JP2009027253A - Image pickup device and imaging apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、撮像素子及び撮像素子を搭載した撮像装置に関する。 The present invention relates to an imaging device and an imaging device equipped with the imaging device.
従来から、CCDやCMOSAPSを撮像素子として使用し、撮影した画像を記録するデジタルカメラやデジタルビデオカメラ等の撮像装置が普及している。これらの用途で使用する撮像素子は、静止画の解像度を高めるため、数100万画素以上の多画素のものが多い。最近では1000万画素を超える撮像素子も多くなってきている。 2. Description of the Related Art Conventionally, imaging apparatuses such as digital cameras and digital video cameras that use a CCD or CMOSAPS as an imaging element and record a captured image have become widespread. In order to increase the resolution of a still image, there are many image sensors used in these applications that have a number of pixels of several million pixels or more. Recently, there are an increasing number of image sensors with more than 10 million pixels.
ところが、近年、デジタルビデオカメラのみならず、デジタルカメラにおいても動画撮影といった用途が増えてきている。このような動画撮影機能を有する撮像装置においては、動画撮影時と静止画撮影時では必要な画素数が異なるため、解像度変換が必要である。 However, in recent years, not only digital video cameras but also digital cameras have been used for moving images. In an image pickup apparatus having such a moving image shooting function, the number of necessary pixels differs between moving image shooting and still image shooting, and therefore, resolution conversion is necessary.
通常は、静止画解像度より動画解像度の方が低いので、動画解像度以上の多画素を有する撮像素子は動画用途においては、低画素化する必要がある。 Usually, since the moving image resolution is lower than the still image resolution, an image sensor having a large number of pixels equal to or higher than the moving image resolution needs to have a low pixel count for moving image use.
例えば、一般にFullHDと呼ばれるHDフォーマットでの動画解像度は1920x1080であり約200万画素であるので、それ以上の解像度を有する撮像素子の場合は、低画素化する必要がある。 For example, since the moving image resolution in the HD format generally called FullHD is 1920 × 1080 and about 2 million pixels, it is necessary to reduce the number of pixels in the case of an image sensor having a resolution higher than that.
低画素化の方法として、特定の周期で画素を読み飛ばす間引き処理、特定の周期で画素信号を加算する加算処理、特定の画素領域だけを読み出すクロップ、等の方法がある。これらの処理方法は、撮像素子から全ての画素を読んで画像処理部(撮像信号処理回路)で行う方法、撮像素子で行う方法等さまざまなものが提案されている。 As a method for reducing the number of pixels, there are a thinning process in which pixels are skipped in a specific period, an addition process in which pixel signals are added in a specific period, and a crop in which only a specific pixel area is read out. As these processing methods, various methods such as a method of reading all pixels from the image sensor and performing the image processing unit (image signal processing circuit), a method of performing the image sensor, and the like have been proposed.
撮像素子内で低画素化して読み出す場合には、すべての画素を読んで画像処理部で行う低画素化方法に比べて、撮像素子から画像処理部まで転送するデータ量が少なくなるため、高速化の観点で有利である。 When reading with a reduced number of pixels in the image sensor, the amount of data transferred from the image sensor to the image processing unit is reduced compared to the method of reducing the number of pixels read by the image processing unit. From the viewpoint of
ところで、撮像素子には画素欠陥が存在し、画素欠陥により画質が悪化する問題があるため、画素欠陥を補正することで、画質を向上する手法が用いられている。 By the way, since there exists a pixel defect in an image pick-up element and there exists a problem which image quality deteriorates by a pixel defect, the method of improving an image quality by correcting a pixel defect is used.
しかし、画素欠陥の補正を行うと、従来の画素信号とは異なる信号を作り出すため、特定シーンにおいては画素欠陥の補正の跡が目立つシーンが存在する。従って、画素欠陥は必ず存在するものではあるが、なるべく少ない方が高画質な画像が得られる。 However, when pixel defect correction is performed, a signal different from the conventional pixel signal is generated. Therefore, there is a scene in which a trace of pixel defect correction is conspicuous in a specific scene. Therefore, although pixel defects always exist, an image with high image quality can be obtained with as few as possible.
故に、間引き時処理で読み出す撮像素子においては、信号を出力する画素はなるべく欠陥の少ない画素を選択することが画質の観点から望ましい。間引き時において画素欠陥の少ない画像を読み出すものとして、特許文献1に開示の技術がある。この技術は、間引きを行うときに、欠陥画素の少ないフィールドを読み出すというものである。
しかし、欠陥画素は撮像素子内で相対的に少ないのであって、欠陥画素が画質に影響のない程度まで少ないかどうかは偶然によるものである。即ち、必ずしも画素欠陥が少ないとは言えない。また、撮像素子の外の信号処理回路で補正を行うため、欠陥画素のアドレス情報を格納するメモリも必要となる。 However, the number of defective pixels is relatively small in the image sensor, and whether or not the number of defective pixels is small enough not to affect the image quality is due to chance. That is, it cannot necessarily be said that there are few pixel defects. Further, since correction is performed by a signal processing circuit outside the image sensor, a memory for storing address information of defective pixels is also required.
本発明の目的は、欠陥補正の跡が目立たないように間引き処理を行う場合に、欠陥画素を低減し高画質化を図ることができる撮像素子及び撮像装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an imaging device and an imaging apparatus capable of reducing defective pixels and improving image quality when thinning processing is performed so that traces of defect correction are not conspicuous.
上記目的を達成するために、請求項1記載の撮像素子は、入射した光量に対応する信号を電荷に変換する光電変換素子を有する画素がマトリックス状に配置された撮像素子において、前記画素の信号を特定のグループの中から選択し間引いて出力する間引きモードを有し、前記間引きモード時には、前記グループ内で前記光電変換素子の信号が最小となる信号を選択する選択手段を備えることを特徴とする。
In order to achieve the above-described object, the image sensor according to
請求項5記載の撮像装置は、請求項1記載の撮像素子を備える。 An image pickup apparatus according to a fifth aspect includes the image pickup element according to the first aspect.
本発明によれば、欠陥補正の跡が目立たないように間引き処理を行う場合に、欠陥画素を低減し高画質化を図ることができる。 According to the present invention, when thinning processing is performed so that the trace of defect correction is not conspicuous, it is possible to reduce defective pixels and improve image quality.
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施の形態に係る撮像素子の構成を概略的に示す図である。 FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of an image sensor according to an embodiment of the present invention.
図1において、撮像素子は、画素部101、列読み出し回路102、行ドライバ103、列ドライバ104を備える。
In FIG. 1, the imaging device includes a
画素部101は、垂直方向、水平方向に画素が配置されている。具体的には、入射した光量に対応する信号を電荷に変換する光電変換素子を有する画素がマトリックス状に配置されている。画素部101の信号を読み出す列読み出し回路102は、行ドライバ103により選択された行の画素の出力を読み出す。また、列読み出し回路102に記録された信号は、列ドライバ104によって選択され、出力される。
The
図2は、図1の撮像素子における1画素の第1の構成例を示す図である。 FIG. 2 is a diagram illustrating a first configuration example of one pixel in the image sensor of FIG.
撮像素子において、2次元の画像を提供する画素アレイは、複数の画素を2次元アレイ状(マトリックス状)に配列して構成される。 In the imaging device, a pixel array that provides a two-dimensional image is configured by arranging a plurality of pixels in a two-dimensional array (matrix).
本発明の撮像素子は、画素の信号を特定のグループの中から選択し間引いて出力する間引きモードを有し、間引きモード時にはグループ内で光電変換素子としてのフォトダイオードの信号が最小となる信号を選択する。 The image pickup device of the present invention has a thinning mode in which pixel signals are selected from a specific group and thinned and output. In the thinning mode, a signal that minimizes the signal of a photodiode as a photoelectric conversion element in the group is obtained. select.
各画素201は、フォトダイオード(以下、PDとも記す)202、転送スイッチ203、フローティングディフュージョン部(以下、FDとも記す)204、増幅MOSアンプ(増幅器)205、選択スイッチ(選択手段)206及びリセットスイッチ207を含んで構成される。
Each
PD202は、光学系を通して入射する光を光電変換する光電変換素子として機能する。PD202のアノードは接地ライン(接地側)に接続され、カソードは転送スイッチ203のソース(ソースフォロア側)に接続される。
The
転送スイッチ203は、そのゲート端子に入力される転送パルスφTXによって駆動され、PD202で発生した電荷をFD204に転送する。FD204は、電荷を一時的に蓄積するとともに蓄積した電荷を電圧信号に変換する電荷電圧変換部として機能する。
The
増幅器としての増幅MOSアンプ205は、画素毎に設けられ、PD202の信号を入力として動作し同一の配線に出力が接続される。増幅MOSアンプ205は、ソースフォロアとして機能し、そのゲートにはFD204で電荷電圧変換された信号が入力される。また、増幅MOSアンプ205は、そのドレインが第1電位を提供する第1電源線VDD1に接続され、そのソースが選択スイッチ206に接続されている。
An
選択スイッチ206は、そのゲートに入力される垂直選択パルスφSELによって駆動され、そのドレインが増幅MOSアンプ205に接続され、そのソースが垂直信号線208に接続されている。垂直選択パルスφSELがアクティブレベル(ハイレベル)になると、画素アレイの該当する行に属する画素の選択スイッチ206が導通状態になり、増幅MOSアンプ205のソースが垂直信号線208に接続される。
The
リセットスイッチ207は、そのドレインが第2電位(リセット電位)を提供する第2電源線VDD2に接続され、そのソースがFD204に接続されていて、そのゲートに入力されるリセットパルスφRESによって駆動される。そして、FD204に蓄積されている電荷を除去する。
The
FD204及び増幅MOSアンプ205他、垂直信号線208に定電流を供給する図示しない定電流源によってフローティングディフュージョンアンプが構成される。選択スイッチ206で選択された行を構成する各画素において、FD204に転送される電荷がFD204で電圧信号に変換されて、フローティングディフュージョンアンプを通じて対応する列読み出し回路102に出力される。
In addition to the
図3(a)は、9行9列の画素配置と読み出し回路を示し、(b)は、読み出し行と時間の関係を示している。アルファベットaからiは行番号を示し、数字1から9は列番号を示す。3行ずつまたは3行3列のブロックでグループ化し、その中で最小値を選択する方法について図2と合わせて説明する。
FIG. 3A shows a 9 × 9 pixel arrangement and a readout circuit, and FIG. 3B shows a relationship between the readout row and time. Alphabets a to i indicate row numbers, and
図3(b)に示すt1、t3、t5は行選択期間である。行選択期間には、まずリセットスイッチ207によるリセットが解除された後にPD202の電荷がFD204に転送される。そして、選択スイッチ206をオンすることで、FD204の電位に相当する出力が垂直信号線208に伝達される。
T1, t3, and t5 shown in FIG. 3B are row selection periods. In the row selection period, first, the reset of the
行選択期間t1においては、a行、b行、c行の画素の選択スイッチ206が同時にオンしているため、増幅MOSアンプ205の出力が信号出力線上で競合していることとなる。
In the row selection period t1, since the selection switches 206 for the pixels in the a row, the b row, and the c row are simultaneously turned on, the output of the
ここで、増幅MOSアンプ205の出力が競合した場合について考える。まず、FD204の電位を考えると、FD204は、行選択された開始時にはリセットスイッチ207を介してリセットされた電位VDD2になっている。
Here, a case where the outputs of the
PD202の電荷がFD204に転送された際に、電位VDD2からPD202での発生電荷分だけ、電位が下がることになる。例えば、PD202での発生電荷が10個と1000個の場合は10個の方が電位は高く、1000個の方が電位は低い状態である。
When the charge of the
次に、増幅MOSアンプ205の出力について考えると、増幅MOSアンプ205はゲートにFD204を接続しているので、ゲートの電位が高い方が増幅MOSアンプ205の出力が高いことになる。
Next, considering the output of the
即ち、PD202での発生電荷の少ない方が対応する増幅MOSアンプ205の出力が高い。異なる出力の増幅MOSアンプ205を同時に信号出力線に接続した場合、信号出力線の電位は出力が高い増幅MOSアンプ205の信号となる。
That is, the output of the corresponding
従って、発生電荷の異なるPD202をそれぞれ読み出す増幅MOSアンプ205を信号出力線に接続した場合、発生電荷量の少ないPD202の信号を信号出力線に伝える増幅MOSアンプ205の値が信号値となる。
Therefore, when the
即ち、行選択期間t1においてはa行、b行、c行の中で最も発生電荷量の少ない画素の値が信号出力線に出力されている。欠陥画素は一般的に余分な電荷が発生しているため発生電荷量が多い。 That is, in the row selection period t1, the value of the pixel with the least amount of generated charge among the a row, b row, and c row is output to the signal output line. A defective pixel generally has a large amount of generated charges because of excessive charges.
従って、例えば発生電荷量がa行>b行>c行でa行が欠陥画素の場合、c行の画素の信号が出力されることとなる。行選択期間t3におけるd行、e行、f行、行選択期間t5におけるg行、h行、i行も同様に出力が少ない画素が選択される。 Therefore, for example, when the generated charge amount is a row> b row> c row and the a row is a defective pixel, a signal of the pixel in the c row is output. Similarly, pixels with few outputs are selected in the d row, e row, and f row in the row selection period t3, and in the g row, h row, and i row in the row selection period t5.
t2、t4、t6は水平転送期間であり、列読み出し回路102に記録されている信号が列ドライバ104によって出力される。
t2, t4, and t6 are horizontal transfer periods, and a signal recorded in the
列方向の最小値選択においては、列読み出し回路102中に同様な増幅MOSアンプを有することによって達成することが可能である。また、画素部101と列読み出し回路102の間に水平方向にショートするスイッチを有することによって、水平方向、垂直方向で選択されたブロック単位で最小値を選択することが可能となる。
The selection of the minimum value in the column direction can be achieved by having a similar amplification MOS amplifier in the
例えば、a行、b行、c行を行選択し、1列、2列、3列の信号出力線をショートした場合には、3行×3列の中から最小値が選択される。 For example, when a row, b row, and c row are selected and the signal output lines of the first, second, and third columns are short-circuited, the minimum value is selected from 3 rows × 3 columns.
図3において、9行9列の画素配置を示しているが、説明を簡単にするものであって、9行9列に限定するものではない。また、列方向それぞれ1/3に間引く場合を記載しているが、特に1/3に限定するものではなく、撮影者が意図する間引き率に合わせて同時読み出し画素数を決定すればよい。 In FIG. 3, the pixel arrangement of 9 rows and 9 columns is shown, but the description is simplified and not limited to 9 rows and 9 columns. Although the case of thinning out to 1/3 in each column direction is described, it is not particularly limited to 1/3, and the number of pixels to be read simultaneously may be determined in accordance with the thinning rate intended by the photographer.
また、図3において、連続する画素間における最小値選択について説明したが、カラーフィルタを配置する場合等はこの限りではなく、同色の画素の信号を同時に選択することで、対応が可能である。 In FIG. 3, the selection of the minimum value between consecutive pixels has been described. However, this is not limited to the case where a color filter is arranged, and the correspondence can be achieved by simultaneously selecting the signals of pixels of the same color.
図4は、図1の撮像素子における1画素の第2の構成例を示す図である。 FIG. 4 is a diagram illustrating a second configuration example of one pixel in the image sensor of FIG.
図4は、図2の選択スイッチ206がなく、VDD2の電位を変化させることによってフローティングディフュージョンの電位をGND近くまで落とすことで、ソースフォロアのドライバMOS205をオフ状態にし、画素選択をオフにするタイプの画素を示す。
4 does not have the
この画素ではリセットスイッチ207を用いて画素を選択しているので、本質的には図2の選択スイッチ206で画素アンプが出力線につながっているのと同じ動作が可能である。
In this pixel, since the pixel is selected by using the
間引きを行う間引きモードでない通常読み出しモードの時には、図3の各行を同時に選択しないことで、通常読み出しモードの実行が可能である。この場合には欠陥画素の低減を行わないが、欠陥画素のアドレス情報を格納するメモリを有し、撮像素子の外の信号処理回路で補正を行えば、欠陥画素の補正により欠陥画素の低減が可能である。 In the normal reading mode other than the thinning mode in which thinning is performed, the normal reading mode can be executed by not selecting the respective rows in FIG. 3 at the same time. In this case, defective pixels are not reduced. However, if there is a memory for storing address information of defective pixels and correction is performed by a signal processing circuit outside the image sensor, defective pixels can be reduced by correcting defective pixels. Is possible.
即ち、間引きモード時には信号処理回路での欠陥補正が必要ないため。間引きモードと通常読み出しモードによって、信号処理回路の欠陥補正の有無を変更することができる。間引きモード時には、欠陥補正を行う信号処理の回路の動作を行わないことで、消費電力の低減等のメリットも得られる。 That is, defect correction in the signal processing circuit is not necessary in the thinning mode. The presence or absence of defect correction of the signal processing circuit can be changed according to the thinning mode and the normal reading mode. In the thinning mode, the operation of the signal processing circuit that performs defect correction is not performed, so that a merit such as reduction in power consumption can be obtained.
図5は、本発明の実施の形態に係る撮像装置の構成を概略的に示す図である。 FIG. 5 is a diagram schematically showing the configuration of the imaging apparatus according to the embodiment of the present invention.
図5において、レンズ部501は、被写体の光学像を撮像素子505に結像させるものであり、レンズ駆動装置502によってズーム制御、フォーカス制御、絞り制御等が行われる。メカニカルシャッタ503は、シャッタ駆動装置504によって制御される。撮像素子505は、レンズ部501で結像された被写体を画像信号として取り込む。
In FIG. 5, a
撮像信号処理回路506は、撮像素子505より出力される画像信号の増幅、A/D変換(アナログ/デジタル変換)、A/D変換後の画像データへの各種の補正、データの圧縮等を行う。
The imaging
タイミング発生部507は、撮像素子505、撮像信号処理回路506に各種タイミング信号を出力する。メモリ部508は、画像データを一時的に記憶する。全体制御・演算部509は、各種演算を行い、撮像装置全体を制御する。
The
記録媒体制御I/F部510は、記録媒体511に記録または読み出しを行うためのインターフェースである。半導体メモリ等の着脱可能な記録媒体511は、画像データの記録または読み出しを行う。外部I/F部512は、外部コンピュータ等と通信するためのインターフェースである。
The recording medium control I /
全体制御・演算部509には、測光装置513、測距装置514も接続されている。
A
次に、撮影時の撮像装置の動作について説明する。 Next, the operation of the image pickup apparatus at the time of shooting will be described.
メイン電源がオンされると、コントロール系の電源がオンし、更に撮像信号処理回路506等の撮像系回路の電源がオンされる。
When the main power supply is turned on, the power supply for the control system is turned on, and the power supply for the image pickup system circuit such as the image pickup
それから、図示しないレリーズボタンが押されると、測距装置514から出力された信号を元に、高周波成分を取り出し、被写体までの距離の演算を全体制御・演算部509で行う。
Then, when a release button (not shown) is pressed, a high frequency component is extracted based on the signal output from the
その後、レンズ駆動装置502によりレンズ部501を駆動して合焦か否かを判断し、合焦していないと判断した時は、再びレンズ部501を駆動し、測距を行う。そして、合焦が確認された後に撮影動作が開始する。
After that, the
撮影動作が終了すると、撮像素子505から出力された画像信号は、撮像信号処理回路506で増幅、A/D変換等の処理をされ、全体制御・演算部509によりメモリ部508に書き込まれる。
When the photographing operation is completed, the image signal output from the
その後、メモリ部508に蓄積されたデータは、全体制御・演算部509の制御により記録媒体制御I/F部510を通り、記録媒体511に記録される。また、メモリ部508に蓄積されたデータを、外部I/F部512を介して直接コンピュータ等に入力して画像の加工を行ってもよい。
Thereafter, the data stored in the
101 画素部
102 列読み出し回路
103 行ドライバ
104 列ドライバ
201 画素
202 PD
203 転送スイッチ
204 FD
205 増幅MOSアンプ
206 選択スイッチ
207 リセットスイッチ
208 垂直信号線
101
203
205
Claims (5)
前記画素の信号を特定のグループの中から選択し間引いて出力する間引きモードを有し、前記間引きモード時には、前記グループ内で前記光電変換素子の信号が最小となる信号を選択する選択手段を備えることを特徴とする撮像素子。 In an image sensor in which pixels having photoelectric conversion elements that convert a signal corresponding to the amount of incident light into charges are arranged in a matrix,
A thinning mode in which the pixel signal is selected from a specific group and thinned and output; and in the thinning mode, selection means for selecting a signal that minimizes the signal of the photoelectric conversion element in the group An image sensor characterized by the above.
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