JP2001036920A - 撮像装置及びそれを用いた撮像システム - Google Patents
撮像装置及びそれを用いた撮像システムInfo
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Abstract
ず、なお且つ間引きによる画像劣化を避ける。 【解決手段】 複数色の信号を出力する複数の画素と、
水平方向4画素及び垂直方向4画素の16画素を1グル
ープとし、該グループから加算走査により複数の色信号
を読み出す読み出し手段とを備え、読み出し手段は、加
算前の各色の空間的色配列と、加算後の各色の空間的色
配列が同じになるように複数の画素の信号を加算する。
Description
用いた撮像システムに係り、特に複数の画素に複数色の
色フィルターが対応して配された撮像素子を備えた撮像
装置及びそれを用いた撮像システムに関する。
は動画を撮影するビデオカメラや静止画を撮影する電子
スチルカメラ等、各種映像機器で利用されている。
の撮像素子が開発され、高解像度が要求される電子スチ
ルカメラ等において実用化されているが、画素数がその
ような数百万画素を越える高解像度のカメラであって
も、動画(必ずしも高解像度である必要はない)を撮影
できることが要求される場合がある。しかしながら、そ
のような高解像度のカメラは静止画用であり、動画を撮
影することは困難である。これは画素数が多くなればそ
れに比例して撮像素子の信号を読み出すのに要する時間
が増大してしまうことによる。
影する場合には、撮像素子の信号の読み出し周波数を静
止画の場合より高くしたり、撮像素子の信号を間引く等
により実質的に画素数を少なくして読み出す技術が提案
されていた。
撮像素子の信号の読み出し周波数を切り替えて高い周波
数で読み出す技術では、要求される解像度が高くなり駆
動周波数が高くなると回路の応答性や消費電力等の実用
化の上で多くの課題がある。
出した場合、実際の情報が欠落するので必ずしもきれい
な画像は得られない。
点に着目したものであり、高精細の静止画に関しては高
画素のセンサーを全画素で読み出し、動画に関しては画
素を加算して読み出し、動画における高い読み出し速度
を必要とせず、なお且つ間引きによる画像劣化を避ける
ことができる撮像装置及び撮像システムを提供すること
を目的とする。
数色の信号を出力する複数の画素と、水平方向4画素及
び垂直方向4画素の16画素を1グループとし、該グル
ープから加算走査により複数の色信号を読み出す読み出
し手段とを備え、前記読み出し手段は、加算前の各色の
空間的色配列と、加算後の各色の空間的色配列が同じに
なるように複数の画素の信号を加算することを特徴とす
るものである。
列を持つ複数の画素からなる構成要素を複数配列した画
素部と、前記構成要素のそれぞれから複数色の信号を読
み出し、同じ構成要素内又は/及び異なる構成要素間で
同一色毎に加算走査する読み出し手段とを備え、前記読
み出し手段は、加算前の各色の空間的色配列と、加算後
の各色の空間的色配列が同じになるように複数の画素の
信号を加算することを特徴とするものである。
列を持つ複数の画素からなる構成要素を複数配列した画
素部と、複数の画素の信号を加算走査して、複数色の信
号を読み出す読み出し手段とを備え、前記読み出し手段
は、加算前の各色の空間的色配列と、加算後の各色の空
間的色配列が同じになるように複数の画素の信号を加算
するとともに、前記複数色の少なくとも1つの色は、斜
め方向に配列された画素のみの信号を加算した色信号で
あることを特徴とするものである。
像装置と、該撮像装置へ光を結像する光学系と、該撮像
装置からの出力信号を処理する信号処理手段とを有する
ことを特徴とするものである。
詳細に説明する。
である。図1(a)の10は加算する前の一般的なベイ
ヤー配列であり、R,Bの間に市松状にGが配置されて
いるフィルター構成図である。この図1(a)を用いて
本発明による加算方式について説明する。ここで、R,
Bの間に市松状にGが配置されている2×2の4画素
が、基本色配列を持つ1つの構成要素である。そして、
隣接する4つの構成要素を1つのグループとする。ここ
でGに関してはその構成要素内で斜め2画素を加算す
る。11は加算するG画素を囲ったものである。構成要
素内で、R,Bに関しては基本的にはその構成要素内の
R,B画素をそれぞれ選択するだけであるが、近接する
4構成要素間の同色の4画素(1グループ内の同色内の
4画素)を加算する方式を取る。これにより、水平・垂
直の両方向で加算が行われる。13Rは加算するR画素
(加算されるR画素は○で囲われている)の4画素を点
線で結んだものであり、13Bは加算するB画素(加算
されるB画素は□で囲われている)の4画素を点線で結
んだものである。図1(a)に示されるように、一つの
グループ内で加算されるG画素の範囲(11)、加算さ
れるR画素の範囲(13R)、加算されるB画素の範囲
(13B)は空間的に重複している。また、12は加算
モード上では加算が行われない画素を示しており、この
加算方式では選択されない画素は、点線で示されるGに
限定されている。このような加算方式を行った結果、図
1(b)に示すように、図1(a)と同様の、R,Bの
間に市松状にGが配置されているベイヤー配列14とな
り、加算後でもその画素配列は加算する前と同じであ
り、これにより実質の画素数を1/4に落として動画モ
ードとして使用することができる。
図である。ここではGに関しては図1の実施例と同じよ
うに構成要素内での斜め2画素加算である。一方、R,
Bに関してはグループ内の構成要素間で水平方向、垂直
方向の3画素を加算する方式をとる。ここでは、読み出
されない画素には図1のようなG(点線で示される)の
画素だけではなく、R,Bの画素も加算されない画素が
できる。図2において、12G,12R,12Bはよみ
だされないG,R,B画素を示し、G,R,Bはそれぞ
れ点線で示されている。この加算方式でも図2(b)に
示すように、図1(b)と同様な、R,Bの間に市松状
にGが配置されているベイヤー配列14となる。このよ
うに、Gの2画素、R,Bの4画素加算の組み合わせだ
けでなく、Gの2画素に対し、R,Bはいくつの画素で
加算してもよい。
的な読み出し回路の回路構成図である。図3において、
16は図1(a)のR,G,Bの各画素がベイヤー配列
された画素部である。図3中、上方にG画素の信号を読
み出す回路が配され、17,18−1は画素部16のG
画素からの信号を読み出すためのトランジスタTG11〜
TG16,TG21〜TG26、19−1は画素部16のG画素
から読み出された信号を蓄積するコンデンサCG1〜CG
6、20−1はコンデンサCG1〜CG6から信号を水平出
力線に出力するためのトランジスタTG31〜TG36、21
−1,21−2は出力アンプである。
読み出す回路が配され、18−2は画素部16のB,R
画素からの信号を読み出すためのトランジスタTB21,
TB22,TB25,TB26,TR23,TR24,TR27,TR28、
19−2は画素部16のR,B画素から読み出された信
号を蓄積するコンデンサCB1,CB2,CB5,CB6,CR
3,CR4,CR7,CR8、20−2はコンデンサCB1〜CR
8から信号を水平出力線に出力するためのトランジスタ
TB31,TB32,TB35,TB36,TR33,TR34,TR37,
TR38、22−1,22−2は出力アンプである。V1
〜V4は画素部16のそれぞれ2水平ラインの画素行を
制御する信号、SW0〜SW4はトランジスタ17を制御
する信号、φTS1,φTS2はトランジスタ18−1,18
−2を制御する信号、h11〜h28はトランジスタ20−
1,20−2を制御する信号を示す。
する。図4は上記回路構成図に基づく加算モードにおけ
るタイミング図であり、図5は全画素読み出しモード時
のタイミング図である。
ングでは、まず、信号V1がHレベルとなることにより
始めの2Hライン(2水平ライン)分が選択される。そ
の中で信号SW0,SW4がHレベルとなり、トランジス
タTG11,TG14がONする。そして、信号φTS1がHレ
ベルとなることによって、トランジスタTG21,TG24が
ONし、2Hライン分で加算に必要な、(第1行,第1
列)目のG画素と(第2行,第2列)目のG画素からの
画素情報が電荷としてコンデンサCG1,CG4に蓄積され
る。また、信号φTS1がHレベルとなることによって、
トランジスタTB21,TR23,TB25,TR27がONし、
(第2行,第1列)目のB画素、(第1行,第2列)目
のR画素、(第2行,第3列)目のB画素、(第1行,
第4列)目のR画素からの画素情報が電荷としてコンデ
ンサCB1,CR3,CB5,CR7に蓄積される。
て、次の2Hライン分が選択される。その中で信号SW
1、SW3がHレベルとなりトランジスタTG12,TG15が
ONしている時に、信号φTS2がHレベルとなることに
よって、その2Hライン分で加算に必要な、(第4行,
第4列)目のG画素と(第3行,第3列)目のG画素か
らの画素情報が電荷としてコンデンサCG2,CG5に蓄積
される。また、信号φTS2がHレベルとなることによっ
て、トランジスタTB22,TR24,TB26,TR28がON
し、(第4行,第1列)目のB画素、(第3行,第2
列)目のR画素、(第4行,第3列)目のB画素、(第
3行,第4列)のR画素からの画素情報が電荷としてコ
ンデンサCB2,CR4,CB6,CR8に蓄積される。最終的
に、各コンデンサに蓄積された電荷が信号h11,h12と
信号h14,h15を同時にHレベルとすることで水平出力
線上で加算が行われ、コンデンサCG1,CG2,CG4,C
G5からの信号の加算信号がアンプ21−1を通してセン
サーの外にG加算信号として伝送される。また、信号h
23,h24,h27,h28を同時にHレベルとすることで、
コンデンサCR3,CR4,CR7,CR8からの信号の加算信
号がアンプ22−1を通してセンサーの外にR加算信号
として伝送され、信号h21,h22,h25,h26を同時に
Hレベルとすることで、コンデンサCB1,CB2,CB5,
CB6からの信号の加算信号がアンプ22−2を通してセ
ンサーの外にB加算信号として伝送される。このサイク
ルを1サイクルとして機能し、水平4Hライン分を次々
に加算し、最終的に画素部16の最終ライン分まで読み
出していく。
全画素読み出しモードの読み出し方を説明する。まず信
号V1がHレベルとなることにより始めの2Hライン分
が選択される。その中で信号SW0、SW2、SW3が
Hレベルとなることで、それぞれに対応したトランジス
タTG11,TG13,TG15,TG16がONする。さらに、そ
の中で信号φTS1がHレベルとなることによって、トラ
ンジスタTG21,TG23,TG24,TG26がONし、(第1
行,第1列)目のG画素、(第2行,第2列)目のG画
素、(第1行,第3列)目のG画素,(第2行,第4
列)目のG画素からの画素情報が電荷としてそれぞれの
コンデンサCG1,CG3,CG4,CG6に電荷が蓄積され
る。また、信号φTS1がHレベルとなることによって、
トランジスタTB21,TR23,TB25,TR27がONし、
(第2行,第1列)目のB画素、(第1行,第2列)目
のR画素、(第2行,第3列)目のB画素、(第1行,
第4列)目のR画素からの画素情報が電荷としてコンデ
ンサCB1,CR3,CB5,CR7に蓄積される。
ス選択部の信号h11,h13,h14,h16により順次出力
される。同様にB信号はh21,h25により、R信号はh
23,h27により順次出力される。
モードによる読み出し方を示す概念図である。図6
(a)にはodd(奇数)フィールド、図6(b)にはeve
n(偶数)フィールドにおける加算の仕方を示している
が、どちらもセンサーの中のある同じ領域を示してい
る。なお図1(a)では読み出しを行わない画素は点線
で示したが、図6(a),(b)では読み出しを行わな
い画素は示されていない。
は4Hライン分のR,G,Bを用いて表示1Hを作成
し、順々に走査を行っていく。その次のevenフィールド
ではoddフィールドの時とは2Hライン分ずらした4H
ラインで表示1Hラインを構成する。これらのフィール
ドを交互に走査することによってインターレース表示に
対応する。
路を示す回路図である。CMOSセンサーは各画素アン
プのバラツキとゲート部のリセットノイズがあるのでそ
のノイズを除去するため出力部に信号用メモリCT1と
ノイズ用メモリCT2を設けて、減算処理によりノイズ
を除去している。ノイズ用メモリCT2とこのノイズ用
メモリCT2に接続されるトランジスタとを追加するこ
とで図3に示す読み出し回路を構成することができる。
ーの一画素部を示し、PDはフォトダイオード、MTXは
転送用トランジスタ、MRESはリセット用トランジス
タ、MSELは画素アンプとなる増幅用トランジスタ、MS
ELは画素を選択する選択用トランジスタである。リセッ
ト用トランジスタMRES、MRVをオンして画素部および
垂直出力線のリセットを行った後に画素アンプ、選択用
トランジスタMSEL、トランジスタMCT2を介してノイズ
用メモリCT2にノイズ信号を蓄積する。また、転送用
トランジスタMTXをオンして、フォトダイオードPDか
ら光電変換された信号が画素アンプとなる増幅用トラン
ジスタMSELのゲートに転送され、画素アンプ、選択用
トランジスタMSEL、トランジスタMCT1を介して信号用
メモリCT1 にノイズ信号成分を含む信号を蓄積す
る。そして、信号用メモリCT1に蓄積されたノイズ信
号成分を含む信号と、ノイズ用メモリCT2に蓄積され
たノイズ信号とを水平出力線に出力し、減算処理して画
素アンプのバラツキとゲート部のリセットノイズ等のノ
イズ成分が除去された信号を得る。φSEL、φTX、φRE
S、φRV、φTS、φTNはそれぞれ増幅用トランジスタMS
EL、転送用トランジスタMTX、リセット用トランジスタ
MRES,MRV、トランジスタMCT1,MCT2を制御する制
御信号である。また、トランジスタMLは画素アンプMS
Fの負荷である。φLはφSELと共通に駆動するか、常に
Hレベルとして抵抗としても良い。
1つの共通アンプを設けるようにしてもよい。図8は共
通アンプ画素の例を示す図である。図8に示すように、
a11,a12,a21,a22は各画素の光電変換部となるフ
ォトダイオード、MSFは共通アンプとなる増幅用トラン
ジスタ、MTX1〜MTX4はフォトダイオードに蓄積された
信号電荷を共通アンプの入力部となるフローティングデ
ィフュージョン領域(FD領域)に転送する転送用トラ
ンジスタ、MRESはFD領域をリセットするリセット用
トランジスタ、MSELは共通アンプ画素を選択する選択
用トランジスタである。トランジスタMSF,MSELはソ
ースフォロア回路を構成する。かかる共通アンプ画素は
4つのフォトダイオードからの信号が共通アンプを介し
て出力され、4画素で一つの単位セルを構成する。1つ
の画素はフォトダイオード、転送用トランジスタを含
み、共通アンプ,リセット用トランジスタ、選択用トラ
ンジスタからなる共通回路の一部を含んでいる。フォト
ダイオードa11,a22にGフィルター、フォトダイオー
ドa21にBフィルター、フォトダイオードa12にRフィ
ルターを配し、転送トランジスタMTX1,MTX4をオンす
ると、フォトダイオードa11とフォトダイオードa2
2からの信号が共通アンプのゲートで加算することも可
能となる。
る。ここで光電変換は被写体からの光が絞り羽31を通
り、レンズ32によりカラーフィルターを有した撮像素
子34へ結像されることで行われる。なお33はモアレ
等を防ぐために光の高域をカットする光学ローパスフィ
ルター、色補正フィルター、及び赤外線カット用のフィ
ルター等が組み合わされたフィルター群である。
タイミングジェネレータ(TG)38からの信号により
Xアドレス選択部36及びYアドレス選択部35で2次
元で画素位置選択が行われ、タイミング調整部37に読
み出される。このタイミング調整部37では撮像素子3
4からの出力(1〜複数本)のタイミング調整が行われ
る。そして、光電信号はAGC40により電圧を制御さ
れ、A/D変換器41でデジタル信号に変換される。
画像処理を行う。またMPU44はこの画像処理の際に
使われるパラメータをカメラDSP42に設定したり、
AE,AF処理を行ったりする。
DRAM43が用いられ、不揮発性の記憶領域として画
像記録媒体48が用いられる。画像記録媒体48は例え
ば、スマートメディア、磁気テープ、または光ディスク
等である。
エンコーダー45、及びCRT46等が設けられてい
る。またビューファインダー47は例えぼLCDのよう
なもので画像記録媒体48に記憶する前に被写体を確認
したりするために用いられる。これらの出力装置はCR
T46及びビューファインダー47に限らずプリンタ等
を用いても良い。
読み出しモードと全画素読み出しモードを切り替える場
合には、MPU44がモードを判断し、出力装置(CR
T46、ビューファインダー47)、力メラDSP4
2、画像記録媒体48、AGC40、TG38等にそれ
ぞれのモードに対応した信号を送る構成を取る。ここで
TG38には動画・静止画により図4、図5に示したよ
うなタイミングを切り替える。またカメラDSP42に
は、どちらのモードでも信号出力の順序が、同じ構成を
取れるのでモード別に処理そのものを変える必要がな
い。
以下のような効果を得ることができる。 ・画像の解像度に支配的にであるG(緑)情報を最近接
画素である斜め2画素という加算方式を取ることがで
き、比較的、解像度を落とさずに画像を提供することが
でき、またR,Bに関しては4画素加算を行うことによ
り水平方向、垂直方向のモアレを低減することができ
る。 ・読み出した信号に対応するカラーフィルターの色の順
序が、加算した場合と加算しない場合とで同じであるた
めに、DSPにおける信号処理回路を共有化することが
でき簡単な回路構成で本発明の目的を達成できる。 ・従来あるような間引きを行わなわず、センサー内で信
号を加算して動画を作成するため、間引きに見られるよ
うなモアレを低減することができ、鮮明な動画映像を提
供することができる。
し回路の回路構成図である。
タイミング図である。
ド時のタイミング図である。
る読み出し方を示す概念図である。
路図である。
れないG,R,B画素 13R,15R 加算するR画素 13B,15B 加算するB画素 14 ベイヤー配列
Claims (10)
- 【請求項1】 複数色の信号を出力する複数の画素と、 水平方向4画素及び垂直方向4画素の16画素を1グル
ープとし、該グループから加算走査により複数の色信号
を読み出す読み出し手段とを備え、 前記読み出し手段は、加算前の各色の空間的色配列と、
加算後の各色の空間的色配列が同じになるように複数の
画素の信号を加算することを特徴とする撮像装置。 - 【請求項2】 所定の基本色配列を持つ複数の画素から
なる構成要素を複数配列した画素部と、 前記構成要素のそれぞれから複数色の信号を読み出し、
同じ構成要素内又は/及び異なる構成要素間で同一色毎
に加算走査する読み出し手段とを備え、 前記読み出し手段は、加算前の各色の空間的色配列と、
加算後の各色の空間的色配列が同じになるように複数の
画素の信号を加算することを特徴とする撮像装置。 - 【請求項3】 所定の基本色配列を持つ複数の画素から
なる構成要素を複数配列した画素部と、 複数の画素の信号を加算走査して、複数色の信号を読み
出す読み出し手段とを備え、 前記読み出し手段は、加算前の各色の空間的色配列と、
加算後の各色の空間的色配列が同じになるように複数の
画素の信号を加算するとともに、前記複数色の少なくと
も1つの色は、斜め方向に配列された画素のみの信号を
加算した色信号であることを特徴とする撮像装置。 - 【請求項4】 請求項1〜3のいずれかに記載の撮像装
置において、前記読み出し手段は、複数の画素の信号の
間引き走査を行うことを特徴とする撮像装置。 - 【請求項5】 請求項1に記載の撮像装置において、加
算される各色の画素の範囲が空間的に重複することを特
徴とする撮像装置。 - 【請求項6】 請求項1〜5のいずれかに記載の撮像装
置において、前記加算走査による信号読み出しを行う第
1の読み出しモードと全画素の信号読み出しを行う第2
の読み出しモードを切り換える切り換え手段を有する撮
像装置。 - 【請求項7】 請求項1〜6のいずれかに記載の撮像装
置において、インタレース駆動を行うことを特徴とする
撮像装置。 - 【請求項8】 請求項1〜7のいずれかに記載の撮像装
置において、前記色フィルターは、G(緑)色フィルタ
ー、R(赤)色フィルター、B(青)色フィルターであ
ることを特徴とする撮像装置。 - 【請求項9】 請求項1〜8のいずれかに記載の撮像装
置において、前記加算は、前記複数色の色フィルターの
うちの第1の色フィルターが配された斜め方向の画素の
信号の加算と、第2及び第3の色フィルターが配された
水平方向及び垂直方向の画素の信号の加算とであること
を特徴とする撮像装置。 - 【請求項10】 請求項1〜9のいずれかに記載の撮像
装置と、該撮像装置へ光を結像する光学系と、該撮像装
置からの出力信号を処理する信号処理手段とを有するこ
とを特徴とする撮像システム。
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JP20651699A JP3501694B2 (ja) | 1999-07-21 | 1999-07-21 | 撮像装置及びそれを用いた撮像システム |
US09/584,198 US6992714B1 (en) | 1999-05-31 | 2000-05-31 | Image pickup apparatus having plural pixels arranged two-dimensionally, and selective addition of different pixel color signals to control spatial color arrangement |
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JP20651699A JP3501694B2 (ja) | 1999-07-21 | 1999-07-21 | 撮像装置及びそれを用いた撮像システム |
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JP3501694B2 JP3501694B2 (ja) | 2004-03-02 |
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Family Applications (1)
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