JP2008172289A - 固体撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】フォトダイオードPDに入射した光を光電変換して得た信号電荷を蓄積し、蓄積された信号電荷に対応する電圧を出力するセルCEが半導体基板上に行及び列の二次元的に配置された画素部11を備え、セル上にはW,R,G,Bの4色フィルタがそれぞれ配置されている。これらW画素,R画素,G画素,B画素から出力されたアナログ信号は、ADC13によりデジタル信号に変換され、W,R,G,B信号がそれぞれ出力される。W信号の飽和信号量は、飽和信号量制御回路により制御される。そして、AD変換回路から出力されたW信号とR,G,B信号と用いて、信号生成回路32により補正されたR,G,B信号が出力される。
【選択図】 図1
Description
まず、この発明の第1実施形態のCMOSイメージセンサについて説明する。
Rw11=W11-Kr((G11+G12+G21+G22)/4+(B11+B21)/2)
Bw11=W11-Kb((G11+G12+G21+G22)/4+(R11+R12)/2)
* Kg,Kr,Kbは分光特性から得られる信号量の調整のため係数
これに対し、この実施形態では、周辺の8画素からW(白)信号レベルとRGB信号レベルを算出し、このWとRGBの比率を元にW11画素の信号からRw.Gw,Bw信号を生成する比率掛算方式を、図4(b)に示す。
Gw11=W11*((G11+G12+G21+G22)/4)/Wrgb11
Rw11=W11*((R11+R12)/2)/Wrgb11
Bw11=W11*((B11+B21)/2)/Wrgb11
実験結果では、G信号に対して、Wから生成したGw信号のS/Nは約4dB、R信号に対してのRw信号とB信号に対してのBw信号はそれぞれ約3dB改善された。この処理方法では、S/Nの改善効果が大きく、前記係数Kが不要となるため調整が不要となる効果もある。さらに、周辺画素数を増加させることで、さらにS/Nを改善することができる。
R12w=((Rw11+Rw12)/2+R12)/2
B21w=((Bw11+Bw21)/2+B21)/2
の計算を順次算出してベイヤー配列に変換する。そして、信号生成回路32から、ベイヤー配列に変換されたデータDOUT0〜DOUT9が出力される。
の処理結果において、通常の光量で輝度信号YのS/Nを約4.5dB改善することができた。また、最低被写体照度では、W信号を有効に使うことにより、従来のG信号で決まる感度に対して2倍の高感度化が実現できた。
次に、この発明の第2実施形態のCMOSイメージセンサについて説明する。前記第1実施形態における構成と同様の部分には同じ符号を付してその説明は省略する。この第2実施形態は、第1実施形態に対してダイナミックレンジの拡大方法を変更したものである。
この第3実施形態は、第1実施形態のCMOSイメージセンサに、信号処理回路を混載して1チップセンサとしたものである。その他の構成は前記第1実施形態と同様であり、第1実施形態における構成と同様の部分には同じ符号を付してその説明は省略する。
この第4実施形態は、第2実施形態におけるPRE信号処理回路4に信号処理回路を付加し、2チップ構成としたものである。その他の構成は前記第2実施形態と同様であり、第2実施形態における構成と同様の部分には同じ符号を付してその説明は省略する。
次に、この発明の第5実施形態のCMOSイメージセンサにおける色フィルタ配列と信号生成回路について説明する。この第5実施形態は、第1実施形態における色フィルタ配列を変更したものである。その他の構成は前記第1実施形態と同様である。
Gw11=W11*((G11+G21+G22+G31)/4)/Wrgb11
Rw11=W11*((R11+R21)/2)/Wrgb11
Bw11=W11*((B11+B21)/2)/Wrgb11
実験結果では、第1実施形態と同様にG信号に対して、Wから生成したGw信号のS/Nは約3db、R信号に対するRw信号とB信号に対するBw信号はそれぞれ約4.5dB改善された。
R21w=((Rw10+Rw11+Rw20+Rw21)/4+R21)/2
B21w=((Bw11+Bw12+Bw21+Bw22)/4+B21)/2
の計算を順次算出してベイヤー配列に変換する。実験では、YUV信号の輝度信号
Y=0.59G+0.3R+0.11B
の処理結果において、通常の光量で輝度信号YのS/Nを約3dB改善することができた。この配列は、特に色信号のS/Nを改善するのに有効である。また、最低被写体照度では、W信号を有効に使うことにより、従来のG信号で決まる感度に対して2倍の高感度化が実現できた。
この第6実施形態は、第5実施形態と同様に、第1実施形態における色フィルタ配列を変更したものである。その他の構成は前記第1実施形態と同様である。
Gw22=W22*((G11+G12)/2)/Wrgb22
Rw22=W22*R11/Wrgb22
Bw22=W22*B21/Wrgb22
この実施形態では、W信号の画素数を多くすることにより、低照度でのS/Nと解像度を改善することができる。
この第7実施形態は、第1実施形態における色フィルタ配列を変更すると共に、信号生成回路32にラインメモリを4本設け、垂直5ライン処理によりS/Nの改善を実施している。その他の構成は前記第1実施形態と同様である。
+(R11+R21/2+R22/2)/2+(B21+B11/2+B12/2)/2
Gw32=W32*((G12+G13+G21+G22+G23+G24+G32+G33)/8)/Wrgb32
Rw32=W32*((R11+R21/2+R22/2)/2)/Wrgb32
Bw32=W32*((B21+B11/2+B12/2)/2)/Wrgb32
この実施形態では、W信号の画素数を多くすることにより、低照度でのS/Nと解像度を改善することができる。また、注目画素に対して、周辺に配置された8画素のG信号を用いているため、第6実施形態よりもさらにS/Nを改善できる。
この第8実施形態は、第1実施形態における色フィルタ配列を変更したものである。その他の構成は前記第1実施形態と同様である。
Gw32=W32*((G33+G34+G43+G44)/4)/Wrgb32
Rw32=W32*((R12+R22)/2)/Wrgb32
Bw32=W32*((B22+B23)/2)/Wrgb32
実験結果では、第1実施形態と同様にG信号に対して、Wから生成したGw信号のS/Nは約3dB、R信号に対するRw信号とB信号に対するBw信号はそれぞれ約4.5dB改善された。
この第9実施形態は、第1実施形態における色フィルタ配列を変更したものである。その他の構成は前記第1実施形態と同様である。
Gw33=W33*((G32+G41)/2)/Wrgb33
Rw33=W33*R22/Wrgb33
Bw33=W33*B11/Wrgb33
この実施形態では、W信号の画素数を多くすることにより、低照度でのS/Nと解像度を改善することができる。
この第10実施形態は、第1実施形態における色フィルタ配列を変更したものである。その他の構成は前記第1実施形態と同様である。
+(R22+R11/2+R21/2)/2+(B11+B12/2+B21/2)/2
Gw33=W33*((G21+G22+G31+G32+G42+G43+G51+G52)/8)/Wrgb33
Rw33=W33*((R22+R11/2+R21/2)/2)/Wrgb33
Bw33=W33*((B11+B12/2+B21/2)/2)/Wrgb33
この実施形態では、W信号の画素数を多くすることにより、低照度でのS/Nと解像度を改善することができる。また、注目画素に対して、周辺に配置された8画素のG信号を用いているため、前記第9実施形態よりもさらにS/Nを改善できる。なお、前記式中にて用いたG信号は一例であり、その他のG画素のG信号を用いてもよい。
この第11実施形態では、図14、図15に示した色フィルタ配列に対応したCMOSイメージセンサの構成を説明する。前記第1実施形態における構成と同様の部分には同じ符号を付してその説明は省略する。
前述した第1,第2,第11実施形態では、W画素からの出力が飽和しないようにダイナミックレンジ拡大モードとした例や、W画素への入射光のみを単独で電子シャッタで制御する例を示した。この2つの方法を適用しない場合、標準のイメージセンサでは図7(a)に示したように、光量0.5以上のときにW画素からの出力が飽和する。この対策として、第12実施形態では、W画素の周辺から推測してW信号を生成する例を示す。
W11=kg*(G11+G12+G21+G22)/4+kr*(R11+R12)/2+kb*(B11+B21)/2
の式から、新たに飽和信号レベル以上のW信号を生成することできる。これにより、W画素の飽和信号に対する対策ができる。すなわち、W信号が飽和した場合でも飽和信号レベル以上のW信号を求めて利用することができる。なお、kg,kr,kbはホワイトバランス係数を示す。その他の構成及び効果は、前述した実施形態と同様である。
次に、この発明の第13実施形態のCMOSイメージセンサにおける色フィルタ配列について説明する。この第13実施形態は、第1実施形態における色フィルタ配列を変更したものである。その他の構成は前記第1実施形態と同様である。
Claims (5)
- 光電変換手段に入射した光を光電変換して得た信号電荷を蓄積し、蓄積された信号電荷に対応する電圧を出力するセルが半導体基板上に行及び列の二次元的に配置された画素部と、
前記画素部内の前記セル上にそれぞれ配置されたW(白),R(赤),G(緑),B(青)の4色フィルタと、
前記セル上に前記W(白),R(赤),G(緑),B(青)の色フィルタがそれぞれ配置されたW画素,R画素,G画素,B画素から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換し、W信号,R信号,G信号,B信号をそれぞれ出力するAD変換回路と、
前記W画素の飽和信号量を制御する飽和信号量制御回路と、
前記AD変換回路から出力された前記W信号と前記R信号,G信号,B信号とを用いて、R信号,G信号,及びB信号をそれぞれ補正し生成する色信号生成回路と、
を具備することを特徴とする固体撮像装置。 - 前記飽和信号量制御回路は、前記光電変換手段に蓄積する蓄積時間を異ならせて蓄積する蓄積時間制御回路を備えたことを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。
- 前記蓄積時間の異なった信号が、擬似的に蓄積時間が同じとなるように信号を処理する線形変換回路を備えたことを特徴とする請求項2に記載の固体撮像装置。
- 前記色信号生成回路は、前記W画素の周辺のR画素,G画素,B画素から得られるR信号,G信号,B信号を加算することでW信号を算出し、このW信号に対するR信号,G信号,B信号の各々の信号の比率を、前記W画素の信号に掛け合わせることにより、R信号,G信号,B信号の各々を生成する比率掛算手段を備えたことを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。
- 前記比率掛算手段を用いてW信号から生成した前記R信号,G信号,B信号と前記AD変換回路から出力されたR信号,G信号,B信号との演算により、G信号が2個ある2行2列のベイヤー配列に変換するための配列変換手段を備えたことを特徴とする請求項4に記載の固体撮像装置。
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