JP2007020118A - Photographing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固体撮像素子を搭載した撮影装置に関する。 The present invention relates to an imaging apparatus equipped with a solid-state imaging device.
デジタルカメラやカメラ付き携帯電話などの撮影装置に搭載される固体撮像素子として、CCDイメージセンサが知られている。CCDイメージセンサは、行列状に2次元配置され、入射光をその光量に応じた信号電荷に変換して蓄積する複数個の光電変換素子(フォトダイオード)と、光電変換素子の垂直列毎に設けられ、各光電変換素子からの信号電荷を垂直転送する複数本の垂直CCDと、垂直CCDから転送される1ライン(行)分の信号電荷を水平転送する水平CCDとを有し、信号電荷に応じた撮像信号を出力する。 2. Description of the Related Art A CCD image sensor is known as a solid-state imaging device mounted on a photographing device such as a digital camera or a camera-equipped mobile phone. The CCD image sensor is two-dimensionally arranged in a matrix, and is provided for each of a plurality of photoelectric conversion elements (photodiodes) that convert incident light into signal charges corresponding to the amount of light, and for each vertical column of photoelectric conversion elements. A plurality of vertical CCDs that vertically transfer signal charges from the photoelectric conversion elements, and a horizontal CCD that horizontally transfers signal charges for one line (row) transferred from the vertical CCDs. The corresponding imaging signal is output.
また、カラー画像を得るためには、RGB(またはCMY)のカラーフィルタを用いた単板式のCCDイメージセンサが一般に用いられている。R、G、Bの各色に対応した信号電荷は、垂直CCDと水平CCDとによって出力回路まで転送が行われる。この信号電荷の転送には、特に高速化の観点から様々な手法が提案されている(例えば、特許文献1、2参照)。
上記のような単板式のCCDイメージセンサにおいては、転送時に各色の信号電荷が混じることによる混色が問題となる。垂直CCDにおいては、インターライン方式の読み出しにより、色の分離を行うことができる。この場合、水平CCDにおいては、例えば“GGGG・・・”と“RBRB・・・”の2回に分けて信号電荷の転送が行われる。 In the single-plate CCD image sensor as described above, color mixing due to mixing of signal charges of respective colors during transfer becomes a problem. In a vertical CCD, color separation can be performed by interline readout. In this case, in the horizontal CCD, for example, “GGGG...” And “RBRB.
しかしながら、RとBとは色の変調度が大きいので、転送不良によって混色すると色変化が発生しやすい。特に、撮影装置を高感度モードとした場合には、混色の影響が顕著となる。 However, since R and B have a large degree of color modulation, a color change is likely to occur when colors are mixed due to transfer defects. In particular, when the photographing apparatus is set to the high sensitivity mode, the influence of color mixture becomes significant.
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、水平転送時の混色による色変化を防止することができる撮影装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an imaging apparatus that can prevent color change due to color mixing during horizontal transfer.
上記目的を達成するために、本発明の撮影装置は、特定の色の光を光電変換する複数種類の光電変換素子と、前記光電変換素子の垂直列毎に設けられ、前記各光電変換素子からの信号電荷を垂直転送する複数本の垂直CCDと、前記垂直CCDから転送される1ライン分の信号電荷を一旦蓄積して出力するラインメモリと、前記ラインメモリから出力された信号電荷を水平転送する水平CCDと、前記水平CCDによって転送された信号電荷に応じた撮像信号を出力する出力回路とを有する固体撮像素子が搭載された撮影装置において、前記ラインメモリに蓄積された信号電荷を色ごとに前記水平CCDに出力した上で水平転送する色分離転送を行わせる制御手段を備えたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a photographing apparatus of the present invention is provided for each of a plurality of types of photoelectric conversion elements that photoelectrically convert light of a specific color and each vertical column of the photoelectric conversion elements, and from each of the photoelectric conversion elements A plurality of vertical CCDs that vertically transfer the signal charges, a line memory that temporarily accumulates and outputs signal charges for one line transferred from the vertical CCDs, and a horizontal transfer of the signal charges output from the line memories In a photographing apparatus equipped with a solid-state image sensor having a horizontal CCD that outputs and an output circuit that outputs an image signal corresponding to the signal charge transferred by the horizontal CCD, the signal charge stored in the line memory is classified for each color. And a control means for performing color separation transfer for horizontal transfer after output to the horizontal CCD.
なお、ISO感度の設定手段と、この設定手段によって設定されたISO感度に基づいて前記出力回路から出力された撮像信号を増幅する信号増幅手段とを備え、前記色分離転送は、前記ISO感度の設定値が所定値より大きい場合に作動することが好ましい。また、前記光電変換素子は、ハニカム状に2次元配列されていることが好ましい。 The ISO sensitivity setting means and a signal amplifying means for amplifying the imaging signal output from the output circuit based on the ISO sensitivity set by the setting means, and the color separation transfer is performed with the ISO sensitivity. It is preferable to operate when the set value is larger than a predetermined value. The photoelectric conversion elements are preferably two-dimensionally arranged in a honeycomb shape.
本発明の撮影装置は、ラインメモリに蓄積された信号電荷を色ごとに水平CCDに出力した上で水平転送する色分離転送を固体撮像素子に行わせるので、混色による色変化を防止することができる。 The imaging apparatus according to the present invention causes the solid-state imaging device to perform color separation transfer in which the signal charges accumulated in the line memory are output to the horizontal CCD for each color and then transferred horizontally, thereby preventing color change due to color mixing. it can.
図1において、CCDイメージセンサ2は、入射光をその光量に応じた信号電荷に変換して蓄積する複数個の光電変換素子(PD)10と、PD10の垂直列毎に設けられ、各PD10からの信号電荷を垂直転送する複数本の垂直CCD(VCCD)11と、VCCD11から転送される1ライン分の信号電荷を一旦蓄積して出力(転送)するラインメモリ(LM)12と、LM12から出力される信号電荷を水平転送する水平CCD(HCCD)13と、HCCD13によって転送された信号電荷を信号電圧(撮像信号)に変換して出力する出力回路としてのフローティングディフュージョンアンプ(FDA)14とを有する。
In FIG. 1, a
PD10は、その外形が八角形となるように形成されており、所定のピッチでハニカム状に2次元配列されている。PD10上には、図示しないカラーフィルタやマイクロレンズが積層されており、PD10は特定の色の光を光電変換する。なお、図中のRGBの表記はカラーフィルタによる赤、緑、青色の配置を示しており、Rを付したPD10は赤色の光を、Gを付したPD10は緑色の光を、Bを付したPD10は青色の光を光電変換する。この色配列は、いわゆるベイヤー配列を転送方向に関して45°傾けたものである。この色配列では、RおよびBのPD10に蓄積された信号電荷と、GのPD10に蓄積された信号電荷とが異なるVCCD11で転送される。
The
VCCD11は、CCDドライバ40(図2参照)から供給される垂直転送パルスによって4相駆動により信号電荷を転送(全画素読み出し)する。図中点線の矢印で示すように、VCCD11は、トランスファーゲート(図示せず)を介して、各PD10から信号電荷を受け取り、図中上方から下方に向けて信号電荷を順次転送していく。
The
LM12は、VCCD11の最終段に接続されており、各VCCD11から転送される1ライン分の信号電荷を蓄積する。LM12は、CCDドライバ40から供給されるラインメモリパルスにより、1ライン分の信号電荷から色に応じて選択的に信号電荷をHCCD13に出力する。
The
HCCD13は、LM12に並列に接続されている。HCCD13は、タイミングジェネレータ30(図2参照)から供給される水平転送パルスに基づいて、図中点線の矢印で示すように、LM12から受け取った信号電荷を、図中右方から左方に向けてFDA14へシリアルに転送する。
The
図2において、CCDイメージセンサ2を固体撮像素子として搭載したデジタルカメラ20は、バス21を介して、CPU(制御手段)22により全体を統括的に制御される。デジタルカメラ20は、光学系23、アナログ信号処理回路24、A/D変換回路(A/D)25、バッファメモリ26、圧縮伸長処理回路27、YC処理回路28、測光・測距回路29、およびタイミングジェネレータ(TG)30などから構成される。
In FIG. 2, a digital camera 20 on which the
光学系23は、フォーカスレンズやズームレンズからなる撮像レンズ31や絞り32からなる。撮像レンズ31および絞り32には、レンズモータ33およびアイリスモータ34が接続されている。これらのモータ33、34はステッピングモータからなり、測光・測距回路29に接続されたモータドライバ35から送信される駆動パルスにより動作制御される。
The
レンズモータ33は、撮像レンズ31のズームレンズをワイド側、あるいはテレ側に移動させる。また、ズームレンズの変倍などに応じて撮像レンズ31のフォーカスレンズを移動させ、撮影条件が最適となるように焦点調整を行う。アイリスモータ34は、絞り32を動作させ、露出調整を行う。これらのモータ33、34による焦点調整、および露出調整は、測光・測距回路29による被写体の測光・測距結果に基づいて行われる。
The
アナログ信号処理回路24は、信号増幅回路(信号増幅手段)および相関二重サンプリング回路を含み、CCDイメージセンサ2から出力された撮像信号に対して、増幅、相関二重サンプリングなどのアナログ信号処理を施してA/D25に出力する。なお、アナログ信号処理回路24内の信号増幅回路は、後述するISO感度の設定値に基づいて撮像信号の増幅を行う。
The analog
A/D25は、アナログ信号処理回路24から入力されたアナログ信号をデジタルの画像信号に変換してバッファメモリ26に出力する。バッファメモリ26は、A/D25でデジタル化された画像信号を一旦格納する。
The A /
圧縮伸長処理回路27は、バッファメモリ26に格納された画像データを、所定の圧縮方式、例えばJPEG方式で圧縮するとともに、圧縮した画像データを伸長して元のデータに戻す。圧縮伸長処理回路27で圧縮された画像データは、カードI/F36を経由してメモリカード37に記憶される。
The compression /
YC処理回路28は、バッファメモリ26に格納された画像データを輝度信号Yと色差信号Cr、Cbとに変換する。YC処理回路28でYC変換された画像データは、LCDドライバ38でアナログのコンポジット信号に変換され、LCD39にスルー画像として表示される。
The
測光・測距回路29は、被写体の輝度、および被写体までの距離を検出し、この検出結果に基づいて、適正な焦点距離および露出量となるようにモータドライバ35を駆動制御する。
The photometry / ranging
タイミングジェネレータ(TG)30は、前述のアナログ信号処理回路24、A/D25とともに、CCDドライバ40に接続している。TG30は、これら各部にタイミング信号(クロックパルス)を送信する。CCDドライバ40は、TG30から送信されるタイミング信号に基づいて、VCCD11を駆動するための垂直転送パルス、LM12を駆動するためのラインメモリパルスなどをCCDイメージセンサ2に供給する。また、TG30は、HCCD13を駆動するための水平転送パルスをCCDイメージセンサ2に供給する。
The timing generator (TG) 30 is connected to the
CPU22には、レリーズボタン41、操作部42、およびEEPROM43が接続されている。レリーズボタン41は、2段階押しのスイッチとなっている。レリーズボタン41を軽く押圧(半押し)すると、自動露出調整(AE)、自動焦点調整(AF)などの各種撮影準備処理が施される。この状態でレリーズボタン41をもう1度強く押圧(全押し)すると、撮影準備処理が施された1画面分の撮像信号が画像データに変換された後、前述のYC処理および圧縮処理が施され、メモリカード37に記憶される。
A release button 41, an operation unit 42, and an EEPROM 43 are connected to the
操作部(設定手段)42は、ズームレンズをワイド側、テレ側に変倍するズーム操作ボタン、LCD39にメニュー画面を表示させる際や、選択内容を決定する際に操作されるメニューボタン、メニュー画面内でカーソルを移動させる十字キー、デジタルカメラ20の動作モード(静止画撮影モード、動画撮影モード、再生モード、および設定モードなど)を切り替えるモードダイヤルなどから構成される。なお、操作部42は、動作モード中の設定モードではISO感度を設定することができる。CPU22は、前述のレリーズボタン41、および操作部42からの操作入力信号に基づいて、デジタルカメラ20の各部を動作させる。
The operation unit (setting means) 42 is a zoom operation button for zooming the zoom lens to the wide side or the tele side, a menu button operated when displaying a menu screen on the
EEPROM43には、各種制御用のプログラムや設定情報などが記録されている。CPU22は、これらの情報をEEPROM43から内蔵RAMに読み出して、各種処理を実行する。
In the
次に、上記構成を有するデジタルカメラ20の動作について説明する。まず、デジタルカメラ20で被写体の撮影を行う際には、操作部42の電源スイッチを操作してデジタルカメラ20の電源を投入し、モードダイヤルを操作して静止画撮影モード、あるいは動画撮影モードを選択する。 Next, the operation of the digital camera 20 having the above configuration will be described. First, when shooting a subject with the digital camera 20, the power switch of the operation unit 42 is operated to turn on the digital camera 20, and the mode dial is operated to set the still image shooting mode or the moving image shooting mode. select.
撮影モード下において、撮像レンズ31、絞り32を介して入射した被写体光は、CCDイメージセンサ2に入射される。CCDイメージセンサ2では、マイクロレンズおよびカラーフィルタを透過した被写体光がPD10で信号電荷に変換され、CCDドライバ40の制御の下に、各PD10からの信号電荷がVCCD11を経てLM12に転送される。図3は、1ライン分の信号電荷がLM12に蓄積された様子を示し、R、G、Bを丸で囲った表記は、各色に対応する信号電荷を示す。続く、LM12からHCCD13への信号電荷の出力および水平転送の方式は、EEPROM43に設定されているISO感度によって異なり、CPU22によって制御される。
Under the photographing mode, the subject light incident through the
CPU22によって、EEPROM43に設定されているISO感度が所定値(例えば、ISO800)より大きいか否かが判定される。ISO感度の設定値が所定値より小さい場合には、まず、図4(A)に示すように、G(緑)の信号電荷がHCCD13に転送される。HCCD13に転送されたGの信号電荷は、FDA14に水平転送される。次いで、図4(B)に示すように、LM12に残るR(赤)およびB(青)の信号電荷は、HCCD13に転送された後、FDA14へ水平転送される。各ラインについて同様の転送動作が行われ、FDA14に転送された信号電荷は信号電圧(撮像信号)に変換されてアナログ信号処理回路24に入力される。
The
一方、ISO感度の設定値が所定値より大きい場合には、色分離転送が行われる。まず、図5(A)に示すように、Gの信号電荷がHCCD13に転送され、FDA14へ水平転送された後、図5(B)に示すように、LM12に残るRおよびBの信号電荷からRの信号電荷がHCCD13に転送され、FDA14へ水平転送される。この後、図5(C)に示すように、LM12に残るBの信号電荷がHCCD13に転送され、FDA14へ水平転送される。各ラインについて同様の色分転送動作が行われ、FDA14に転送された信号電荷は信号電圧(撮像信号)に変換されてアナログ信号処理回路24に入力される。
On the other hand, when the ISO sensitivity setting value is larger than the predetermined value, color separation transfer is performed. First, as shown in FIG. 5A, after the G signal charge is transferred to the
アナログ信号処理回路24では、撮像信号に対して各種アナログ信号処理が施される。アナログ信号処理回路24で信号処理された撮像信号は、A/D25でデジタルの画像信号に変換され、バッファメモリ26に一旦格納される。
In the analog
バッファメモリ26に格納された画像データは、YC処理回路28に読み出され、輝度信号Yと色差信号Cr、Cbとに変換された後、LCDドライバ38を介してLCD39にスルー画像として表示される。この状態でレリーズボタン41が半押しされると、測光・測距回路29の検出結果に基づいて、CPU22により各部の動作が制御され、撮影準備処理が施される。
The image data stored in the
撮影準備処理後、レリーズボタン41の全押しにより撮影が実行されると、静止画撮影モード下では、そのときバッファメモリ26に記録されている画像データが圧縮伸長処理回路27で圧縮処理され、カードI/F36を経由してメモリカード37に記憶される
When shooting is executed by fully pressing the release button 41 after shooting preparation processing, the image data currently recorded in the
一方、動画撮影モード下では、レリーズボタン41が再度全押しされるまで、一定のフレームレート(例えば30フレーム/秒)で上記と同様な処理が行われ、動画データが作成される。また、これと同時にマイクロホン(図示せず)を介して周囲の音声が収録される。マイクロホンで収録された音声は、動画データと関連付けられてメモリカード37に記憶される。
On the other hand, under the moving image shooting mode, the same processing as described above is performed at a constant frame rate (for example, 30 frames / second) until the release button 41 is fully pressed again, and moving image data is created. At the same time, ambient sounds are recorded via a microphone (not shown). The sound recorded by the microphone is stored in the
以上説明したように、ISO感度の設定値が所定値より大きい高感度モード時の場合には、LM12に格納された信号電荷を色ごとに3回に分けてHCCD13に出力した上で水平転送する色分離転送を行うようにしたので、転送劣化が発生して信号電荷が混じったとしても同一色であるため大きな問題とならず、混色による色変化を防止することができる。また、ISO感度の設定値が所定値より低い低感度モード時の場合には、混色による影響が小さいため、Gと、RおよびBとの2回に分けて水平転送を行い、高感度モード時より高速化を図っている。
As described above, in the high sensitivity mode in which the ISO sensitivity setting value is larger than the predetermined value, the signal charge stored in the
上記実施形態では、低感度モード時において、Gの信号電荷を水平転送した後、RおよびBの信号電荷を水平転送するようにしたが、本発明はこれに限定されず、RおよびBの信号電荷を水平転送した後、Gの信号電荷を水平転送するようにしてもよい。 In the above-described embodiment, in the low sensitivity mode, after the G signal charge is horizontally transferred, the R and B signal charges are horizontally transferred. However, the present invention is not limited to this, and the R and B signal charges are transferred. After the charges are horizontally transferred, the G signal charges may be horizontally transferred.
また、上記実施形態では、高感度モード時において、G、R、Bの順に信号電荷を水平転送するようにしたが、本発明はこれに限定されず、この色に関する転送順序は適宜変更してもよく、ラインごとに順序を変えてもよい。 In the above embodiment, the signal charges are horizontally transferred in the order of G, R, and B in the high sensitivity mode. However, the present invention is not limited to this, and the transfer order for this color is appropriately changed. The order may be changed for each line.
また、上記実施形態では、PD10をハニカム状に配置したCCDイメージセンサ2を例示して説明したが、PD10を正方配列とし、カラーフィルタの色配置をいわゆるベイヤー配列としてもよい。また、RGBのカラーフィルタに代えて、CMYのカラーフィルタを用いても良い。上記のPD10の配列および色配置は、本発明を限定するものではない。
In the above embodiment, the
さらに、上記実施形態では、撮影装置として、デジタルカメラ20を例示して説明したが、本発明はこれに限定されず、他の撮影装置、例えば、カメラ付き携帯電話などにも適用することができる。 Furthermore, in the above-described embodiment, the digital camera 20 has been described as an example of the photographing device. However, the present invention is not limited to this and can be applied to other photographing devices such as a camera-equipped mobile phone. .
2 CCDイメージセンサ
10 光電変換素子(PD)
11 垂直CCD(VCCD)
12 ラインメモリ(LM)
13 水平CCD(HCCD)
14 フローティングディフュージョンアンプ(FDA)
20 デジタルカメラ
22 CPU
24 アナログ信号処理回路
30 タイミングジェネレータ(TG)
40 CCDドライバ
2
11 Vertical CCD (VCCD)
12 line memory (LM)
13 Horizontal CCD (HCCD)
14 Floating diffusion amplifier (FDA)
20
24 Analog
40 CCD driver
Claims (3)
前記ラインメモリに蓄積された信号電荷を色ごとに前記水平CCDに出力した上で水平転送する色分離転送を行わせる制御手段を備えたことを特徴とする撮影装置。 A plurality of types of photoelectric conversion elements that photoelectrically convert light of a specific color; a plurality of vertical CCDs that are provided for each vertical column of the photoelectric conversion elements and that vertically transfer signal charges from the photoelectric conversion elements; A line memory for temporarily storing and outputting signal charges for one line transferred from the vertical CCD, a horizontal CCD for horizontally transferring the signal charges output from the line memory, and a signal charge transferred by the horizontal CCD. In an imaging device equipped with a solid-state imaging device having an output circuit for outputting a corresponding imaging signal,
An imaging apparatus comprising: control means for performing color separation transfer in which signal charges accumulated in the line memory are output to the horizontal CCD for each color and then transferred horizontally.
The photographing apparatus according to claim 1, wherein the photoelectric conversion elements are two-dimensionally arranged in a honeycomb shape.
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