit 509 determines ON / OFF of the switch SW_1. If the switch SW_1 is ON, it is determined that a still image shooting instruction has been issued, and the process proceeds to step S614. If the switch SW_1 is OFF, the process returns to step S605.

ステップS614では、ステップS608においてフレームメモリ117に保存された第1のデータサイズの静止画用画像データに対し、P/S変換部119においてパラレル/シリアル変換処理を行い、撮像信号処理回路507に転送する。   In step S614, the P / S conversion unit 119 performs parallel / serial conversion processing on the still image data having the first data size stored in the frame memory 117 in step S608, and transfers the image data to the imaging signal processing circuit 507. To do.

なお、P/S変換部119から出力される静止画用画像データは、撮像素子506の出力転送容量以下となるように、データサイズやフレームレート等が設定されている。   Note that the data size, frame rate, and the like of the still image image data output from the P / S conversion unit 119 are set so as to be less than or equal to the output transfer capacity of the image sensor 506.

ここで、第1のデータサイズの画像データの画素数は2400万画素、各画素のデータ量は12bitである。フレームレートを24fpsに設定すると、P/S変換部119から撮像信号処理回路507までの間を8ポートで伝送する場合、864Мbps必要となる。撮像素子506から撮像信号処理回路507までの間の出力転送容量は1Gbpsであることから、余裕を持って静止画用画像データを転送することが可能である。   Here, the number of pixels of the image data of the first data size is 24 million pixels, and the data amount of each pixel is 12 bits. If the frame rate is set to 24 fps, 864 Мbps is required for transmission between the P / S conversion unit 119 and the imaging signal processing circuit 507 with 8 ports. Since the output transfer capacity from the image sensor 506 to the image signal processing circuit 507 is 1 Gbps, it is possible to transfer still image data with a margin.

ステップS615では、全体制御演算部509からの指令によりステップS614において転送された第1のデータサイズの画像データに対する各種処理が撮像信号処理回路507により施される。   In step S615, the imaging signal processing circuit 507 performs various processes on the image data having the first data size transferred in step S614 in response to a command from the overall control calculation unit 509.

撮像信号処理回路507により施される各種処理としては、ノイズを低減するローパスフィルタ処理や欠陥画素補正処理、シェーディング補正処理、ホワイトバランス処理などの各種の画像信号処理、現像処理、画像データの圧縮処理等がある。そして、各種処理を施された画像データが記録媒体512に静止画として記録される。また、ステップS611において記憶媒体512に記録された動画に対し、後処理を行い所定の動画フォーマット形式で保存する。   Various processes performed by the imaging signal processing circuit 507 include various image signal processes such as a low-pass filter process for reducing noise, a defective pixel correction process, a shading correction process, a white balance process, a development process, and an image data compression process. Etc. Then, the image data subjected to various processes is recorded as a still image on the recording medium 512. Further, the moving image recorded in the storage medium 512 in step S611 is post-processed and saved in a predetermined moving image format.

以上説明したように、動画用画像データは撮像素子内で第1のデータサイズから第2のデータサイズへとデータサイズを縮小して撮像素子の後段に転送する。そして、データサイズの大きな第1のデータサイズの静止画用画像データは撮像素子内のフレームメモリに一時退避しておき、動画用画像データを転送した後に撮像素子の後段に転送する。   As described above, the moving image data is reduced in size from the first data size to the second data size in the image sensor and transferred to the subsequent stage of the image sensor. Then, the still image data with the first data size having a large data size is temporarily saved in a frame memory in the image sensor, and is transferred to the subsequent stage of the image sensor after the moving image data is transferred.

このようにすることで、画素数が大きな撮像素子を搭載した撮像システムにおいて、動画撮影中に静止画撮影を行う場合でも、高フレームレートでシームレスな動画を得ることが可能となる。また、その際に撮影する静止画も高速なシャッタ速度で撮影することが可能なため、CMOSイメージセンサ特有のローリング歪の目立たない高画質な画像を得ることが出来る。   In this way, in an imaging system equipped with an imaging device having a large number of pixels, it is possible to obtain a seamless moving image at a high frame rate even when still image shooting is performed during moving image shooting. In addition, since a still image taken at that time can be taken at a high shutter speed, a high-quality image in which the rolling distortion peculiar to the CMOS image sensor is not conspicuous can be obtained.

なお、本実施例では、図7で示したように撮像素子506を常に全画素読み出しモードで駆動することで得られる画像信号から動画および静止画を作成する方法について示した。しかしながら、図10で示すように通常は撮像素子506を水平3画素混合、垂直1/3画素間引きモードで駆動することで動画を撮影し、静止画撮影指示があった場合のみ撮像素子506を全画素読み出しモードで駆動するように制御しても良い。その場合、全画素読み出しモードで得られた第1のデータサイズの画像データをリサイズして第2のデータサイズの動画用画像データを生成するとともに、第1のデータサイズの画像データを静止画用画像データとして使用すれば良い。   In this embodiment, as shown in FIG. 7, a method of creating a moving image and a still image from an image signal obtained by always driving the image sensor 506 in the all-pixel reading mode has been described. However, as shown in FIG. 10, the image pickup device 506 is normally driven by driving the image pickup device 506 in the horizontal three-pixel mixing mode and the vertical one-third pixel thinning mode, and the image pickup device 506 is all turned on only when a still image shooting instruction is given. You may control to drive in pixel readout mode. In that case, the image data of the first data size obtained in the all-pixel read mode is resized to generate moving image data of the second data size, and the image data of the first data size is used for still images. It can be used as image data.

(実施例2)
以下、図11と図12を参照して、本発明の実施例2について説明する。実施例2では、通常の動画撮影中に高解像度な動画を撮影することが可能な撮影モードを有する撮像システムを例に示す。
(Example 2)
Hereinafter, Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIGS. 11 and 12. In the second embodiment, an imaging system having a shooting mode capable of shooting a high-resolution moving image during normal moving image shooting will be described as an example.

なお、撮像素子の構成については、実施例1の図1〜図5で示したものと同様であるため説明を省略する。また、撮像システムの概要についても、実施例1の図6で示したものと同様であるため説明を省略する。さらに、画像データのリサイズ処理についても、実施例1の図8で示したものと同様であるため、説明を省略する。   The configuration of the image sensor is the same as that shown in FIGS. The outline of the imaging system is also the same as that shown in FIG. Further, the resizing process of the image data is the same as that shown in FIG.

図11は、実施例2の撮像システムにおける撮影シーケンスを示すフローチャートである。また、図12は、本実施例において、通常の動画撮影中に高解像度動画撮影指示があった場合に、撮像素子506を全画素読み出しモードで駆動することで、高解像度の動画を生成する方法について説明する図である。   FIG. 11 is a flowchart illustrating an imaging sequence in the imaging system according to the second embodiment. FIG. 12 illustrates a method for generating a high-resolution moving image by driving the image sensor 506 in the all-pixel reading mode when a high-resolution moving image shooting instruction is given during normal moving image shooting in this embodiment. It is a figure explaining about.

ステップS1001〜ステップS1005は、それぞれ実施例1の図7で示したステップS601〜ステップS605と同様であるため説明を省略する。   Steps S1001 to S1005 are the same as steps S601 to S605 shown in FIG.

ステップS1006では、操作部515にあるスイッチSW_2を高解像度動画撮影トリガースイッチとして使用する。つまり、全体制御演算部509においてスイッチSW_2のON/OFFを判定し、スイッチSW_2がONであればステップS1007へ進み、OFFであればステップS1008へ進む。   In step S1006, the switch SW_2 in the operation unit 515 is used as a high-resolution moving image shooting trigger switch. That is, the overall control calculation unit 509 determines ON / OFF of the switch SW_2. If the switch SW_2 is ON, the process proceeds to step S1007, and if it is OFF, the process proceeds to step S1008.

ステップS1007では、第1の動画撮影モードで通常の動画を撮影するために、撮像素子506を水平3画素混合、垂直1/3画素間引きモードで駆動して撮影動作を行う。撮影動作により得られた第2のデータサイズの1フレームの画像データは、素子内演算部118を経由してP/S変換部109に送られる。   In step S1007, in order to shoot a normal moving image in the first moving image shooting mode, the image pickup device 506 is driven in a horizontal three-pixel mixing and vertical 1/3 pixel thinning mode to perform a shooting operation. One frame of image data having the second data size obtained by the photographing operation is sent to the P / S conversion unit 109 via the in-element operation unit 118.

ステップS1008では、第2の動画撮影モードで高解像度動画を撮影するために、撮像素子506を全画素読み出しモードで駆動して撮影動作を行う。撮影動作により得られた第1のデータサイズの1フレームの画像データは、素子内演算部118に送られる。   In step S1008, in order to shoot a high-resolution moving image in the second moving image shooting mode, the image pickup device 506 is driven in the all-pixel reading mode to perform a shooting operation. One frame of image data having the first data size obtained by the photographing operation is sent to the in-element computing unit 118.

ステップS1009では、素子内演算部118においてステップS1008で撮影した第1のデータサイズの1フレームの画像データを複製して、高解像度動画用画像データとしてフレームメモリ117へ保存する。また、素子内演算部118においてオリジナルの第1のデータサイズの1フレームの画像データをリサイズし、第1のデータサイズよりもデータサイズの小さい第2のデータサイズの1フレームの通常動画用画像データに変換する処理を行う。   In step S1009, one-frame image data of the first data size captured in step S1008 is duplicated in the element calculation unit 118 and stored in the frame memory 117 as high-resolution moving image data. Further, the in-element arithmetic unit 118 resizes one frame of image data having the original first data size, and one frame of normal moving image data having a second data size smaller than the first data size. Process to convert to.

ステップS1010では、ステップS1007において撮影された第2のデータサイズの画像データもしくはステップS1009において第2のデータサイズにリサイズした第2のデータサイズの画像データに対し、P/S変換部119においてパラレル/シリアル変換処理を行う。そして、撮像信号処理回路507へ転送する。   In step S1010, the P / S converter 119 performs parallel / parallel processing on the image data of the second data size captured in step S1007 or the image data of the second data size resized to the second data size in step S1009. Perform serial conversion processing. Then, the image is transferred to the imaging signal processing circuit 507.

ステップS1010でP/S変換部119から撮像信号処理回路507へ転送される第2のデータサイズの画像データの画素数が200万画素、各画素のデータ量12bitであるものとする。また、動画のフレームレートが120fpsで、撮像素子506のP/S変換部119から撮像信号処理回路507までの間を8ポートで伝送するものとし、撮像素子506から撮像信号処理回路507までの間の出力転送容量は1Gbpsとする。その場合、実施例1のステップS610で転送するデータと同様のデータサイズとなるため、十分余裕を持って通常動画用画像データを転送することが可能である。   It is assumed that the number of pixels of image data having the second data size transferred from the P / S conversion unit 119 to the imaging signal processing circuit 507 in step S1010 is 2 million pixels, and the data amount of each pixel is 12 bits. In addition, it is assumed that the frame rate of the moving image is 120 fps, the transmission from the P / S conversion unit 119 of the imaging device 506 to the imaging signal processing circuit 507 is performed with 8 ports, and the imaging device 506 to the imaging signal processing circuit 507. The output transfer capacity is 1 Gbps. In this case, since the data size is the same as the data transferred in step S610 of the first embodiment, it is possible to transfer the normal moving image image data with a sufficient margin.

ステップS1011〜ステップS1013については、それぞれ実施例1の図7で示したステップS611〜ステップS613と同様であるため、説明を省略する。   Steps S1011 to S1013 are the same as steps S611 to S613 shown in FIG.

ステップS1014では、ステップS1009においてフレームメモリ117に保存された第1のデータサイズの高解像度動画用画像データに対し、P/S変換部119においてパラレル/シリアル変換処理を行い、撮像信号処理回路507に転送する。   In step S1014, the P / S conversion unit 119 performs parallel / serial conversion processing on the high-resolution moving image image data having the first data size stored in the frame memory 117 in step S1009, and the image signal processing circuit 507 outputs the parallel / serial conversion processing. Forward.

なお、P/S変換部119から出力される高解像度動画用画像データは、撮像素子506の出力転送容量以下となるように、データサイズやフレームレートが設定されている。   Note that the data size and frame rate of the high-resolution moving image data output from the P / S conversion unit 119 are set so as to be less than or equal to the output transfer capacity of the image sensor 506.

ここで、第1のデータサイズの画像データの画素数は2400万画素、各画素のデータ量は12bitである。フレームレートを24fpsに設定すると、P/S変換部119から撮像信号処理回路507までの間を8ポートで伝送する場合、864Мbps必要となる。撮像素子506から撮像信号処理回路507までの間の出力転送容量は1Gbpsであることから、余裕を持って高解像度動画用画像データを転送することが可能である。   Here, the number of pixels of the image data of the first data size is 24 million pixels, and the data amount of each pixel is 12 bits. If the frame rate is set to 24 fps, 864 Мbps is required for transmission between the P / S conversion unit 119 and the imaging signal processing circuit 507 with 8 ports. Since the output transfer capacity between the image pickup device 506 and the image pickup signal processing circuit 507 is 1 Gbps, it is possible to transfer the high-resolution moving image data with a margin.

ステップS1015では、全体制御演算部509からの指令によりステップS1014において転送された第1のデータサイズの画像データに対する各種処理が撮像信号処理回路507により施される。   In step S1015, the imaging signal processing circuit 507 performs various processes on the image data having the first data size transferred in step S1014 according to a command from the overall control calculation unit 509.

撮像信号処理回路507により施される各種処理としては、ノイズを低減するローパスフィルタ処理や欠陥画素補正処理、シェーディング補正処理、ホワイトバランス処理などの各種の画像信号処理、現像処理、画像データの圧縮処理、後処理等がある。そして、各種処理を施された画像データが記録媒体512に記録される。ここで記録される動画は、120fpsの高フレームレートで撮像素子の全有効撮像領域(全画面)に対応した高解像度動画である。   Various processes performed by the imaging signal processing circuit 507 include various image signal processes such as a low-pass filter process for reducing noise, a defective pixel correction process, a shading correction process, a white balance process, a development process, and an image data compression process. And post-processing. Then, the image data subjected to various processes is recorded on the recording medium 512. The moving image recorded here is a high-resolution moving image corresponding to the entire effective imaging area (full screen) of the image sensor at a high frame rate of 120 fps.

また、ステップS1011において記憶媒体512に記録された動画に対しても後処理が施され、全画面の画像サイズよりも画像サイズが小さい所定の動画フォーマット形式に対応した120fpsの動画として保存される。   In addition, the moving image recorded in the storage medium 512 in step S1011 is also post-processed and stored as a 120 fps moving image corresponding to a predetermined moving image format whose image size is smaller than the image size of the entire screen.

以上説明したように、本実施例では、図12で示したように撮像素子506を水平3画素混合、垂直1/3画素間引きモードで駆動し、高解像度動画撮影指示があった場合のみ撮像素子506を全画素読み出しモードで駆動する。そして、撮像素子506を水平3画素混合、垂直1/3画素間引きモードで駆動することで得られた第2のデータサイズの画像データと、撮像素子506を全画素読み出しモードで駆動して得られた第1のデータサイズの画像データをリサイズした第2のデータサイズの画像データから通常動画を生成することができる。さらに、全画素読み出しモードで得られた第1のデータサイズの画像データから高解像度動画を生成することができる。   As described above, in this embodiment, as shown in FIG. 12, the image sensor 506 is driven in the horizontal three-pixel mixing and vertical 1/3 pixel thinning mode, and only when there is a high-resolution moving image shooting instruction. 506 is driven in the all-pixel readout mode. The image sensor 506 is obtained by driving the image sensor 506 in the all-pixel read mode and the image data of the second data size obtained by driving the image sensor 506 in the horizontal three-pixel mixing and vertical 1/3 pixel thinning mode. A normal moving image can be generated from the image data having the second data size obtained by resizing the image data having the first data size. Furthermore, a high-resolution moving image can be generated from the image data having the first data size obtained in the all-pixel reading mode.

以上のように構成することで、画素数が大きな撮像素子を搭載した撮像システムにおいて、通常の動画撮影中に高解像度動画の撮影を行う場合でも、高フレームレートでシームレスな通常動画および高解像度動画を得ることが可能となる。   By configuring as described above, even when shooting a high-resolution video during normal video shooting in an imaging system equipped with an image sensor with a large number of pixels, seamless normal video and high-resolution video at a high frame rate Can be obtained.

(実施例3)
以下、図11と図13を参照して、本発明の実施例3について説明する。実施例2では、通常の動画撮影中に高解像度な動画を撮影する方法について説明したが、本実施例3では、通常の動画撮影中に通常よりも高い(ここでは8倍)のフレームレートの高速動画を撮影する方法について説明する。
(Example 3)
Hereinafter, Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to FIGS. 11 and 13. In the second embodiment, a method of shooting a high-resolution moving image during normal moving image shooting has been described. In the third embodiment, a frame rate higher than normal (8 times here) during normal moving image shooting is used. A method for shooting a high-speed moving image will be described.

なお、撮像素子の構成、撮像システムの概要、画像データのリサイズ処理については、実施例1、2と同様であるため、説明を省略する。本実施例の撮影シーケンスのフローチャートについても、実施例2で示した図11を用いて説明する。図13は、本実施例において、通常の動画撮影中に高フレームレートの高速動画を生成する方法について説明する図である。   The configuration of the image sensor, the outline of the imaging system, and the resizing process of the image data are the same as those in the first and second embodiments, and thus the description thereof is omitted. The flowchart of the imaging sequence of this embodiment will also be described with reference to FIG. 11 shown in the second embodiment. FIG. 13 is a diagram illustrating a method for generating a high-speed moving image with a high frame rate during normal moving image shooting in the present embodiment.

ステップS1001〜ステップS1005、ステップS1007については、実施例2で説明した動画撮影中に高解像度動画を撮影する場合と同様であるため、説明を省略する。   Steps S1001 to S1005 and step S1007 are the same as those for shooting a high-resolution moving image during moving image shooting described in the second embodiment, and thus the description thereof is omitted.

ステップS1006では、操作部515にあるスイッチSW_2を高速動画撮影トリガースイッチとして使用する。つまり、全体制御演算部509においてスイッチSW_2のON/OFFを判定し、スイッチSW_2がONであればステップS1007へ進み、OFFであればステップS1008へ進む。   In step S1006, the switch SW_2 in the operation unit 515 is used as a high-speed moving image shooting trigger switch. That is, the overall control calculation unit 509 determines ON / OFF of the switch SW_2. If the switch SW_2 is ON, the process proceeds to step S1007, and if it is OFF, the process proceeds to step S1008.

ステップS1008では、第2の動画モードで高フレームレートの動画を撮影するために、撮像素子506を水平3画素混合、垂直1/3画素間引きモード、通常の8倍のフレームレートで駆動して撮影動作を行う。通常のフレームレートが120fpsであると960fpsで駆動される。撮影動作により得られた第2のデータサイズの1フレームレートの画像データは、素子内演算部118に送られる。   In step S1008, in order to shoot a high frame rate moving image in the second moving image mode, the image sensor 506 is driven with a horizontal three-pixel mixing, vertical 3 pixel thinning mode, and a frame rate that is eight times the normal shooting. Perform the action. When the normal frame rate is 120 fps, it is driven at 960 fps. Image data of one frame rate having the second data size obtained by the photographing operation is sent to the in-element computing unit 118.

ステップS1009では、素子内演算部118においてステップS1008で撮影した第2のデータサイズの画像データをそれぞれ複製して、高フレームレート動画用画像データとしてフレームメモリ117へ保存する。また、素子内演算部118においてオリジナルの第2のデータサイズの画像データに対して8フレームにつき7フレームを間引き、フレームレートを960fpsから120fpsへ1/8に落とした第2のデータサイズの画像データに変換する処理を行う。   In step S1009, the image data of the second data size captured in step S1008 is duplicated in the element calculation unit 118, and is stored in the frame memory 117 as high frame rate moving image data. In addition, the in-element computing unit 118 thins out 7 frames per 8 frames from the original image data of the second data size and reduces the frame rate from 960 fps to 120 fps to 1/8. Process to convert to.

ステップS1010では、ステップS1007において撮影された第2のデータサイズの画像データ(フレームレートは120fps)に対し、P/S変換部119においてパラレル/シリアル変換処理を行う。もしくはステップS1009において960fpsから120fpsへとフレームレートを変更された第2のデータサイズの画像データに対し、P/S変換部119においてパラレル/シリアル変換処理を行う。そして、撮像信号処理回路507へ転送する。   In step S1010, the P / S conversion unit 119 performs parallel / serial conversion processing on the image data having the second data size (the frame rate is 120 fps) captured in step S1007. Alternatively, the P / S conversion unit 119 performs parallel / serial conversion processing on the image data having the second data size whose frame rate has been changed from 960 fps to 120 fps in step S1009. Then, the image is transferred to the imaging signal processing circuit 507.

ステップS1011〜ステップS1013については実施例2と同様であるため、説明を省略する。   Steps S1011 to S1013 are the same as those in the second embodiment, and thus description thereof is omitted.

ステップS1014では、ステップS1009においてフレームメモリ117に保存された第2のデータサイズの高フレームレート動画用画像データに対し、P/S変換部119においてパラレル/シリアル変換処理を行い、撮像信号処理回路507に転送する。   In step S1014, the P / S conversion unit 119 performs parallel / serial conversion processing on the high frame rate moving image image data having the second data size stored in the frame memory 117 in step S1009, and the imaging signal processing circuit 507 is processed. Forward to.

ここで、第2のデータサイズの画像データの画素数は200万画素、各画素のデータ量は12bitであるが、960fpsで撮影されたものであることから、P/S変換部119から撮像信号処理回路507までの間を8ポートで伝送する場合、2.88Gbps必要である。そのため、撮像素子506から撮像信号処理回路507までの間の出力転送容量が1Gbpsでは、転送容量が足りないことになる。   Here, the number of pixels of the image data of the second data size is 2 million pixels, and the data amount of each pixel is 12 bits. However, since the image data was captured at 960 fps, the image signal from the P / S converter 119 When transmitting to the processing circuit 507 with 8 ports, 2.88 Gbps is required. Therefore, when the output transfer capacity between the image sensor 506 and the image signal processing circuit 507 is 1 Gbps, the transfer capacity is insufficient.

しかし、フレームレートを960fpsからその1/8である120fpsに落として撮像素子506から撮像信号処理回路507に転送するようにすれば、360Mbpsの転送容量があれば良い。ここで、撮像素子506から撮像信号処理回路507までの間の出力転送容量は1Gbps以下であることから、十分余裕を持って高フレームレート動画用画像データを転送することが可能である。   However, if the frame rate is reduced from 960 fps to 120 fps, which is 1/8 of the frame rate, and transferred from the image sensor 506 to the image signal processing circuit 507, a transfer capacity of 360 Mbps is sufficient. Here, since the output transfer capacity between the image sensor 506 and the image signal processing circuit 507 is 1 Gbps or less, it is possible to transfer the image data for high frame rate moving image with a sufficient margin.

ステップS1015では、全体制御演算部509からの指令によりステップS1014において転送された第2のデータサイズの画像データに対する各種処理が撮像信号処理回路507により施される。   In step S1015, the imaging signal processing circuit 507 performs various processes on the image data having the second data size transferred in step S1014 in response to a command from the overall control calculation unit 509.

撮像信号処理回路507により施される各種処理としては、ノイズを低減するローパスフィルタ処理や欠陥画素補正処理、シェーディング補正処理、ホワイトバランス処理などの各種の画像信号処理、現像処理、画像データの圧縮処理、後処理等がある。そして、各種処理が施された画像データが記録媒体512に記録される。ここで記録される動画は、所定の動画フォーマットに対応した再生フレームレート960fpsの高フレームレート動画である。   Various processes performed by the imaging signal processing circuit 507 include various image signal processes such as a low-pass filter process for reducing noise, a defective pixel correction process, a shading correction process, a white balance process, a development process, and an image data compression process. And post-processing. Then, the image data subjected to various processes is recorded on the recording medium 512. The moving image recorded here is a high frame rate moving image having a reproduction frame rate of 960 fps corresponding to a predetermined moving image format.

また、ステップS1011において記憶媒体512に記録された動画に対しても後処理が施され、所定の動画フォーマット形式に対応した再生フレームレート120fpsの動画として保存される。   Further, the moving image recorded in the storage medium 512 in step S1011 is also post-processed and stored as a moving image having a playback frame rate of 120 fps corresponding to a predetermined moving image format.

以上説明したように、本実施例では、図13で示したように撮像素子506を水平3画素混合、垂直1/3画素間引きモード、120fpsで駆動する。そして、高速動画撮影指示があった場合のみ撮像素子506を水平3画素混合、垂直1/3画素間引きモード、フレームレート960fpsで駆動する。   As described above, in this embodiment, as shown in FIG. 13, the image sensor 506 is driven in the horizontal three-pixel mixing mode, the vertical 1/3 pixel thinning mode, and 120 fps. Then, only when a high-speed moving image shooting instruction is given, the image sensor 506 is driven at a horizontal three-pixel mixing mode, a vertical 1/3 pixel thinning mode, and a frame rate of 960 fps.

そして、水平3画素混合、垂直1/3画素間引きモード、120fpsで撮影することで得られた第2のデータサイズの画像データと、960fpsで撮影することで得られた画像データから複数フレーム間引いて120fpsにした第2のデータサイズの画像データから通常の120fpsの動画を作成する。また、960fpsで撮影動作を行うことで得られた第2のデータサイズの画像データから960fpsの高速動画を生成することができる。   Then, a plurality of frames are thinned out from the image data of the second data size obtained by shooting at 120 fps and the image data obtained by shooting at 960 fps. A normal 120 fps moving image is created from the image data having the second data size set to 120 fps. In addition, a high-speed moving image of 960 fps can be generated from image data having the second data size obtained by performing the shooting operation at 960 fps.

以上のように構成することで、画素数が大きな撮像素子を搭載した撮像システムにおいて、通常の動画撮影中に高速動画の撮影を行う場合でも、高フレームレートでシームレスな通常動画および高速動画を得ることが可能となる。   By configuring as described above, in an imaging system equipped with an imaging device having a large number of pixels, even when shooting a high-speed movie during normal movie shooting, a seamless normal movie and a high-speed movie can be obtained at a high frame rate. It becomes possible.

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。   As mentioned above, although preferable embodiment of this invention was described, this invention is not limited to these embodiment, A various deformation | transformation and change are possible within the range of the summary.

(その他の実施例)
本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。
(Other examples)
The present invention supplies a program that realizes one or more functions of the above-described embodiments to a system or apparatus via a network or a storage medium, and one or more processors in a computer of the system or apparatus read and execute the program This process can be realized. It can also be realized by a circuit (for example, ASIC) that realizes one or more functions.

101 画素
10 第1のチップ
11 第2のチップ
117 フレームメモリ
118 素子内演算部
101 pixels 10 first chip 11 second chip 117 frame memory 118 in-element arithmetic unit

Claims (24)

入射光を受光して光電変換する撮像手段と、
前記撮像手段から出力されるアナログ画像信号をデジタル画像データに変換する複数のAD変換手段と、
前記複数のAD変換手段により変換される少なくとも1フレームのデジタル画像データを記憶する記憶手段と、
静止画用デジタル画像データから動画用デジタル画像データを生成する生成手段と、
前記静止画用デジタル画像データおよび前記動画用デジタル画像データを外部に出力する出力手段と、を有し、
前記複数のAD変換手段から前記記憶手段までの間で前記画像データがパラレルに伝送されるように構成されているとともに、
前記撮像手段を用いて動画および静止画を撮影する場合に前記静止画用デジタル画像データを前記記憶手段に記憶し、前記出力手段により前記動画用デジタル画像データを前記静止画用デジタル画像データよりも先に外部に出力することが可能なように構成したことを特徴とする撮像素子。
Imaging means for receiving incident light and performing photoelectric conversion;
A plurality of AD conversion means for converting analog image signals output from the imaging means into digital image data;
Storage means for storing digital image data of at least one frame converted by the plurality of AD conversion means;
Generating means for generating moving image digital image data from still image digital image data;
Output means for outputting the still image digital image data and the moving image digital image data to the outside ,
The image data is configured to be transmitted in parallel between the plurality of AD conversion units and the storage unit, and
When shooting a moving image and a still image using the imaging means, the still image digital image data stored in the storage means, the digital image data for the moving from the digital image data for the still image by the output means An image pickup device configured to be able to output to the outside first.
前記生成手段は、前記静止画用デジタル画像データから前記動画用デジタル画像データをリサイズして生成するためのものであることを特徴とする請求項1に記載の撮像素子。 It said generating means, the image pickup device according to claim 1, characterized in that said from still image digital image data is used to generate resize the digital image data for the moving image. 前記出力手段により前記動画用デジタル画像データを外部に出力した後で前記静止画用デジタル画像データを外部に出力可能に構成したことを特徴とする請求項1または2に記載の撮像素子。 The imaging device according to claim 1, wherein the digital image data for still image can be output to the outside after the digital image data for moving image is output to the outside by the output unit . 前記出力手段は、前記画像データをシリアル信号に変換して外部に出力することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の撮像素子。4. The image sensor according to claim 1, wherein the output unit converts the image data into a serial signal and outputs the serial signal to the outside. 5. 互いに積層されている複数の半導体基板を備え、Comprising a plurality of semiconductor substrates stacked on each other;
前記記憶手段および前記生成手段の少なくとも一方が前記撮像手段とは異なる半導体基板に設けられることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の撮像素子。5. The imaging device according to claim 1, wherein at least one of the storage unit and the generation unit is provided on a semiconductor substrate different from the imaging unit.
記記憶手段および前記生成手段がそれぞれ前記撮像手段とは異なる前記半導体基板に設けられることを特徴とする請求項に記載の撮像素子。 Before term memory means and the image pickup device according to claim 5, wherein the generating means and which are located on different said semiconductor substrate and each of said image pickup means. 入射光を受光して光電変換する撮像手段と、
前記撮像手段から出力されるアナログ画像信号をデジタル画像データに変換する複数のAD変換手段と、
前記複数のAD変換手段により変換される少なくとも1フレームのデジタル画像データを記憶する記憶手段と、
前記デジタル画像データに対する演算処理を行う演算手段と、
前記デジタル画像データを外部に出力する出力手段と、を有し、
前記複数のAD変換手段から前記記憶手段までの間で前記画像データがパラレルに伝送されるように構成されているとともに、
前記出力手段により第1のサイズの画像データおよび前記第1のサイズと異なる第2のサイズの画像データを外部に出力する場合に、前記第1のサイズの画像データを前記記憶手段に記憶してから外部に出力することが可能なように構成したことを特徴とする撮像素子。
Imaging means for receiving incident light and performing photoelectric conversion;
A plurality of AD conversion means for converting analog image signals output from the imaging means into digital image data;
Storage means for storing digital image data of at least one frame converted by the plurality of AD conversion means ;
Arithmetic means for performing arithmetic processing on the digital image data;
Output means for outputting the digital image data to the outside ,
The image data is configured to be transmitted in parallel between the plurality of AD conversion units and the storage unit, and
When the image data of the first size and the image data of the second size different from the first size are output to the outside by the output means, the image data of the first size is stored in the storage means. An image sensor that is configured to be capable of being output to the outside .
互いに積層されている複数の半導体基板を備え、Comprising a plurality of semiconductor substrates stacked on each other;
前記記憶手段および前記演算手段の少なくとも一方が前記撮像手段とは異なる半導体基板に設けられることを特徴とする請求項7に記載の撮像素子。The imaging device according to claim 7, wherein at least one of the storage unit and the calculation unit is provided on a semiconductor substrate different from the imaging unit.
記記憶手段および前記演算手段がそれぞれ前記撮像手段とは異なる前記半導体基板に設けられることを特徴とする請求項に記載の撮像素子。 Before term memory means and the image pickup device according to claim 8, wherein the calculating means and which are located on different said semiconductor substrate and each of said image pickup means. 前記演算手段は、前記第1のサイズまたは前記第2のサイズの画像データの少なくとも一方を他方のサイズに変更することを特徴とする請求項7乃至9のいずれか1項に記載の撮像素子。 The image sensor according to claim 7 , wherein the calculation unit changes at least one of the first size or the second size of image data to the other size. 前記第1のサイズまたは前記第2のサイズは、前記出力手段の転送容量以下となるように設定されることを特徴とする請求項乃至10のいずれか1項に記載の撮像素子。 The first size or the second size, the imaging device according to any one of claims 7 to 10, characterized in that it is set to be equal to or less than transfer capacity of the output means. 前記第1および第2のサイズに対して、前記出力手段の転送容量以下となるように前記画像データのフレームレートが設定されることを特徴とする請求項乃至10のいずれか1項に記載の撮像素子。 With respect to the first and second size, to any one of claims 7 to 10 frame rate of the image data to be equal to or less than transfer capacity of the output means, characterized in that it is set The imaging device described. 入射光を受光して光電変換する撮像手段と、前記撮像手段から出力されるアナログ画像信号をデジタル画像データに変換する複数のAD変換手段と、前記複数のAD変換手段により変換される少なくとも1フレームのデジタル画像データを記憶する記憶手段と、静止画用デジタル画像データから動画用デジタル画像データを生成する生成手段と、前記静止画用デジタル画像データおよび前記動画用デジタル画像データを外部に出力する出力手段と、を有する撮像素子と、
前記撮像素子から出力される画像データに所定の信号処理を施す信号処理部と、
像を表示する表示部と、
前記撮像素子、前記信号処理部、前記表示部の各々を制御する制御部と、
を有し、
前記複数のAD変換手段から前記記憶手段までの間で前記画像データがパラレルに伝送されるように構成され、
前記制御部は、前記撮像手段を用いて動画および静止画を撮影する場合に前記静止画用デジタル画像データを前記記憶手段に記憶し、前記出力手段により前記動画用デジタル画像データを前記静止画用デジタル画像データよりも先に前記撮像素子から出力することを特徴とする撮像装置。
Imaging means for receiving and photoelectrically converting incident light, a plurality of AD conversion means for converting analog image signals output from the imaging means into digital image data, and at least one frame converted by the plurality of AD conversion means Storage means for storing the digital image data, generation means for generating moving image digital image data from the still image digital image data, output for outputting the still image digital image data and the moving image digital image data to the outside An imaging device having means ;
A signal processing unit that performs predetermined signal processing on image data output from the image sensor;
A display unit for displaying the images,
A control unit for controlling each of the image sensor, the signal processing unit, and the display unit;
Have
The image data is configured to be transmitted in parallel between the plurality of AD conversion units and the storage unit,
Wherein, when shooting a moving image and a still image using the imaging means, stores digital image data for the still image in the storage means, the still image digital image data for the moving image by the output means An image pickup apparatus that outputs from the image pickup device prior to digital image data for use.
前記生成手段は、前記静止画用デジタル画像データから前記動画用デジタル画像データをリサイズして生成するためのものであることを特徴とする請求項13に記載の撮像装置。 It said generating means, the image pickup apparatus according to claim 13, wherein the the still image digital image data is used to generate resize the digital image data for the moving image. 前記出力手段により前記動画用デジタル画像データを前記撮像素子の外部に出力した後で前記静止画用デジタル画像データを前記撮像素子の外部に出力可能に構成したことを特徴とする請求項13または14に記載の撮像装置。 Claim 13 or 14, characterized by being configured to allow the output digital image data for the still image after printing the digital image data for the moving image to the outside of the image sensor to the outside of the imaging device by said output means The imaging device described in 1. 前記出力手段は、前記画像データをシリアル信号に変換して外部に出力することを特徴とする請求項13乃至15のいずれか1項に記載の撮像装置。16. The imaging apparatus according to claim 13, wherein the output unit converts the image data into a serial signal and outputs the serial signal to the outside. 前記撮像素子は、互いに積層されている複数の半導体基板を備え、The imaging device includes a plurality of semiconductor substrates stacked on each other,
前記記憶手段および前記生成手段の少なくとも一方が前記撮像手段とは異なる半導体基板に設けられることを特徴とする請求項13乃至16のいずれか1項に記載の撮像装置。17. The imaging apparatus according to claim 13, wherein at least one of the storage unit and the generation unit is provided on a semiconductor substrate different from the imaging unit.
記記憶手段および前記生成手段がそれぞれ前記撮像手段とは異なる前記半導体基板に設けられることを特徴とする請求項17に記載の撮像装置。 Before SL imaging apparatus according to claim 17, characterized in that provided in different said semiconductor substrate storage means and said generating means and each of said image pickup means. 入射光を受光して光電変換する撮像手段と、前記撮像手段から出力されるアナログ画像信号をデジタル画像データに変換する複数のAD変換手段と、前記複数のAD変換手段により変換される少なくとも1フレームのデジタル画像データを記憶する記憶手段と、前記デジタル画像データに対する演算処理を行う演算手段と、前記デジタル画像データを外部に出力する出力手段と、を有する撮像素子と、
前記撮像素子から出力される画像データに所定の信号処理を施す信号処理部と、
像を表示する表示部と、
前記撮像素子、前記信号処理部、前記表示部の各々を制御する制御部と、
を有し、
前記複数のAD変換手段から前記記憶手段までの間で前記画像データがパラレルに伝送されるように構成され、
前記制御部は、前記出力手段により第1のサイズの画像データおよび前記第1のサイズと異なる第2のサイズの画像データを前記撮像素子から出力する場合に、前記第1のサイズの画像データを前記記憶手段に記憶してから出力することを特徴とする撮像装置。
Imaging means for receiving and photoelectrically converting incident light, a plurality of AD conversion means for converting analog image signals output from the imaging means into digital image data, and at least one frame converted by the plurality of AD conversion means storage means for storing the digital image data, arithmetic means for performing arithmetic processing on the digital image data, an image pickup device and an output means for outputting the digital image data to the outside,
A signal processing unit that performs predetermined signal processing on image data output from the image sensor;
A display unit for displaying the images,
A control unit for controlling each of the image sensor, the signal processing unit, and the display unit;
Have
The image data is configured to be transmitted in parallel between the plurality of AD conversion units and the storage unit,
Wherein, when outputting the image data of a second size different from the first size image data and said first size by said output means from the imaging device, the image data of the first size An imaging apparatus that outputs the data after storing the data in the storage unit.
前記撮像素子は、互いに積層されている複数の半導体基板を備え、The imaging device includes a plurality of semiconductor substrates stacked on each other,
前記記憶手段および前記演算手段の少なくとも一方が前記撮像手段とは異なる半導体基板に設けられることを特徴とする請求項19に記載の撮像装置。The imaging apparatus according to claim 19, wherein at least one of the storage unit and the calculation unit is provided on a semiconductor substrate different from the imaging unit.
記記憶手段および前記演算手段がそれぞれ前記撮像手段とは異なる前記半導体基板に設けられることを特徴とする請求項20に記載の撮像装置。 Before SL imaging apparatus according to claim 20, characterized in that provided in different said semiconductor substrate storage means and the computing means and each of said image pickup means. 前記演算手段は、前記第1のサイズまたは前記第2のサイズの画像データの少なくとも一方を他方のサイズに変更することを特徴とする請求項19乃至21のいずれか1項に記載の撮像装置。 The imaging device according to any one of claims 19 to 21 , wherein the calculation unit changes at least one of the first size or the second size of image data to the other size. 前記第1のサイズまたは前記第2のサイズは、前記出力手段の転送容量以下となるように設定されることを特徴とする請求項19乃至22のいずれか1項に記載の撮像装置。 The first size or the second size, the imaging apparatus according to any one of claims 19 to 22, characterized in that it is set to be equal to or less than transfer capacity of the output means. 前記第1および第2のサイズに対して、前記出力手段の転送容量以下となるように前記画像データのフレームレートが設定されることを特徴とする請求項19乃至23のいずれか1項に記載の撮像装置。 With respect to the first and second size, to any one of claims 19 to 23, characterized in that the frame rate of the image data to be equal to or less than transfer capacity of the output means is set The imaging device described.
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