JP2002084548A - Color image pickup element and image pickup device - Google Patents

Color image pickup element and image pickup device

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JP2002084548A
JP2002084548A JP2000271838A JP2000271838A JP2002084548A JP 2002084548 A JP2002084548 A JP 2002084548A JP 2000271838 A JP2000271838 A JP 2000271838A JP 2000271838 A JP2000271838 A JP 2000271838A JP 2002084548 A JP2002084548 A JP 2002084548A
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JP
Japan
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addition
color
pixel
horizontal
image pickup
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JP2000271838A
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Japanese (ja)
Inventor
Keiichi Mori
圭一 森
Hideaki Yoshida
英明 吉田
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To maintain high SN and a high-speed frame rate by add reading, while obtaining a superior image with a resolution higher than that in the conventional processings. SOLUTION: In an image pickup device using a veneer type color image pickup element, in which a three-color filter of RGB is arranged, a filter arrangement of the image pickup element is set as a plural staged columns in which the unit arrangement is 4 rows × 6 columns which consist of a first row: RRGGBB, a second row: RRGGBB, a third row: GBBRRG and a fourth row: GBBRRG. After a vertical neighbor addition is carried out for a 4-pixel addition, at the time of horizontal neighbor addition, an add phase is reversed in each line, thereby suppressing reduction in resolution, accompanying the pixel addition.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、RGB等の3色を
配列してカラー撮像を行う単板式のカラー撮像素子と、
この撮像素子を用いた撮像装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a single-chip type color image sensor for arranging three colors, such as RGB, and performing color imaging.
The present invention relates to an imaging device using the imaging device.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、CCD等の撮像素子により被写体
像を撮像して映像信号を得るデジタルスチルカメラ(電
子カメラ)が盛んに開発されている。このような撮像装
置においては、動画撮像装置,静止画撮像装置の別を問
わず、撮像素子の隣接する画素情報の加算、例えば垂直
方向2画素と水平方向2画素の合計4画素の信号の加算
によって、解像度は低下するものの、感度の向上をはか
ることができるとされている。
2. Description of the Related Art In recent years, digital still cameras (electronic cameras) for capturing a subject image with an image sensor such as a CCD and obtaining a video signal have been actively developed. In such an image pickup apparatus, addition of pixel information adjacent to the image pickup element, for example, addition of a signal of a total of 4 pixels of 2 pixels in the vertical direction and 2 pixels in the horizontal direction regardless of whether the image pickup apparatus is a moving image pickup apparatus or a still image pickup apparatus It is said that the resolution can be reduced, but the sensitivity can be improved.

【0003】この種の加算の具体的な方法としては、撮
像素子から画素信号を通常の方法で(1画素ずつ)読み
出した後に、例えばA/D変換してデジタル系で加算す
る外部デジタル加算方式や、撮像素子内で例えばCCD
撮像素子の転送駆動を工夫し、転送路内で電荷加算する
素子内アナログ加算方式等が知られている。素子内加算
方式は、外部デジタル方式では得られない1フレーム画
像の読み出し時間の短縮(フレームレートの向上)効果
も合わせ持つ。
As a specific method of this kind of addition, an external digital addition method in which a pixel signal is read out from an image pickup element by a usual method (one pixel at a time) and A / D converted and added in a digital system, for example, Or, for example, CCD in the image sensor
There is known an in-device analog addition method in which the transfer drive of an image pickup device is devised and charges are added in a transfer path. The intra-element addition method also has the effect of shortening the reading time of one frame image (improving the frame rate), which cannot be obtained by the external digital method.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たように4画素の信号を加算する従来の技術は、その原
理から解像度が劣化するものであった。例えば、図6
(a)のようなRGBベイヤ配列の素子に対して2×2
の4画素加算を行えば、加算によってRGB全色が混合
してしまうので、カラー撮像を行うことはできない。
However, in the conventional technique of adding the signals of four pixels as described above, the resolution is deteriorated due to its principle. For example, FIG.
2 × 2 for the RGB Bayer array element as shown in FIG.
If the four-pixel addition is performed, all the RGB colors are mixed by the addition, so that color imaging cannot be performed.

【0005】そこで、図6(b)のような複ベイヤ配列
が用いられるが、これは本来の(a)のベイヤ配列に対
して色サンプリング周波数が1/2になってしまうた
め、解像度が水平垂直共に1/2に劣化してしまう。言
い換えれば、単位面積当たりの画素数が1/4となり、
従って1画素の大きさが約4倍の大画素撮像素子と同等
になってしまうものであった。つまり、加算のための複
ベイヤフィルタによって色サンプリング周波数が低下
し、解像度が劣化する不具合があった。
Therefore, a multi-Bayer array as shown in FIG. 6B is used. However, since the color sampling frequency is に 対 し て of that of the original Bayer array of FIG. Both in the vertical direction are deteriorated by half. In other words, the number of pixels per unit area is reduced to 1/4,
Therefore, the size of one pixel is equivalent to that of a large-pixel image sensor having about four times the size. That is, there is a problem that the color sampling frequency is lowered by the double Bayer filter for addition, and the resolution is deteriorated.

【0006】本発明は、上記事情を考慮して成されたも
ので、その目的とするところは、画素加算に伴う解像度
の低下を抑えることができ、従来よりも解像度の高い良
好な画像が得られるカラー撮像素子及び撮像装置を提供
することにある。
The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and an object of the present invention is to suppress a decrease in resolution due to pixel addition, thereby obtaining a good image having a higher resolution than before. It is an object of the present invention to provide a color image pickup device and an image pickup device which are used.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】(構成)上記課題を解決
するために本発明は次のような構成を採用している。
(Structure) In order to solve the above problem, the present invention employs the following structure.

【0008】即ち本発明は、複数の光電変換画素を行列
配置した撮像面を有し、該撮像面の各画素に対して相異
なる第1〜3の分光特性であるα,β,γの3色を配列
させた色配列によって点順次色分解を行う単板カラー撮
像素子であって、前記色配列は、 第1行:α α β β γ γ 第2行:α α β β γ γ 第3行:β γ γ α α β 第4行:β γ γ α α β からなる4行×6列を単位配列とする周期配列(複千鳥
配列)であることを特徴とする。
That is, the present invention has an image pickup surface in which a plurality of photoelectric conversion pixels are arranged in a matrix, and each of the pixels on the image pickup surface has different first to third spectral characteristics α, β, and γ. A single-chip color image pickup device that performs point-sequential color separation by a color arrangement in which colors are arranged, wherein the color arrangement is as follows: first row: ααββγγ second row: ααββγγ third Row: βγγααβ Fourth row: A periodic array (double staggered array) having a unit array of 4 rows × 6 columns consisting of βγγααβ.

【0009】ここで、3色α,β,γは、加色混合の3
原色RGBの各色であるのが望ましい。
Here, the three colors α, β, and γ are three colors of additive color mixture.
It is desirable that the colors be primary colors RGB.

【0010】また本発明は、上記構成のカラー撮像素子
を用いた撮像装置であって、撮像素子を駆動して撮像信
号を読み出す駆動手段と、撮像素子の画素配列における
行及び列の各方向に隣接する4つの同色の画素信号情報
毎に加算する同色加算手段と、該加算手段の出力に基づ
いて所定フォーマットの画像信号を生成可能な画像信号
生成手段とを有したことを特徴とする。
According to another aspect of the present invention, there is provided an image pickup apparatus using the color image pickup device having the above-described configuration, wherein a driving means for driving the image pickup device to read out an image pickup signal is provided in each of a row and a column in a pixel array of the image pickup device. It is characterized by having a same-color adding means for adding every four adjacent same-color pixel signal information, and an image signal generating means capable of generating an image signal of a predetermined format based on an output of the adding means.

【0011】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は次のものが挙げられる。 (1) 加算手段における列方向の画素信号情報の加算は、
駆動手段による撮像素子の垂直転送路から水平転送路へ
の電荷転送に際して、毎回の水平ブランキング期間に2
画素(2転送単位)分の電荷転送を行う垂直2加算駆動
によって行われるものであること。
Here, preferred embodiments of the present invention include the following. (1) The addition of the pixel signal information in the column direction by the addition means
When transferring electric charges from the vertical transfer path to the horizontal transfer path of the image sensor by the driving means, two
It is performed by vertical two-addition driving for transferring charges for pixels (two transfer units).

【0012】(2) 加算手段における行方向の画素信号情
報の加算は、駆動手段による撮像素子の水平転送路から
出力アンプへの電荷転送に際して、出力アンプにおける
1回のリセット動作に対して2画素(2転送単位)分の
電荷転送を行う水平2加算駆動であって、さらに垂直2
加算駆動による新たな行単位で、水平方向の画素加算領
域を1画素分ずらす(リセット動作と水平転送の位相関
係を反転させる)、加算位相反転型水平2加算駆動によ
って行われるものであること。
(2) The addition of the pixel signal information in the row direction by the adding means is such that, when the driving means transfers electric charges from the horizontal transfer path of the image sensor to the output amplifier, two pixels are required for one reset operation in the output amplifier. (2 transfer units) horizontal 2 addition drive for transferring charges for
It is performed by an additive phase inversion type horizontal two-addition drive that shifts the pixel addition area in the horizontal direction by one pixel (inverts the phase relationship between the reset operation and the horizontal transfer) in a new row unit by the addition drive.

【0013】(3) 加算手段における行方向の画素信号情
報の加算は、垂直2加算駆動(及び非加算の水平転送駆
動)によって読み出された撮像素子出力画像信号をA/
D変換した後に、水平方向の2画素づつデジタル加算
し、且つ垂直2加算駆動による新たな行毎に水平方向の
画素加算領域を1画素分ずらすことにより行われる(行
単位で加算位相を変化させつつデジタル加算する)もの
であること。
(3) The addition of the pixel signal information in the row direction by the addition means is performed by A / D conversion of the image sensor output image signal read out by the vertical two addition drive (and the non-addition horizontal transfer drive).
After the D conversion, the digital addition is performed by two pixels in the horizontal direction, and the pixel addition area in the horizontal direction is shifted by one pixel for each new row by the vertical two addition drive (the addition phase is changed in units of rows). While digitally adding).

【0014】(4) 駆動手段は、撮像素子の画素信号情報
を非加算駆動で読み出すものであり、加算手段は、隣接
する4つの同色の画素信号情報の加算に係わる全ての処
理を、非加算駆動によって読み出された撮像素子出力画
像信号をA/D変換した後にデジタル加算によって行う
ものであること。
(4) The driving means reads out the pixel signal information of the image pickup device by non-addition driving, and the adding means performs all processing related to the addition of four adjacent pixel signal information of the same color. A / D conversion is performed on an image sensor output image signal read by driving and then digital addition is performed.

【0015】(作用)本発明では、画素の色配列を上記
した複千鳥配列とし隣接する同色4画素の加算を行って
いるが、複千鳥配列を加色混合の3原色RGBの色フィ
ルタで実現すると、色サンプリングに関しR,Bは垂直
方向に2p、水平方向に3pのピッチで存在することに
なる。ここで、前記図6(a)に示す非加算ベイヤ配列
では、色サンプリングに関しR,Bは垂直方向,水平方
向共に2pのピッチで存在し、図6(b)に示す複ベイ
ヤ配列では、色サンプリングに関しR,Bは垂直方向,
水平方向共に4pのピッチで存在している。
(Function) In the present invention, the color arrangement of the pixels is set to the above-mentioned double staggered arrangement, and the adjacent four pixels of the same color are added. However, the double staggered arrangement is realized by the color filter of the three primary colors RGB of the additive color mixture. Then, with respect to color sampling, R and B exist at a pitch of 2p in the vertical direction and 3p in the horizontal direction. Here, in the non-addition Bayer array shown in FIG. 6A, R and B exist at a pitch of 2p in both the vertical and horizontal directions with respect to color sampling. In the multiple Bayer array shown in FIG. R and B are vertical for sampling,
It exists at a pitch of 4p in the horizontal direction.

【0016】従って本発明によれば、複千鳥配列のRG
Bの色フィルタを使用し、隣接する同色4画素の加算を
行うことによって、非加算ベイヤ配列と比較して、垂直
色サンプリング周波数は同じ、水平色サンプリング周波
数は2/3となるため、垂直解像度は劣化せず、水平解
像度も2/3を確保することができ、従来の複ベイヤ配
列に比して大幅な改善となる。
Therefore, according to the present invention, the double staggered RG
By using the B color filter and adding four pixels of the same color adjacent to each other, the vertical color sampling frequency is the same and the horizontal color sampling frequency is 2/3 as compared with the non-addition Bayer array, so the vertical resolution is Does not deteriorate, and the horizontal resolution can be secured to 2/3, which is a significant improvement over the conventional multi-bayer arrangement.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を図示の実施
形態によって説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The details of the present invention will be described below with reference to the illustrated embodiments.

【0018】図1は、本発明の一実施形態に係わる電子
カメラの概略構成を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an electronic camera according to an embodiment of the present invention.

【0019】図中101は各種レンズからなるレンズ
系、102はレンズ系101を駆動するためのレンズ駆
動機構、103はレンズ系101の絞りを制御するため
の露出制御機構、104はローパス及び赤外カット用の
フィルタ、105は色フィルタを内蔵したCCDカラー
撮像素子、106は撮像素子105を駆動するためのC
CDドライバ、107はA/D変換器等を含むプリプロ
セス回路、108は色信号生成処理,マトリックス変換
処理,その他各種のデジタル処理を行うためのデジタル
プロセス回路、109はカードインターフェース、11
0はCF等のメモリカード、111はLCD画像表示系
を示している。
In the figure, reference numeral 101 denotes a lens system including various lenses; 102, a lens driving mechanism for driving the lens system 101; 103, an exposure control mechanism for controlling the aperture of the lens system 101; A filter for cutting, 105 is a CCD color image sensor having a built-in color filter, and 106 is a CCD for driving the image sensor 105.
CD driver 107, a pre-processing circuit including an A / D converter, etc., 108, a digital processing circuit for performing color signal generation processing, matrix conversion processing, and other various digital processing, 109, a card interface, 11
0 denotes a memory card such as a CF, and 111 denotes an LCD image display system.

【0020】また、図中の112は各部を統括的に制御
するためのシステムコントローラ(CPU)、113は
各種SWからなる操作スイッチ系、114は操作状態及
びモード状態等を表示するための操作表示系、115は
レンズ駆動機構102を制御するためのレンズドライ
バ、116は発光手段としてのストロボ、117は露出
制御機構及びストロボ116を制御するための露出制御
ドライバ、118は各種設定情報等を記憶するための不
揮発性メモリ(EEPROM)を示している。
In the figure, reference numeral 112 denotes a system controller (CPU) for comprehensively controlling each unit, 113 denotes an operation switch system composed of various SWs, and 114 denotes an operation display for displaying an operation state, a mode state, and the like. System, 115 is a lens driver for controlling the lens driving mechanism 102, 116 is a strobe as a light emitting means, 117 is an exposure control driver for controlling the exposure control mechanism and the strobe 116, and 118 is various kinds of setting information and the like. Non-volatile memory (EEPROM) is shown.

【0021】本実施形態の電子カメラにおいては、シス
テムコントローラ112が全ての制御を統括的に行って
おり、CCDドライバ106によるCCD撮像素子10
5の駆動を制御して露光(電荷蓄積)及び信号の読み出
しを行い、それをプリプロセス回路107を介してデジ
タルプロセス回路108に取込んで、各種信号処理を施
した後にカードインターフェース109を介してメモリ
カード110に記録するようになっている。
In the electronic camera according to the present embodiment, the system controller 112 performs overall control, and the CCD driver 106 controls the CCD image pickup device 10.
5 is controlled to perform exposure (charge accumulation) and signal readout, which are taken into a digital process circuit 108 via a preprocess circuit 107, subjected to various signal processings, and then subjected to a card interface 109 via a card interface 109. The data is recorded on the memory card 110.

【0022】図2は、CCD撮像素子105の素子構造
を示す平面図である。受光素子としてフォトダイオード
201がマトリクス配置され、フォトダイオード201
間に縦列方向に複数本の垂直CCD202が配置され、
垂直CCD202の端部に横列方向に1本の水平CCD
203が配置されている。そして、フォトダイオード2
01に蓄積された信号電荷は電荷移送パルスTGにより
垂直CCD202に読み出され、垂直CCD202内を
紙面下方向に転送される。垂直CCD202を転送した
信号電荷は水平CCD203に移送され、この水平CC
D203を紙面左方向に転送され、最終的に読み出しア
ンプであるFDA(フローティングディフュージョンア
ンプ)204を介して出力されるようになっている。
FIG. 2 is a plan view showing the device structure of the CCD image pickup device 105. Photodiodes 201 are arranged in a matrix as light receiving elements.
A plurality of vertical CCDs 202 are arranged in the column direction between them,
One horizontal CCD in the row direction at the end of the vertical CCD 202
203 are arranged. And the photodiode 2
The signal charge stored in the first CCD 01 is read out to the vertical CCD 202 by the charge transfer pulse TG, and is transferred inside the vertical CCD 202 downward in the drawing. The signal charge transferred from the vertical CCD 202 is transferred to the horizontal CCD 203,
D203 is transferred leftward on the paper, and finally output via an FDA (floating diffusion amplifier) 204 which is a readout amplifier.

【0023】ここまでの基本構成は従来装置と同様であ
るが、本実施形態ではこれに加え後述するように、デジ
タルプロセス回路108内に加算手段が設けられてい
る。そして、撮像素子105における加算読み出しはシ
ステムコントローラ112の制御下にCCDドライバ1
06によって行われ、デジタル加算及びその他の全ての
信号処理はシステムコントローラ112の制御下にデジ
タルプロセス回路108により行われるようになってい
る。
The basic configuration up to this point is the same as that of the conventional apparatus, but in the present embodiment, in addition to this, an adding means is provided in the digital process circuit 108 as described later. The addition reading in the image sensor 105 is performed by the CCD driver 1 under the control of the system controller 112.
The digital summation and all other signal processing are performed by the digital process circuit 108 under the control of the system controller 112.

【0024】本実施形態で用いる撮像素子105は、順
次走査(プログレシブスキャニング)型とし、縦横の画
素ピッチが等しい(値をpとする)正方画素タイプであ
るとする。そして、この撮像素子105は、図3に示す
ように2×2の4画素を最小単位とした色フィルタパタ
ーンを有している。このように実質的な画像情報の最小
単位(画素)が、撮像素子102の複数の画素(光電変
換単位)画素から構成されている時に、これを複画素と
名付ける。同様に、複行(複ライン)などの用語も導入
する。
It is assumed that the image sensor 105 used in the present embodiment is of a square pixel type in which the vertical and horizontal pixel pitches are equal (the value is p), of a progressive scanning type. The image sensor 105 has a color filter pattern in which 2 × 2 4 pixels are the minimum unit as shown in FIG. When the minimum unit (pixel) of the substantial image information is composed of a plurality of pixels (photoelectric conversion units) of the image sensor 102, this is referred to as a multi-pixel. Similarly, terms such as multiple lines (multiple lines) are introduced.

【0025】図3のフィルタパターンは、RGBの3色
のフィルタが、 第1行:R R G G B B 第2行:R R G G B B 第3行:G B B R R G 第4行:G B B R R G からなる4行×6列を単位配列とする周期配列となって
いる。
In the filter pattern of FIG. 3, the filters of the three colors RGB are arranged on the first line: RRGBBBB second line: RRGGBB third line: GBBBRG fourth Rows: A periodic array having a unit array of 4 rows × 6 columns consisting of GBBBRG.

【0026】即ち、フィルタパターンは2×2の4画素
を単位とする複画素配列を成しており、その複画素は、
行方向に関して1行毎に画素位置が位相反転するいわゆ
る千鳥配置となっており、かつ1色(例えばR)のみに
着目した場合もまた、行方向に関して1行毎に画素位置
が位相反転する千鳥配置となっている。なお、このよう
に複画素配列が千鳥配置になっているものを、複千鳥配
列と名付ける。
That is, the filter pattern forms a multi-pixel array in units of 2 × 2 4 pixels.
In a so-called staggered arrangement in which the pixel position is inverted in phase for each row in the row direction, and when attention is paid to only one color (for example, R), the staggered configuration in which the pixel position is inverted for each row in the row direction is also used. It is arranged. Note that such a multi-pixel arrangement in a staggered arrangement is referred to as a double-staggered arrangement.

【0027】撮像素子105の各々の画素に対しては、
2ライン加算駆動(Hブランキング期間に2転送単位の
Vクロックを出力)が使用される。従って、フレームレ
ートは非加算駆動の2倍に向上している。なお、水平加
算は後述のように素子内部の出力アンプ部又は外部で実
行される。そして、図3に示すような4画素加算処理に
よって原画素に対して画素密度1/4の単位画素(位置
を黒丸印で図示)を生成する。生成された単位画素は、
いわゆる千鳥配置となる。
For each pixel of the image sensor 105,
Two-line addition driving (output of V clock in two transfer units during the H blanking period) is used. Therefore, the frame rate is improved to twice that of the non-addition driving. Note that the horizontal addition is executed in an output amplifier section inside the element or outside as described later. Then, a unit pixel having a pixel density of 1/4 (the position is indicated by a black circle) with respect to the original pixel is generated by a four-pixel addition process as shown in FIG. The generated unit pixel is
This is a so-called staggered arrangement.

【0028】フィルタ系104には水平分離幅が1.5
p、垂直分離幅がpの光学的ローパスフィルタが用いら
れている。なお、この説明は、その周波数トラップの水
平・垂直成分がそれぞれ1/3pと1/2p(cycls/l
ength unit)となるように、光線分離ベクトルの水平・
垂直方向成分がそれぞれ1.5pとpであるOLPFが
使用されていることを意味するものであって、具体的な
光線分離の方向は水平、垂直方向には限らない。好適な
一例として、「水平・垂直方向を対角線に持つひし形」
形状の4点均等分離型であって、ひし形の対角長が水平
3p・垂直2pのものが挙げられる。
The filter system 104 has a horizontal separation width of 1.5.
An optical low-pass filter having p and a vertical separation width of p is used. In this description, the horizontal and vertical components of the frequency trap are 1 / 3p and 1 / 2p (cycls / l
angle unit) so that the horizontal
This means that the OLPFs whose vertical components are 1.5p and p are used, respectively, and the specific direction of the light beam separation is not limited to the horizontal and vertical directions. As a preferred example, "a diamond having horizontal and vertical directions diagonally"
A four-point equally separated type having a rhombus with a diagonal length of 3p horizontally and 2p vertically can be used.

【0029】次に、本実施形態における撮像動作、特に
画素信号の加算処理について説明する。
Next, the image pickup operation in this embodiment, particularly the addition processing of the pixel signals, will be described.

【0030】まず、画素信号の垂直加算は2ライン加算
駆動を行う。駆動パターンは図4に示すようなもので、
毎回の水平ブランキング期間に2画素(2行)分のV転
送クロックφVが出力されるから、撮像素子105の水
平転送路内では、上下の2画素の電荷が加算される。従
って、垂直加算後の状態では、1ラインに原画素の2ラ
イン分の加算情報が含まれていることになる。
First, two-line addition drive is performed for vertical addition of pixel signals. The driving pattern is as shown in FIG.
Since the V transfer clock φV for two pixels (two rows) is output in each horizontal blanking period, the charges of the upper and lower two pixels are added in the horizontal transfer path of the image sensor 105. Therefore, in the state after the vertical addition, one line includes addition information for two lines of original pixels.

【0031】加算された電荷は水平転送路内を転送さ
れ、順次出力アンプであるFDA204のディフュージ
ョン部に送られて電荷電圧変換される。ここで、図5に
示すように、毎回の転送に先立ってディフュージョン部
の電荷をリセットするリセットゲートパルスRSは、非
加算駆動時とは異なり間引かれる。具体的には2水平転
送単位(転送クロックφHの2クロック)に1回だけ加
えられる。即ち、1回のリセット動作に対して2画素
(2転送単位)分の電荷転送を行うことになる。従っ
て、出力信号は、水平隣接2画素(原画素で表現すれば
4画素)分が加算されたものとなる。
The added charges are transferred in the horizontal transfer path, and are sequentially sent to the diffusion section of the FDA 204, which is an output amplifier, to be converted into charge voltages. Here, as shown in FIG. 5, the reset gate pulse RS for resetting the electric charge of the diffusion section prior to each transfer is thinned out unlike the non-addition driving. Specifically, it is added only once in two horizontal transfer units (two clocks of the transfer clock φH). That is, charge transfer for two pixels (two transfer units) is performed for one reset operation. Therefore, the output signal is a signal obtained by adding two horizontally adjacent pixels (four pixels in terms of original pixels).

【0032】RSの間引きは、図5に示すように1ライ
ン(垂直加算後で表現=複ラインに対応)毎に位相反転
され、その結果、1ライン毎に水平方向の画素加算領域
が1画素分ずれることになる。即ち、加算の位相はライ
ン毎に反転し、前記図3の太線で囲んだパターンの加算
となる。
As shown in FIG. 5, the RS thinning is performed by inverting the phase of each line (expressed after vertical addition = corresponding to multiple lines). As a result, a horizontal pixel addition area corresponds to one pixel per line. Will be off by a minute. That is, the phase of the addition is inverted for each line, and the addition of the pattern surrounded by the thick line in FIG. 3 is performed.

【0033】なお、水平加算については、撮像素子10
5から垂直2ライン加算、水平非加算で信号を読み出し
た後に、デジタル演算で隣接2画素加算を行ってもよ
い。この場合も、加算の位相は上記と同様にライン(複
ライン)毎に反転させる。
In the horizontal addition, the image pickup device 10
After reading out the signal from 5 through 2 vertical line addition and horizontal non-addition, two adjacent pixels may be added by digital operation. Also in this case, the addition phase is inverted for each line (multiple lines) in the same manner as described above.

【0034】上記のようにして得られた画素数(画素密
度)1/4の画素情報である、点順次の色情報からの同
時化を含む補間処理によって、例えば撮像素子105と
同画素数(同画素密度)の画像信号を作る。具体的な補
間方法は任意である。さらに、例えば0.45のガンマ
処理やknee、セットアップ、マトリクス処理など公
知の信号処理を施してカラー画像信号として、必要に応
じて圧縮を含む記録処理を施し、これを記録媒体として
のメモリカード110に記録する。
By interpolation processing including synchronization from dot-sequential color information, which is pixel information of 1/4 of the number of pixels (pixel density) obtained as described above, for example, the same number of pixels as the image sensor 105 ( (The same pixel density). The specific interpolation method is arbitrary. Further, known signal processing such as gamma processing, knee, setup, and matrix processing of, for example, 0.45 is performed to perform a recording process including compression as necessary as a color image signal. To record.

【0035】このように本実施形態によれば、図3に示
すような複千鳥配列のRGBの3色フィルタを使用し、
4画素加算のために、垂直隣接加算を行った後に、水平
隣接加算時は加算位相をライン毎に反転させることによ
り、画素加算に伴う解像度の低下を抑えることができ、
従来よりも解像度の高い良好な画像が得られる。
As described above, according to the present embodiment, the three-color staggered RGB three-color filter shown in FIG.
After performing vertical adjacent addition for 4-pixel addition, by inverting the addition phase for each line at the time of horizontal adjacent addition, it is possible to suppress a decrease in resolution due to pixel addition.
A good image with higher resolution than before can be obtained.

【0036】ここで、本実施形態における水平解像度に
ついて補足すれば、単板カラー撮像素子の場合、色サン
プリング周波数fcs近傍で色モアレを生じることから、
このfcsで零点(トラップ)を有した光学的ローパスフ
ィルタ(OLPF)を使用することが必須となる。な
お、トラップ周波数は、光線分離幅の逆数である。従っ
て、限界解像度はfscで決まる(fscの90〜95%程
度)。
Here, supplementing the horizontal resolution in the present embodiment, in the case of a single-chip color image sensor, color moire occurs near the color sampling frequency fcs.
It is essential to use an optical low-pass filter (OLPF) having a zero point (trap) at this fcs. Note that the trap frequency is the reciprocal of the beam separation width. Therefore, the limit resolution is determined by fsc (about 90 to 95% of fsc).

【0037】非加算で使用する図6(a)の場合に必要
な分離幅は、R,Bに関しては2p間隔の配列となって
いるから、水平,垂直共にpである。従来の4画素加算
である図6(b)では、R,Bに関しては4p間隔の配
列となっているから、水平,垂直共に2pである。この
ため、解像度は水平,垂直共にほぼ1/2に低下してい
た。これに対し本実施形態では、RGBどの色について
も同じで、垂直方向には2p間隔、水平方向には千鳥配
列によって3p間隔で配列しているから、上記分離幅で
済むことになる。
The separation width required in the case of FIG. 6A used for non-addition is p for both the horizontal and vertical directions because R and B are arranged at intervals of 2p. In FIG. 6B, which is a conventional four-pixel addition, since R and B are arranged at intervals of 4p, both horizontal and vertical are 2p. For this reason, the resolution has been reduced to almost half both in the horizontal and vertical directions. On the other hand, in the present embodiment, the same is true for any of the RGB colors, and is arranged at intervals of 2p in the vertical direction and at intervals of 3p in a staggered arrangement in the horizontal direction.

【0038】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れるものではない。実施形態では、撮像素子内部の水平
加算に際して、RSを間引くようにしたが、RSは周波
数が非加算と同じで位相がライン(複ライン)毎に反転
するものにしてH転送を2倍速に上げるようにすれば、
1画面信号読み出し時間はさらに1/2に短縮される。
即ち、フレームレートは通常(非加算)駆動時の4倍と
なる。
The present invention is not limited to the above embodiment. In the embodiment, the RS is thinned out during the horizontal addition inside the image pickup device. However, the H transfer is doubled by setting the RS to the same frequency as the non-addition and inverting the phase for each line (multiple lines). By doing so,
The one-screen signal reading time is further reduced to 1 /.
That is, the frame rate is four times that of the normal (non-addition) driving.

【0039】また、全画素を非加算で個別に読み出した
後に、全デジタル加算処理で上記と同様の処理を行って
も良い。この場合、フレームレートは向上しないが、解
像度の低下を抑えつつ感度、SN,Dレンジを向上する
ことができる。そして、特にこの全デジタル加算処理を
行う場合は、加算処理が水平・垂直の方向に依存しない
ので、図3の複千鳥カラー配列(これを「横目型」と名
付ける)を90度回転させたフィルタ配列(「縦目型」
と名付ける)を使用することが全く同様にできる。この
ため、水平・垂直に対する解像度の優先設計が自由に行
えるという効果も得られる。実際、縦目型複千鳥カラー
配列を使用することにより、人の視覚において最も重要
度が高いとされる水平解像度に関しては、画素加算を行
わない場合(図6(a))と全く同等の性能が得られ、
極めて効果的である。
After all the pixels are individually read out without addition, the same processing as described above may be performed in the all digital addition processing. In this case, the frame rate is not improved, but the sensitivity, SN, and D range can be improved while suppressing a decrease in resolution. In particular, when this all-digital addition processing is performed, since the addition processing does not depend on the horizontal and vertical directions, a filter obtained by rotating the double-staggered color array of FIG. Array ("Vertical type"
Can be used in exactly the same way. For this reason, the effect that the priority design of the resolution with respect to the horizontal and vertical can be freely performed can be obtained. In fact, by using the vertical-eye double staggered color arrangement, the horizontal resolution, which is considered to be the most important in human vision, has the same performance as that when pixel addition is not performed (FIG. 6A). Is obtained,
Extremely effective.

【0040】上記からも明らかなように、「行・列」
「水平・垂直」などの方向は、被写体(撮像装置)の向
きとは無関係であり、これらをどのように対応付けても
良い。また、色フィルタは必ずしもRGBに限るもので
はなく減色混合の3原色であるシアン,マゼンダ,イエ
ローの3色でもよい。さらに、色フィルタを用いる代わ
りに、画素を構成するフォトダイオードそのものに分光
特性を持たせるようにしてもよい。また本発明は、スチ
ルカメラに限らず、ビデオムービーに適用することも可
能である。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、
種々変形して実施することができる。
As is clear from the above, "row / column"
Directions such as “horizontal / vertical” are irrelevant to the orientation of the subject (imaging device), and may be associated in any way. Further, the color filters are not necessarily limited to RGB, but may be three colors of cyan, magenta, and yellow, which are the three primary colors of subtractive color mixing. Further, instead of using a color filter, a photodiode itself constituting a pixel may have spectral characteristics. Further, the present invention is not limited to a still camera, but can be applied to a video movie. In addition, without departing from the gist of the present invention,
Various modifications can be made.

【0041】[0041]

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、撮
像面の各画素に対して相異なる第1〜3の分光特性であ
るα,β,γの3色を複千鳥配列とし、隣接する同色4
画素の加算を行うことにより、非加算ベイヤ配列と比較
して、垂直解像度は劣化させることなく水平解像度も2
/3を確保することができ、加算読み出しによる高速フ
レームレート,感度,SN,Dレンジの向上効果を維持
しつつ、解像度の低下を抑えることができる。
As described above in detail, according to the present invention, three colors of α, β, and γ, which are the first to third different spectral characteristics for each pixel on the imaging surface, are arranged in a double staggered arrangement. Adjacent same color 4
By performing the pixel addition, the vertical resolution is not degraded and the horizontal resolution is also 2 in comparison with the non-addition Bayer array.
/ 3 can be secured, and a decrease in resolution can be suppressed while maintaining the effects of improving the high-speed frame rate, sensitivity, SN, and D range by addition reading.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施形態に係わる電子カメラの概略
構成を示すブロック図。
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of an electronic camera according to an embodiment of the present invention.

【図2】CCD撮像素子の素子構造を示す平面図。FIG. 2 is a plan view showing an element structure of a CCD image sensor.

【図3】実施形態のフィルタパターンと加算による単位
画素生成を説明するための図。
FIG. 3 is a view for explaining generation of a unit pixel by addition of a filter pattern according to the embodiment;

【図4】垂直加算駆動のパルス位相を示すタイミングチ
ャート。
FIG. 4 is a timing chart showing pulse phases of vertical addition driving.

【図5】水平加算駆動のパルス位相を示すタイミングチ
ャート。
FIG. 5 is a timing chart showing pulse phases of horizontal addition driving.

【図6】従来のフィルタパターンと加算による単位画素
生成を説明するための図。
FIG. 6 is a diagram for explaining unit pixel generation by a conventional filter pattern and addition.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101…レンズ系 102…レンズ駆動機構 103…露出制御機構 104…フィルタ系 105…CCDカラー撮像素子 106…CCDドライバ 107…プリプロセス部 108…デジタルプロセス部 109…カードインターフェース 110…メモリカード 111…LCD画像表示系 112…システムコントローラ(CPU) 113…操作スイッチ系 114…操作表示系 115…レンズドライバ 116…ストロボ 117…露出制御ドライバ 118…不揮発性メモリ(EEPROM) DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Lens system 102 ... Lens drive mechanism 103 ... Exposure control mechanism 104 ... Filter system 105 ... CCD color image sensor 106 ... CCD driver 107 ... Pre-process part 108 ... Digital process part 109 ... Card interface 110 ... Memory card 111 ... LCD image Display system 112 ... System controller (CPU) 113 ... Operation switch system 114 ... Operation display system 115 ... Lens driver 116 ... Strobe 117 ... Exposure control driver 118 ... Non-volatile memory (EEPROM)

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】複数の光電変換画素を行列配置した撮像面
を有し、該撮像面の各画素に対して相異なる第1〜3の
分光特性であるα,β,γの3色を配列させた色配列に
よって点順次色分解を行う単板カラー撮像素子であっ
て、 前記色配列は、 第1行:α α β β γ γ 第2行:α α β β γ γ 第3行:β γ γ α α β 第4行:β γ γ α α β からなる4行×6列を単位配列とする周期配列であるこ
とを特徴とするカラー撮像素子。
An imaging surface having a plurality of photoelectric conversion pixels arranged in a matrix, and three colors of α, β, and γ, which are first to third different spectral characteristics, are arranged for each pixel on the imaging surface. A single-chip color imaging device that performs point-sequential color separation according to the color arrangement, wherein the color arrangement is: first line: ααββγγ second line: ααββγγ third line: β γγααβ Fourth row: A color image sensor having a periodic array having a unit array of 4 rows × 6 columns composed of βγγααβ.
【請求項2】前記α,β,γは、加色混合の3原色RG
Bの各色であることを特徴とする請求項1に記載のカラ
ー撮像素子。
2. The α, β, and γ are three primary colors RG of additive color mixture.
2. The color image pickup device according to claim 1, wherein each of the colors is B.
【請求項3】請求項1又は2に記載のカラー撮像素子
と、この撮像素子を駆動して撮像信号を読み出す駆動手
段と、前記撮像素子の画素配列における行及び列の各方
向に隣接する4つの同色の画素信号情報毎に加算する同
色加算手段と、該加算手段の出力に基づいて所定フォー
マットの画像信号を生成可能な画像信号生成手段とを有
したことを特徴とする撮像装置。
3. A color image sensor according to claim 1, wherein said image sensor is driven to read out an image signal. An image pickup apparatus comprising: a same-color adding means for adding two pieces of same-color pixel signal information; and an image signal generating means capable of generating an image signal of a predetermined format based on an output of the adding means.
【請求項4】前記加算手段における列方向の画素信号情
報の加算は、前記駆動手段による前記撮像素子の垂直転
送路から水平転送路への電荷転送に際して、毎回の水平
ブランキング期間に2画素(2転送単位)分の電荷転送
を行う垂直2加算駆動によって行われるものであること
を特徴とする請求項3に記載の撮像装置。
4. The addition of the pixel signal information in the column direction by the adding means is performed by transferring two pixels (every horizontal blanking period) each time a charge is transferred from the vertical transfer path to the horizontal transfer path of the image sensor by the drive means. The imaging apparatus according to claim 3, wherein the imaging is performed by vertical two-addition driving that performs charge transfer for two transfer units.
【請求項5】前記加算手段における行方向の画素信号情
報の加算は、前記駆動手段による前記撮像素子の水平転
送路から出力アンプへの電荷転送に際して、前記出力ア
ンプにおける1回のリセット動作に対して2画素(2転
送単位)分の電荷転送を行う水平2加算駆動であって、
さらに前記垂直2加算駆動による新たな行単位で水平方
向の画素加算領域を1画素分ずらす加算位相反転型水平
2加算駆動によって行われるものであることを特徴とす
る請求項4に記載の撮像装置。
5. The method according to claim 1, wherein the addition of the pixel signal information in the row direction by the adding means is performed in response to one reset operation in the output amplifier when the driving means transfers a charge from a horizontal transfer path of the image sensor to an output amplifier. Horizontal two-addition drive for transferring charges for two pixels (two transfer units)
5. The image pickup apparatus according to claim 4, further comprising an addition phase inversion type horizontal two addition drive that shifts a pixel addition area in the horizontal direction by one pixel in a new row unit by the vertical two addition drive. .
【請求項6】前記加算手段における行方向の画素信号情
報の加算は、前記垂直2加算駆動によって読み出された
撮像素子出力画像信号をA/D変換した後に、水平方向
の2画素づつデジタル加算し、且つ前記垂直2加算駆動
による新たな行毎に水平方向の画素加算領域を1画素分
ずらすことにより行われるものであることを特徴とする
請求項4に記載の撮像装置。
6. The addition of the pixel signal information in the row direction by the addition means is performed by digitally adding two pixels in the horizontal direction after A / D conversion of an image sensor output image signal read by the vertical two addition drive. 5. The image pickup apparatus according to claim 4, wherein the horizontal pixel addition area is shifted by one pixel for each new row by the vertical two addition drive.
【請求項7】前記駆動手段は、前記撮像素子の画素信号
情報を非加算駆動で読み出すものであり、前記加算手段
は、前記隣接する4つの同色の画素信号情報の加算に係
わる全ての処理を、前記非加算駆動によって読み出され
た撮像素子出力画像信号をA/D変換した後にデジタル
加算によって行うものであることを特徴とする請求項3
に記載の撮像装置。
7. The driving unit reads out the pixel signal information of the image sensor by non-addition driving, and the addition unit performs all processes related to the addition of the four adjacent pixel signal information of the same color. 4. The method according to claim 3, wherein the A / D conversion is performed on the image sensor output image signal read out by the non-addition drive, and then the digital image addition is performed.
An imaging device according to claim 1.
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