JP2006121173A - Pixel arrangement method for imaging pickup device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a pixel arrangement method of imaging elements which can the image quality improved. <P>SOLUTION: The imaging device has the primary color filters of red, green and blue, and the filters are arranged in the Bayer system. The element has a thinning operation mode for thinning the pixels of a vertical direction, and reading the pixels in addition to a mode for reading all the pixels and has pixels read at only the thinning operation mode. The thinning operation mode is a mode, in which a pixel obtained compositing one read pixel with some unread pixels, is considered as a single pixel, and electrical signals are read for composite pixels read in the thinning operation mode, with a timing in which the number of pixels to be composited of composite pixels to be read at odd-numbered position differs from that of composite pixels to be read at even-numbered position. In this imaging element, the method decides the arrangement of columns of filters of red, green and blue of the imaging element. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、静止画像や動画像を撮像する際に用いられる、撮像素子の画素の配置方法に関する。   The present invention relates to a pixel arrangement method of an image sensor used when capturing a still image or a moving image.

ディジタルカメラで用いられるCCDイメージセンサ等撮像素子は、一般に赤(R)、緑(G)、青(B)の3種の原色系のフィルタを有し、ベイヤ方式と呼ばれる方法により配列の決定がなされている。これは図2(a)に示すように、Gを市松状に配置し、残りの部分にRBを配置する方法である。厳密に、ベイヤの方式を座標で考えると、図2(a)〜(b)のように4種類の配置の組み合わせが可能となる。   An image sensor such as a CCD image sensor used in a digital camera generally has three primary color filters of red (R), green (G), and blue (B), and the arrangement is determined by a method called a Bayer method. Has been made. As shown in FIG. 2A, this is a method in which G is arranged in a checkered pattern and RB is arranged in the remaining portion. Strictly speaking, when the Bayer method is considered in terms of coordinates, four types of arrangements can be combined as shown in FIGS.

撮像装置において、レンズにより集光された光は撮像素子のRGBのフィルタのうちのいずれかを通過した後、フォトダイオードという受動素子に照射される。このとき、光エネルギーが電気的エネルギーに変換され、フォトダイオードに電荷が蓄積される。この信号電荷は電圧に変換された後、後段のA/Dコンバータ、信号処理回路等で映像処理され、静止画像もしくは動画像が再現される。   In the image pickup apparatus, the light collected by the lens passes through one of the RGB filters of the image pickup element and is then irradiated to a passive element called a photodiode. At this time, light energy is converted into electrical energy, and charges are accumulated in the photodiode. This signal charge is converted into a voltage and then subjected to video processing by a subsequent A / D converter, a signal processing circuit, etc., and a still image or a moving image is reproduced.

撮像素子の信号電荷を読み出す方法には、大きく分けて2種類ある。撮像素子の全画素に対応する信号電荷を読み出す全画素モードと、垂直方向を間引いて、一部の画素に対応する信号電荷を読み出す間引き動作モードである。全画素モードについての説明は本発明においては省略し、間引き動作モードについての説明を行う。   There are roughly two types of methods for reading the signal charge of the image sensor. There are an all-pixel mode for reading out signal charges corresponding to all the pixels of the image sensor and a thinning-out operation mode for reading out signal charges corresponding to some pixels by thinning out the vertical direction. The description of the all pixel mode is omitted in the present invention, and the thinning operation mode is described.

間引き動作モードは、撮像素子の画素数列につき、1列を読み出す動作モードである。ディジタルカメラのLCDパネル等の表示装置は、撮像素子の数10分の1程度の画素数しか有していないものがほとんどである。このため、撮影中のシーンを写す(EVFと呼ぶ)場合や撮影画像を表示する場合、撮像素子の全画素を用いた画像を使用することはできない。よって画像を間引き処理をして画素数を小さくする必要があるが、撮像素子からの信号電荷そのものを間引いて読み出す方式をとる。また、1画面の全画素の情報を読み出すには時間がかかるため、EVFや動画撮影中において、映像がとぎれとぎれに見えてしまう等価残像現象が発生する。間引き動作モードは間引いて読み出す分、1画面の情報を読み出す時間も短くなり、等価残像現象は目立たないレベルまで抑えられる。よって、これらの理由により、EVFまたは動画撮影においては、一部の画素を間引いて読み出す間引き動作モードが用いられる。   The thinning-out operation mode is an operation mode in which one column is read out for every number of pixels of the image sensor. Most display devices such as LCD panels of digital cameras have only about one-tenth the number of pixels of the image sensor. For this reason, when a scene being photographed is shot (referred to as EVF) or when a photographed image is displayed, an image using all pixels of the image sensor cannot be used. Therefore, it is necessary to thin out the image to reduce the number of pixels, but a method of thinning out and reading out the signal charge itself from the image sensor is adopted. Further, since it takes time to read out information of all pixels of one screen, an equivalent afterimage phenomenon occurs in which an image appears to be cut off during EVF or moving image shooting. Since the thinning-out operation mode is thinned out and read out, the time for reading out information on one screen is shortened, and the equivalent afterimage phenomenon is suppressed to an inconspicuous level. Therefore, for these reasons, in the EVF or moving image shooting, a thinning-out operation mode in which some pixels are thinned and read out is used.

間引き動作モードの読み出し方法について説明する。エネルギー変換を行うフォトダイオードは、撮像素子1つの画素に対して1つのフォトダイオードが対応しており、光が照射されるとその量に対して電荷を生じ、蓄積することができる。さらにそれぞれのフォトダイオードには、垂直転送電極(φV1、φV2)が接続されており、垂直方向に交互に配列されている。この垂直転送電極φV1、φV2の一部は間引き動作モードで作用する垂直転送電極であり、φV1A、φV2Aと表記する。その他の電極は、φV1B、φV2Bと表記する(図3)。フォトダイオードに電荷が蓄えられた後、φV1A、φV2Aの垂直転送電極にのみ、読み出しパルスと呼ばれるパルス電圧がかけられると、フォトダイオードに蓄えられたマイナスの電荷は、電気的作用によりφV1A、φV2Aに移動する。移動後、その他フォトダイオードに蓄えられた電荷は基板中に捨てられ、利用されない。次に、電極の電圧を、電荷がひきつけられる状態(+)、電荷がひきつけられない状態(−)に交互に入れ替えることにより垂直方向に移動させる。φV1AとφV1B、φV2AとφV2Bに加わる電圧は、読み出しパルス電圧以外はそれぞれ同じである。全垂直転送電極に対するφV1AとφV2Aを合わせたものの割合は、1/4以下が一般的であり、これが間引き動作モードの間引き割合となる。ここで電荷がひきつけられる+の電極(電荷許容電極)には、実際に信号電荷がひきつけられている電極と、電荷が存在しない(カラ電荷と呼ぶことにする)電極があることに注意する。また詳述は避けるが、電荷が読み出し・垂直転送により混ざったり、逆流したりすることはない。   A reading method in the thinning operation mode will be described. In the photodiode that performs energy conversion, one photodiode corresponds to one pixel of the image sensor, and when irradiated with light, an amount of charge is generated and accumulated. Further, vertical transfer electrodes (φV1, φV2) are connected to the respective photodiodes and are alternately arranged in the vertical direction. Some of the vertical transfer electrodes φV1 and φV2 are vertical transfer electrodes that operate in the thinning-out operation mode, and are denoted as φV1A and φV2A. The other electrodes are denoted as φV1B and φV2B (FIG. 3). After a charge is stored in the photodiode, when a pulse voltage called a readout pulse is applied only to the vertical transfer electrodes of φV1A and φV2A, the negative charge stored in the photodiode is transferred to φV1A and φV2A by electrical action. Moving. After the movement, other charges stored in the photodiode are discarded in the substrate and are not used. Next, the voltage of the electrode is moved in the vertical direction by alternately switching between a state in which charges are attracted (+) and a state in which charges are not attracted (−). The voltages applied to φV1A and φV1B, and φV2A and φV2B are the same except for the read pulse voltage. The ratio of the total of φV1A and φV2A with respect to all the vertical transfer electrodes is generally 1/4 or less, and this is the thinning ratio of the thinning operation mode. Note that the positive electrode (charge allowable electrode) to which charges are attracted includes an electrode to which signal charges are actually attracted and an electrode in which no charges are present (referred to as color charges). In addition, although detailed description is avoided, charges are not mixed or reversely flowed by reading and vertical transfer.

また、図3のように垂直転送電極の終端には水平転送路と呼ばれる電極が接続しており、終端より垂直方向に一段移動された電荷は、この水平転送路に移される。水平転送路もφH1、φH2の電極が交互に並んでおり、水平転送電極1つに対して、垂直方向に一列となった垂直電極が対応している。水平電極もまた+−を交互に入れ替えることにより、電荷は水平方向に移動させられる。電荷の混ざり、逆流は、垂直転送電極と同様詳述は避けるが起こらない。   In addition, as shown in FIG. 3, an electrode called a horizontal transfer path is connected to the end of the vertical transfer electrode, and the electric charge moved one step in the vertical direction from the end is transferred to this horizontal transfer path. Also in the horizontal transfer path, the electrodes of φH1 and φH2 are alternately arranged, and the vertical electrodes arranged in a line in the vertical direction correspond to one horizontal transfer electrode. The horizontal electrode is also moved in the horizontal direction by alternating ++. Charge mixing and backflow will not occur in the same way as the vertical transfer electrode, although it will be avoided.

水平転送電極の終端には出力アンプが接続されている。出力アンプでは、コンデンサのチャージの原理で電荷を電圧に変換し出力する。この電圧は図のようにA/D変換器にシリアルに渡された後、映像情報処理系統に渡され画像処理が行われる。   An output amplifier is connected to the end of the horizontal transfer electrode. In the output amplifier, the charge is converted into a voltage based on the principle of capacitor charge and output. This voltage is serially transferred to the A / D converter as shown in the figure, and then transferred to the video information processing system for image processing.

垂直転送路から水平転送路へ電荷が移動する際は、電荷許容領域が1つ移動し水平転送が行われるのではなく、信号電荷1つとカラ電荷複数が水平転送路に移動されて水平転送が始まる。この様子を図4に示す。この図は、ある垂直転送電極の電圧の状態、並びにひきつけられている電荷の時間経過を表している。白の四角はカラ電荷であり、それ以外の四角は電荷である。この2つの状態の際、電極は+の電圧がかけられている。また−の時は、電極には−の電圧がかけられているものとする。この表で説明すると、水平転送電極において、時刻t2ではカラ電荷が渡されるが、これに時刻t4では電荷が渡され、合成される。そして、時刻t5において、水平方向に電荷が転送されている。このように、水平転送電極に渡される際に、信号電荷とカラ電荷が合成されていることになる(この合成された電荷を電荷パケットと呼ぶことにする)。これは、カラ電荷には電荷がほとんど含まれていないため合成しても画像に影響がないことと、電荷許容領域1つに対して水平転送処理をさせることは、処理時間・消費電力の増大につながることなどによる。これら、垂直転送タイミングと水平転送タイミングを表したタイミング図を図5に示す。   When the charge moves from the vertical transfer path to the horizontal transfer path, one charge allowable region moves and horizontal transfer is not performed, but one signal charge and a plurality of color charges are moved to the horizontal transfer path to perform horizontal transfer. Begins. This is shown in FIG. This figure shows the voltage state of a certain vertical transfer electrode and the time course of the attracted electric charge. The white squares are color charges, and the other squares are charges. In these two states, a positive voltage is applied to the electrode. In the case of-, it is assumed that a voltage of-is applied to the electrode. To explain with this table, in the horizontal transfer electrode, the color charge is delivered at time t2, but the charge is delivered and synthesized at time t4. At time t5, charges are transferred in the horizontal direction. In this way, when the signal is transferred to the horizontal transfer electrode, the signal charge and the color charge are combined (the combined charge is referred to as a charge packet). This is because the color charge contains almost no charge, so there is no effect on the image even if it is combined, and horizontal transfer processing for one charge allowable area increases processing time and power consumption. By connecting to. FIG. 5 is a timing chart showing these vertical transfer timing and horizontal transfer timing.

全垂直転送電極に対するφV1AとφV2Aを合わせたものの割合、すなわち撮像素子の間引き動作モード時の間引き割合は撮像素子ごとに異なるが、奇数分の1の場合には注意が必要である。なぜならば、奇数分の1の際は、奇数番目のパケットと偶数番目のパケットにおいて、合成されるカラ電荷の数が異なるためである。1/4の間引き割合の場合に1パケットに1個ずつカラ電荷が合成されるが、1/5の間引きの場合には、1個と2個合成されるものが発生することになる。   The ratio of the sum of φV1A and φV2A to all the vertical transfer electrodes, that is, the thinning ratio in the thinning-out operation mode of the image sensor differs for each image sensor, but care must be taken in the case of an odd number. This is because, in the case of an odd number, the number of color charges to be synthesized is different between the odd-numbered packet and the even-numbered packet. In the case of the decimation rate of 1/4, one color charge is synthesized for each packet. However, in the case of decimation of 1/5, one and two are synthesized.

CCDイメージセンサでは、垂直転送路に光が漏れることで生じる、スミアという偽信号が発生する。スミアは漏れる光の量に比例し偽電荷が発生する。これにより垂直方向にほぼ同じ量の電荷が加算され、見た目、光の帯が垂直に生じる。またスミアが発生した際は、信号電荷のみならず、従来は電荷が何もないカラ電荷にも電荷が発生してしまう。スミアはCCDイメージセンサの構造上どうしても避けることはできない問題である。   In the CCD image sensor, a false signal called smear is generated due to light leaking into the vertical transfer path. Smear generates a false charge in proportion to the amount of light leaking. As a result, almost the same amount of electric charge is added in the vertical direction, and an appearance and a band of light are generated vertically. In addition, when smear occurs, not only signal charges but also color charges that conventionally have no charge are generated. Smear is a problem that cannot be avoided due to the structure of the CCD image sensor.

ここで、間引き動作モード時、奇数分の間引きを行う撮像素子において、電荷パケットにおけるカラ電荷合成量の違いにより、カラ電荷が多いパケットに対応する画素フィルタの色は、カラ電荷が合成された量だけ強調され、スミアに色がつくことになる。この結果、EVFや動画が非常に醜い映像となってしまう。   Here, in an image pickup device that performs odd-number thinning in the thinning-out operation mode, the color of the pixel filter corresponding to a packet with a large amount of color charge is the amount of color charge synthesized due to a difference in color charge synthesis amount in the charge packet. Only emphasis will be given and smear will be colored. As a result, EVF and moving images become very ugly images.

スミアは光の強さに比例するため、屋外等において、太陽光等強い光が発生する個所にて目立つ。また、人間の目は、周波数が低い赤色の光は周波数が高めの緑・青色の光よりも目立つようになっているため、カラ電荷が多いパケットに対応した電荷が赤色フィルタの電荷である場合、さらにスミアが目立つようになってしまう。従来の撮像素子の画素の配置は、このようなスミアの赤色傾向は考慮されておらず、まちまちである。   Since smear is proportional to the intensity of light, it stands out in places where strong light such as sunlight is generated outdoors. In addition, since the human eye is more likely to see red light with a lower frequency than green / blue light with higher frequencies, the charge corresponding to a packet with a large amount of color charge is the charge of the red filter. Furthermore, smear becomes more noticeable. The arrangement of the pixels of the conventional image sensor is not considered such a smear red tendency and varies.

また撮像素子の各色のフィルタは分光感度のレベルに差があることがある。このレベル差は映像処理回路において、ゲイン調整し、同じ量にするように処理が行われている。しかし、スミアはフィルタを通過せずに生じる信号電荷であるため、同じ量の電荷に対してゲイン調整が行われ、実際には大きさの異なる信号が扱われることになる。しかし、このゲイン調整による電荷の大きさの違いと、カラ電荷の合成の違いによる電荷の大きさの違いを打ち消しあうように画素の配置を行うことも可能であるが、実際には考慮されていない。
特開平10-155100
In addition, the filters of the respective colors of the image sensor may have a difference in spectral sensitivity level. This level difference is processed in the video processing circuit so that the gain is adjusted to the same amount. However, since smear is signal charge generated without passing through the filter, gain adjustment is performed for the same amount of charge, and signals of different sizes are actually handled. However, although it is possible to arrange the pixels so as to cancel out the difference in charge magnitude due to this gain adjustment and the difference in charge magnitude due to the difference in color charge synthesis, this is actually considered. Absent.
JP 10-155100 A

そこで、奇数分の1間引きを行う間引き動作モードを有する撮像素子において、スミアが発生した際、人間にとって目立ちやすいスミアの赤色の傾向をなくすよう、図2(a)〜(d)のとりうる4種類のフィルタの配置からふさわしいR,G,Bの配置方法について提案する。   Therefore, in the image pickup element having a thinning-out operation mode for thinning out by an odd number, when smear occurs, 4 possible in FIGS. 2A to 2D so as to eliminate the smear red tendency that is conspicuous for humans. We propose an arrangement method for R, G, and B that is suitable for the arrangement of various types of filters.

請求項1に対しては、赤・緑・青の原色フィルタを持ち、かつベイヤの方式により配列された撮像素子において、
全画素を読み出すモードのほかに、垂直方向の画素を間引いて読み出す間引き動作モードを有し、
間引き動作モード時にのみ読み出される画素があり、
間引き動作モードは、その読み出された1つの画素と、読み出されないいくつかの画素を合成したものを1つの画素とみなすモードであり、
間引き動作モードで読み出された合成画素に対して、奇数番目に読み出される合成画素と偶数番目に読み出される合成画素の、合成される数が異なるようなタイミングで電荷信号が読み出されるこれらの特徴に対して、
撮像素子の赤・緑・青のフィルタの列の配置を決定する方法を特徴とする。
With respect to claim 1, in the image pickup device having the primary color filters of red, green, and blue and arranged by the Bayer method,
In addition to the mode to read out all pixels, it has a thinning-out operation mode to read out by reading out pixels in the vertical direction,
There are pixels that are read out only in the thinning operation mode,
The thinning-out operation mode is a mode in which one pixel that is read out and a combination of several pixels that are not read out are regarded as one pixel.
The charge signal is read at a timing such that the number of synthesized pixels of the odd-numbered synthesized pixels and the even-numbered synthesized pixels are different from the synthesized pixels read in the thinning-out operation mode. for,
It is characterized by a method for determining the arrangement of red, green and blue filter rows of an image sensor.

また請求項2に対しては、赤・緑・青の原色フィルタを持ち、かつベイヤの方式により配列された撮像素子において、
全画素を読み出すモードのほかに、垂直方向の画素を間引いて読み出す間引き動作モードを有し、
間引き動作モード時にのみ読み出される画素があり、
間引き動作モードは、その読み出された1つの画素と、読み出されないいくつかの画素を合成したものを1つの画素とみなすモードであり、
間引き動作モードで読み出された合成画素に対して、奇数番目に読み出される合成画素と偶数番目に読み出される合成画素の、合成される数が異なるようなタイミングで電荷信号が読み出され、
さらに、赤の分光感度特性が緑・青の2つよりも小さいこれらの特徴に対して撮像素子の赤・緑・青のフィルタの列の配置を決定する方法を特徴とする。
Further, in claim 2, in the image pickup device having primary color filters of red, green, and blue and arranged by the Bayer method,
In addition to the mode to read out all pixels, it has a thinning-out operation mode to read out by reading out pixels in the vertical direction,
There are pixels that are read out only in the thinning operation mode,
The thinning-out operation mode is a mode in which one pixel that is read out and a combination of several pixels that are not read out are regarded as one pixel.
The charge signal is read out at a timing such that the number of synthesized pixels of the odd-numbered synthesized pixels and the even-numbered synthesized pixels are different from the synthesized pixels read out in the thinning operation mode,
Further, the present invention is characterized in that the arrangement of the red, green, and blue filter rows of the image sensor is determined for these features in which the spectral sensitivity characteristic of red is smaller than two of green and blue.

以上説明したように本発明によれば、CCDイメージセンサにおいて適切な画素配列を決定することによって、撮像した動画像、およびEVF時において、スミアが発生した際に色がかったスミアを生じることのない映像を提供することが可能となる。   As described above, according to the present invention, by determining an appropriate pixel arrangement in the CCD image sensor, a smear that is colored when smear occurs does not occur in the captured moving image and EVF. Video can be provided.

(第1の実施例)
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
(First embodiment)
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は、本発明に係る撮像装置の構成を表すブロック図である。この撮像装置は、レンズ・絞り等を含む鏡筒1、鏡筒1を駆動する鏡筒制御ドライバ2、鏡筒1によって集められた光を電気エネルギーに変換する固体撮像素子3、固体撮像素子3を制御するタイミングジェネレータ4、固体撮像素子3より出力される画素信号をA/D変換するA/D変換回路5、またA/D変換された画素信号を入力し、映像処理を行う映像処理回路6、システム制御回路7より構成される。   FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an imaging apparatus according to the present invention. This imaging apparatus includes a lens barrel 1 including a lens and a diaphragm, a lens barrel control driver 2 that drives the lens barrel 1, a solid-state imaging device 3 that converts light collected by the lens barrel 1 into electrical energy, and a solid-state imaging device 3 A timing generator 4 that controls the image signal, an A / D conversion circuit 5 that performs A / D conversion on the pixel signal output from the solid-state imaging device 3, and a video processing circuit that receives the A / D converted pixel signal and performs video processing 6 and system control circuit 7.

図3は固体撮像素子3の簡単な構成である。31の四角で表記された部分は、画素フィルタとフォトダイオードを表す。画素フィルタは、赤(R)・緑(G)・青(B)のうちの1つであり、フォトダイオードにより、光の量に比例した電荷を蓄えることができる。32は垂直転送電極であり、31のフォトダイオードに蓄えられた電荷を読み出しパルスにより移動される。33は水平転送電極であり、垂直転送電極を伝わってきた電荷を受け渡す電極である。34は出力アンプ部であり、コンデンサのチャージの原理で電荷を電圧に変換しA/D変換回路5に出力する。なお固体撮像素子3は図2(a)のように原色フィルタ赤・緑・青を有するベイヤ配列のCCDイメージセンサであり、間引き動作モードは垂直方向に5分の1画素を間引いて読み出すモードであるものとする。間引きモードはこれは座標を厳密に考えると、図(a)〜(d)のように4種類とりうる。   FIG. 3 shows a simple configuration of the solid-state imaging device 3. A portion indicated by a square 31 represents a pixel filter and a photodiode. The pixel filter is one of red (R), green (G), and blue (B), and can store charges proportional to the amount of light by the photodiode. Reference numeral 32 denotes a vertical transfer electrode, and charges stored in the photodiode 31 are moved by a read pulse. Reference numeral 33 denotes a horizontal transfer electrode, which is an electrode for transferring charges transmitted through the vertical transfer electrode. Reference numeral 34 denotes an output amplifier unit which converts charges into voltage on the principle of capacitor charging and outputs the voltage to the A / D conversion circuit 5. The solid-state imaging device 3 is a Bayer array CCD image sensor having primary color filters red, green, and blue as shown in FIG. 2A, and the thinning-out operation mode is a mode in which 1/5 pixels are thinned out in the vertical direction and read out. It shall be. The thinning-out mode can take four types as shown in FIGS.

さて、固体撮像素子3から画素信号を取り出すため、タイミングジェネレータの信号が任意のものに決まっているものとするが、下記条件は厳守されているものとする。すなわち
(1)φV1*とφV2*は垂直方向に交互に並んでおり、φV1A、φV2Aは一定の間隔で並んでいるものとする。また水平方向には、ここで決めたφV1A、φV1B、φV2A、φV2Bが同じように配置されているものとする(*は、AまたはB)。
Now, in order to extract the pixel signal from the solid-state imaging device 3, it is assumed that the signal of the timing generator is arbitrary, but the following conditions are strictly observed. (1) It is assumed that φV1 * and φV2 * are alternately arranged in the vertical direction, and φV1A and φV2A are arranged at regular intervals. In the horizontal direction, φV1A, φV1B, φV2A, and φV2B determined here are arranged in the same manner (* is A or B).

(2)間引き動作モードにおけるフォトダイオードから垂直転送電極への電荷の移動は、まずφV1Aから先に行われ、次にφV2Aが後に行われる。また読み出しパルスは、電圧が+の状態中の期間のみ発生する。   (2) The charge transfer from the photodiode to the vertical transfer electrode in the thinning-out operation mode is first performed from φV1A, and then φV2A is performed later. The read pulse is generated only during the period when the voltage is in the + state.

(3)φV1*とφV2*にかけられる、垂直転送動作のための電圧は電圧がひきつけられる状態(+)と電圧がひきつけられない状態(−)の2種類であり、φV1*とφV2*で対になっている。   (3) There are two types of voltages for vertical transfer operation applied to φV1 * and φV2 *: a state where voltage is attracted (+) and a state where voltage is not attracted (−). It has become.

以下は図6を図示しながら説明を行う。まず、(1)の条件に従い、フォトダイオードに対応するφV1A、φV1B、φV2A、φV2Bを配置させる。これはどのような配置であっても構わないが、間引き動作モードは1/5間引きなので、10個の垂直転送電極の中に2個のφV1A、φV2Aを配置する。次に間引き動作の読み出しのタイミングを決める。   The following will be described with reference to FIG. First, according to the condition (1), φV1A, φV1B, φV2A, and φV2B corresponding to the photodiodes are arranged. Any arrangement may be used, but since the thinning operation mode is 1/5 thinning, two φV1A and φV2A are arranged in ten vertical transfer electrodes. Next, the readout timing of the thinning operation is determined.

時刻t1:φV1*を+、φV2*を−の電圧の状態とする。   Time t1: φV1 * is set to +, and φV2 * is set to −.

時刻t2:さらにφV1Aに読み出しパルス電圧をかけたとし、フォトダイオードからφV1Aに電荷を移動させるとする。この際、+の電極には5個のうち1個に電荷がひきつけられており、残りの4個には電荷が存在しない(カラ電荷が存在する)。   Time t2: Further, it is assumed that a read pulse voltage is applied to φV1A, and charge is transferred from the photodiode to φV1A. At this time, one of the five electrodes is charged in the + electrode, and no charge is present in the remaining four electrodes (color charge is present).

時刻t3:次にφV1*に−、φV2*に+の電圧をかけ、読み出された電荷を1段移動させる。   Time t3: Next, a voltage of − is applied to φV1 * and a voltage of + is applied to φV2 *, and the read charges are moved by one stage.

時刻t4:φV2Aを読み出す。垂直転送電極には、5個の+の中に2個の電荷が存在し、3個のカラ電荷が存在することになる。   Time t4: φV2A is read out. In the vertical transfer electrode, two charges exist in five +, and three color charges exist.

時刻t5〜:水平転送電極に信号電荷が移動するまで垂直に転送させる。電荷が移動したら、水平転送を行う(時刻t8)。   Time t5: The signal charge is transferred vertically to the horizontal transfer electrode until it moves. When the charge moves, horizontal transfer is performed (time t8).

また、水平転送電極への移動の際、信号電荷と、カラ電荷が合成されるが、転送可能な5個の+の電極中、2個が電荷、3個がカラ電荷となるため、できるだけ均等にカラ電荷を分配する。つまり、水平転送電極に渡される電荷パケットには
(1)カラ電荷2個と電荷1個
(2)カラ電荷1個と電荷1個
のものが渡されることになる。
In addition, when moving to the horizontal transfer electrode, the signal charge and the color charge are combined. Of the 5 positive electrodes that can be transferred, 2 are the charge and 3 are the color charge. Distribute color charge to That is, (1) two color charges and one charge (2) one color charge and one charge are delivered to the charge packet delivered to the horizontal transfer electrode.

このとき、カラ電荷が2個合成される電荷は、スミア発生時合成される電荷量も増えてしまう。特に赤色のフィルタに対応する電荷の場合、人間の目には赤色がさらに目立ってしまう。そこで、赤色のフィルタに対応する電荷にはカラ電荷1個を合成することになるように赤色の画素フィルタを配置するようにする。つまり図6のφV1Aに対応する画素2には赤、緑を配置し、画素1には緑、青を配置することになる。   At this time, the amount of charge synthesized when two colored charges are combined also increases the amount of charge synthesized when smear occurs. In particular, in the case of a charge corresponding to a red filter, red is more noticeable to human eyes. Therefore, a red pixel filter is arranged so that one color charge is combined with the charge corresponding to the red filter. That is, red and green are arranged in the pixel 2 corresponding to φV1A in FIG. 6, and green and blue are arranged in the pixel 1.

ここで間引き動作モードが1/5以外の1/7、1/9等の場合でも合成されるカラ電荷を2個と3個、3個と4個とし、1/5の場合と同様合成されるカラ電荷が少ないほうの電荷を赤色に対応させればよく、問題はない。また読み出される順番は、φV1A、φV2Aの順番にしているが、この順番を変えてもその後には影響がないため問題はない。また、カラ電荷を分配する場合、場合によっては0個と3個等、均等に近くない分配をする可能性もあるが、赤色の電荷は、カラ電荷の小さいほうと合成させればよく、特に方法は変わらないので問題はない。   Here, even when the thinning-out operation mode is 1/7, 1/9, etc. other than 1/5, the color charges to be synthesized are 2, 3, 3, and 4, and are synthesized in the same manner as in 1/5. There is no problem as long as the charge with less color charge corresponds to red. Further, the reading order is φV1A and φV2A, but even if this order is changed, there is no problem because there is no influence thereafter. In addition, in the case of distributing color charges, there is a possibility that the distribution is not nearly equal, such as 0 and 3, but the red charge may be combined with the smaller color charge. There is no problem because the method does not change.

(第2の実施例)
第2の実施例に関する固体撮像素子構成は、第1の実施例と同様図1のような構成とする。また、固体撮像素子のRGBのとりうる配列もまた、第1の実施例と同様図3(a)〜(d)のようなものとする。
(Second embodiment)
The configuration of the solid-state imaging device according to the second embodiment is the same as that of the first embodiment as shown in FIG. Further, the RGB possible arrangement of the solid-state imaging device is also as shown in FIGS. 3A to 3D, as in the first embodiment.

固体撮像素子に対して、まず図6のような分光感度特性を得る。ここではRが一番小さいものとする。この分光感度の大きさは、映像処理回路により同じ大きさになるようゲイン調整されるが、スミアはフィルタを通過せず発生する信号のため、同じ大きさの信号がゲイン調整だけされて大きさが同じ量とはならなくなる。よって、映像処理回路にてゲイン調整される一番大きな画素フィルタ、即ち分光感度の一番小さな画素フィルタをカラ電荷1個合成される電荷に配置する。つまり、図7の画素1には赤、緑を配置し、画素2には緑、青を配置する。これにより、カラ電荷合成により生ずるスミアの赤色と、ゲイン調整によって生じるスミアの赤色が相殺され目立たないようになる。   First, spectral sensitivity characteristics as shown in FIG. 6 are obtained for the solid-state imaging device. Here, it is assumed that R is the smallest. The magnitude of this spectral sensitivity is adjusted by the video processing circuit so that it has the same magnitude, but the smear is a signal that does not pass through the filter, so the signal of the same magnitude is only gain adjusted. Will not be the same amount. Therefore, the largest pixel filter whose gain is adjusted by the video processing circuit, that is, the pixel filter having the smallest spectral sensitivity, is arranged on the charge synthesized by one color charge. That is, red and green are arranged in the pixel 1 in FIG. 7, and green and blue are arranged in the pixel 2. As a result, the smear red color generated by the color charge synthesis and the smear red color generated by the gain adjustment are canceled out and become inconspicuous.

本発明の一実施形態における構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure in one Embodiment of this invention. (a)〜(d)は本実施形態における固体撮像素子の画素フィルタの配列である。(A)-(d) is the arrangement | sequence of the pixel filter of the solid-state image sensor in this embodiment. 本発明における固体撮像素子の構成である。It is a structure of the solid-state image sensor in this invention. 電荷が水平転送路に渡される際、合成される様子を示した図である。It is the figure which showed a mode that an electric charge was combined when passing to a horizontal transfer path. 1/5間引き動作モードにおける、垂直・水平転送電極のタイミングの一例の図である。It is a figure of an example of the timing of a vertical and a horizontal transfer electrode in 1/5 thinning-out operation mode. 本実施形態におけるCCDイメージセンサの分光感度特性の一例である。It is an example of the spectral sensitivity characteristic of the CCD image sensor in this embodiment. 本実施形態における画素配置方法の一例である。It is an example of the pixel arrangement | positioning method in this embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1 鏡筒(レンズ、絞り等)
2 鏡筒制御ドライバ
3 固体撮像素子
31 画素、フォトダイオード
32 垂直転送電極
33 水平転送電極
34 出力アンプ
71 画素、フォトダイオード
72 垂直転送電極
73 水平転送電極
1 Lens barrel (lens, aperture, etc.)
2 barrel control driver 3 solid-state imaging device 31 pixel, photodiode 32 vertical transfer electrode 33 horizontal transfer electrode 34 output amplifier 71 pixel, photodiode 72 vertical transfer electrode 73 horizontal transfer electrode

Claims (2)

赤・緑・青の原色フィルタを持ち、かつベイヤの方式により配列された撮像素子において、
全画素を読み出すモードのほかに、垂直方向の画素を間引いて読み出す間引き動作モードを有し、
間引き動作モード時にのみ読み出される画素があり、
間引き動作モードは、その読み出された1つの画素と、読み出されないいくつかの画素を合成したものを1つの画素とみなすモードであり、
間引き動作モードで読み出された合成画素に対して、奇数番目に読み出される合成画素と偶数番目に読み出される合成画素の、合成される数が異なるようなタイミングで電荷信号が読み出されるこれらの特徴に対して、
撮像素子の赤・緑・青のフィルタの列の配置を決定する方法。
In the image sensor that has the primary color filters of red, green, and blue and is arranged by the Bayer method,
In addition to the mode to read out all pixels, it has a thinning-out operation mode to read out by reading out pixels in the vertical direction,
There are pixels that are read out only in the thinning operation mode,
The thinning-out operation mode is a mode in which one pixel that is read out and a combination of several pixels that are not read out are regarded as one pixel.
The charge signal is read at a timing such that the number of synthesized pixels of the odd-numbered synthesized pixels and the even-numbered synthesized pixels are different from the synthesized pixels read in the thinning-out operation mode. for,
A method for determining the arrangement of red, green, and blue filter columns of an image sensor.
赤・緑・青の原色フィルタを持ち、かつベイヤの方式により配列された撮像素子において、
全画素を読み出すモードのほかに、垂直方向の画素を間引いて読み出す間引き動作モードを有し、
間引き動作モード時にのみ読み出される画素があり、
間引き動作モードは、その読み出された1つの画素と、読み出されないいくつかの画素を合成したものを1つの画素とみなすモードであり、
間引き動作モードで読み出された合成画素に対して、奇数番目に読み出される合成画素と偶数番目に読み出される合成画素の、合成される数が異なるようなタイミングで電荷信号が読み出され、
さらに、赤の分光感度特性が緑・青の2つよりも小さいこれらの特徴に対して撮像素子の赤・緑・青のフィルタの列の配置を決定する方法。
In the image sensor that has the primary color filters of red, green, and blue and is arranged by the Bayer method,
In addition to the mode to read out all pixels, it has a thinning-out operation mode to read out by reading out pixels in the vertical direction,
There are pixels that are read out only in the thinning operation mode,
The thinning-out operation mode is a mode in which one pixel that is read out and a combination of several pixels that are not read out are regarded as one pixel.
The charge signal is read out at a timing such that the number of synthesized pixels of the odd-numbered synthesized pixels and the even-numbered synthesized pixels are different from the synthesized pixels read out in the thinning operation mode,
Further, a method of determining the arrangement of the red, green, and blue filter rows of the image sensor for those features having red spectral sensitivity characteristics smaller than two of green and blue.
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