JP2009049525A - Imaging apparatus and method for processing signal - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an imaging apparatus which can reproduce an object image faithfully. <P>SOLUTION: A digital camera comprising a solid state image sensor 200 having a large number of pixels 202R, G and B each including a photoelectric conversion film 226 formed on a semiconductor substrate 201 to absorb light in a specific wavelength zone and to generate corresponding charges, and a photoelectric conversion element 214 formed in the semiconductor substrate 201 below the photoelectric conversion film 226 is further provided with a means for determining exposure conditions of the photoelectric conversion element 214 and a means for regulating a voltage applied to the photoelectric conversion film 226 so that the signal from the photoelectric conversion film 226 included in each pixel does not exceed a saturation level when imaging is performed under the exposure conditions determined by the exposure condition determination means, and imaging is performed based on the exposure conditions in a state that a voltage regulated by the applying voltage regulation means is applied to the photoelectric conversion film 226. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、多数の画素を有する固体撮像素子を備える撮像装置に関する。   The present invention relates to an imaging apparatus including a solid-state imaging device having a large number of pixels.

近年、広ダイナミックレンジ撮像が可能な撮像装置が種々提案されている(例えば特許文献1参照)。特許文献1には、各受光セルが高感度受光領域と低感度受光領域に分割されている固体撮像素子を用いて時間的及び空間的にズレの少ない高感度画像と低感度画像を取得し、これら2つの画像のうち一方の画像から白とび或いは黒つぶれなどの画質劣化領域を自動判別するとともに、その画質劣化領域の情報に従って他方の画像から該当領域を切り抜き、切り抜いた画像部分を画質劣化領域の部分に合成する。その後、合成画像の全領域若しくは合成境界の近傍領域についてローパスフィルタ処理を行い、画像を滑らかにつないだ後に、輪郭強調処理を行うといった画像合成方法が開示されている。
特開2004−48445号公報
In recent years, various imaging devices capable of wide dynamic range imaging have been proposed (see, for example, Patent Document 1). Patent Document 1 acquires a high-sensitivity image and a low-sensitivity image with little temporal and spatial deviation using a solid-state imaging device in which each light-receiving cell is divided into a high-sensitivity light-receiving region and a low-sensitivity light-receiving region, Of these two images, an image quality deterioration area such as overexposure or blackout is automatically determined from one image, and the corresponding area is cut out from the other image according to the information on the image quality deterioration area, and the cut image portion is image quality deterioration area Synthesize the part. Thereafter, an image composition method is disclosed in which low-pass filter processing is performed on the entire region of the composite image or a region in the vicinity of the composite boundary, and after the images are smoothly connected, contour enhancement processing is performed.
JP 2004-48445 A

上記従来の方法では、低感度受光セルによる撮像画像と高感度受光セルによる撮像画像とを部分的に切り貼りして1枚の広ダイナミックレンジ画像を合成しているが、低感度受光セルは高感度受光セルに対してS/N比が低下するため、それらを部分的に合成した場合、不自然な画像となってしまう。又、低感度受光セルと高感度受光セルは、近接しているとは言え、別の位置に配置されているため、低感度受光セルによる撮像画像と高感度受光セルによる撮像画像には時間的及び空間的に微妙なズレが生じてしまい、不自然な画像となってしまう。   In the above conventional method, the image picked up by the low sensitivity light receiving cell and the image picked up by the high sensitivity light receiving cell are partially cut and pasted to synthesize one wide dynamic range image. Since the S / N ratio is lowered with respect to the light receiving cell, when they are partially combined, an unnatural image is obtained. In addition, although the low-sensitivity light-receiving cell and the high-sensitivity light-receiving cell are close to each other, they are arranged at different positions. Also, a spatially subtle shift occurs, resulting in an unnatural image.

又、一方の画像の画質劣化領域を、他方の画像の該画質劣化領域に対応する領域に置き換える処理を行うことで、白とびや黒つぶれ等を補正することを可能にしているが、高感度受光セルと低感度受光セルの出力のいずれも飽和してしまっている場合、このような補正を行うことは困難となってしまう。   In addition, it is possible to correct overexposure or underexposure by replacing the image quality degradation area of one image with the area corresponding to the image quality degradation area of the other image. If both the light receiving cell and the output of the low sensitivity light receiving cell are saturated, it is difficult to perform such correction.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、被写体像を忠実に且つ確実に再現することが可能な撮像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 circumstances, and an object thereof is to provide an imaging device capable of faithfully and reliably reproducing a subject image.

本発明の撮像装置は、多数の画素を有する固体撮像素子を備える撮像装置であって、前記多数の画素の各々は、半導体基板上方に形成された特定の波長域の光を吸収してこれに応じた電荷を発生する光電変換膜と、前記光電変換膜下方の前記半導体基板内に形成された光電変換素子とを含み、前記光電変換素子の露光条件を決定する露光条件決定手段と、前記露光条件決定手段によって決定された露光条件での撮像において、前記多数の画素に含まれる前記光電変換膜からの信号に飽和レベルを超えるものが存在しないように、前記光電変換膜に印加する電圧を調整する印加電圧調整手段とを備え、前記印加電圧調整手段で調整された電圧を前記光電変換膜に印加した状態で、前記露光条件に基づいた撮像を行う。   The imaging device of the present invention is an imaging device including a solid-state imaging device having a large number of pixels, and each of the large number of pixels absorbs light in a specific wavelength region formed above the semiconductor substrate. An exposure condition determining means for determining an exposure condition of the photoelectric conversion element, the photoelectric conversion film generating a corresponding charge, and a photoelectric conversion element formed in the semiconductor substrate below the photoelectric conversion film; In imaging under the exposure condition determined by the condition determining means, the voltage applied to the photoelectric conversion film is adjusted so that there is no signal exceeding the saturation level in the signals from the photoelectric conversion film included in the large number of pixels. An applied voltage adjusting unit is provided, and imaging based on the exposure condition is performed in a state where the voltage adjusted by the applied voltage adjusting unit is applied to the photoelectric conversion film.

本発明の撮像装置は、前記光電変換膜が、赤外の波長域の光を吸収してこれに応じた電荷を発生するものである。   In the imaging device of the present invention, the photoelectric conversion film absorbs light in an infrared wavelength region and generates a charge corresponding to the light.

本発明によれば、被写体像を忠実に且つ確実に再現することが可能な撮像装置を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the imaging device which can reproduce a to-be-photographed object faithfully and reliably can be provided.

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。以下の説明では、入射光のうちの青色(B)の波長域(一般的には約380nm〜約520nm)の光をB光といい、緑色(G)の波長域(一般的には約450nm〜約610nm)の光をG光といい、赤色(R)の波長域(一般的には約550nm〜約700nm)の光をR光といい、赤外(IR)の波長域(一般的には約680nm〜約3000nm)の光をIR光という。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following description, light in the blue (B) wavelength region (generally about 380 nm to about 520 nm) of the incident light is referred to as B light, and the green (G) wavelength region (generally about 450 nm). (About 610 nm) is called G light, red (R) wavelength region (generally about 550 nm to about 700 nm) light is called R light, and infrared (IR) wavelength region (generally) Is about 680 nm to about 3000 nm) is called IR light.

(第一実施形態)
図1は、本発明の第一実施形態である固体撮像素子の概略構成を示す平面模式図である。
図1に示す固体撮像素子200は、入射光のうちのR光に応じたR信号を出力可能な画素202Rと、入射光のうちのG光に応じたG信号を出力可能な画素202Gと、入射光のうちのB光に応じたB信号を出力可能な画素202Bとの3種類の画素を備え、これらの画素が、シリコン等の基板201上の行方向Xとこれに直交する列方向Yに二次元状に配列されている。
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic plan view showing a schematic configuration of the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention.
A solid-state imaging device 200 illustrated in FIG. 1 includes a pixel 202R that can output an R signal according to R light of incident light, a pixel 202G that can output a G signal according to G light of incident light, Three types of pixels, a pixel 202B capable of outputting a B signal corresponding to B light of incident light, are provided, and these pixels are arranged in a row direction X on a substrate 201 such as silicon and a column direction Y orthogonal thereto. Are two-dimensionally arranged.

図1に示すように、固体撮像素子200の画素配列は、画素202Gと画素202Rとを行方向Xに交互に配列した画素行であるGR画素行と、画素202Bと画素202Gとを行方向Xに交互に配列した画素行であるBG画素行とを、列方向Yに交互に配列したものとなっている。固体撮像素子200の画素配列は図1に示したものにかぎらず、画素202Rと画素202Gと画素202Bとを縦ストライプや横ストライプ状に配列したものとしても良い。   As shown in FIG. 1, the pixel array of the solid-state imaging device 200 includes a GR pixel row, which is a pixel row in which pixels 202G and 202R are alternately arranged in the row direction X, and pixels 202B and 202G in the row direction X. BG pixel rows which are pixel rows alternately arranged in the column direction Y are alternately arranged. The pixel arrangement of the solid-state imaging device 200 is not limited to that shown in FIG. 1, and the pixels 202R, 202G, and 202B may be arranged in a vertical stripe or a horizontal stripe.

基板201の側部には行選択走査部203が設けられ、下辺部には画像信号処理部204が設けられている。又、基板201には、画素を選択するためのタイミングパルスを生成したり、画素を駆動するための各種制御信号を生成したりする制御部205が適宜箇所に設けられている。   A row selection scanning unit 203 is provided on the side of the substrate 201, and an image signal processing unit 204 is provided on the lower side. In addition, the substrate 201 is provided with a control unit 205 at appropriate positions for generating a timing pulse for selecting a pixel and generating various control signals for driving the pixel.

各画素行の上側部には、その画素行に対応させてリセット信号線206と行選択信号線207の2本の信号線が行方向Xに延びて設けられている。リセット信号線206と行選択信号線207は、それに対応する画素行の各画素と、行選択走査部203とに接続されている。   Two signal lines of a reset signal line 206 and a row selection signal line 207 are provided in the upper portion of each pixel row so as to correspond to the pixel row and extend in the row direction X. The reset signal line 206 and the row selection signal line 207 are connected to each pixel of the corresponding pixel row and the row selection scanning unit 203.

列方向Yに配列された複数の画素からなる画素列の右側部には、その画素列に対応させて列信号線208と列信号線209との2本の信号線が列方向Yに延びて設けられている。列信号線208と列信号線209は、それに対応する画素列の各画素と、画像信号処理部204とに接続されている。   On the right side of the pixel column composed of a plurality of pixels arranged in the column direction Y, two signal lines of a column signal line 208 and a column signal line 209 extend in the column direction Y corresponding to the pixel column. Is provided. The column signal line 208 and the column signal line 209 are connected to each pixel of the corresponding pixel column and the image signal processing unit 204.

図2は、図1に破線(イ)で囲った4つの画素の断面を1つに合成して図示した図である。
基板201は例えばn型のシリコン基板であり、この上にはpウェル層211が形成されている。基板201とpウェル層211とを合わせた部分が半導体基板を構成している。pウェル層211上には入射光に対して透明な絶縁層220が形成されている。絶縁層220上には、画素202Rの構成要素であるR光を透過するカラーフィルタ222R、画素202Gの構成要素であるG光を透過するカラーフィルタ222G、及び画素202Bの構成要素であるB光を透過するカラーフィルタ222Bからなるカラーフィルタ層が形成されている。カラーフィルタ層上には、画素毎に分割された入射光に対して透明な材料(例えば、ITOや薄い金属膜)からなる画素電極225が形成されている。画素電極225上には、IR光を吸収してこれに応じた電荷を発生する光電変換膜226が形成されている。光電変換膜226上には、入射光に対して透明な材料(例えば、ITOや薄い金属膜)からなる共通電極227が形成されている。共通電極227上には、入射光に対して透明な保護層228が形成されている。これら光電変換膜226、共通電極227、及び保護層228は、全ての画素で共通の1枚構成となっている。保護層228上の各画素に対応する位置には、各画素に入射光を集光するためのマイクロレンズ229が形成されている。
FIG. 2 is a diagram illustrating the four pixels surrounded by a broken line (A) in FIG. 1 combined into one.
The substrate 201 is, for example, an n-type silicon substrate, and a p-well layer 211 is formed thereon. The combined portion of the substrate 201 and the p-well layer 211 constitutes a semiconductor substrate. On the p-well layer 211, an insulating layer 220 that is transparent to incident light is formed. On the insulating layer 220, a color filter 222R that transmits R light that is a component of the pixel 202R, a color filter 222G that transmits G light that is a component of the pixel 202G, and B light that is a component of the pixel 202B. A color filter layer made of a color filter 222B that transmits is formed. On the color filter layer, a pixel electrode 225 made of a material transparent to incident light divided for each pixel (for example, ITO or a thin metal film) is formed. On the pixel electrode 225, a photoelectric conversion film 226 that absorbs IR light and generates a charge corresponding thereto is formed. On the photoelectric conversion film 226, a common electrode 227 made of a material transparent to incident light (for example, ITO or a thin metal film) is formed. On the common electrode 227, a protective layer 228 that is transparent to incident light is formed. The photoelectric conversion film 226, the common electrode 227, and the protective layer 228 have a single configuration common to all pixels. At a position corresponding to each pixel on the protective layer 228, a microlens 229 for condensing incident light on each pixel is formed.

光電変換膜226は、IR光を吸収してこの光に応じた電荷を発生すると共に、可視光を透過する有機光電変換材料(例えば、フタロシアニン系有機材料やナフタロシアニン系有機材料)で構成されている。光電変換膜226は、無機材料で構成したものであっても良い。画素電極225と共通電極227とに所定のバイアス電圧を印加して光電変換膜226に電界を印加すると、光電変換膜226では、入射したIR光の光量に応じた信号電荷が発生する。光電変換膜226は、上記光電変換材料を、スパッタ法やレーザアブレーション法,印刷技術,スプレー法等で画素電極225上に積層することで形成される。   The photoelectric conversion film 226 is made of an organic photoelectric conversion material (for example, a phthalocyanine-based organic material or a naphthalocyanine-based organic material) that absorbs IR light and generates a charge corresponding to the light, and transmits visible light. Yes. The photoelectric conversion film 226 may be composed of an inorganic material. When a predetermined bias voltage is applied to the pixel electrode 225 and the common electrode 227 to apply an electric field to the photoelectric conversion film 226, the photoelectric conversion film 226 generates signal charges corresponding to the amount of incident IR light. The photoelectric conversion film 226 is formed by laminating the photoelectric conversion material on the pixel electrode 225 by a sputtering method, a laser ablation method, a printing technique, a spray method, or the like.

尚、光電変換膜226と共通電極227は、それぞれ画素毎に対応して分割してあっても良い。共通電極227を画素毎に分割した場合は、分割した共通電極227を共通配線で接続して、それぞれに同一のバイアス電圧が印加できるようにしておけば良い。   The photoelectric conversion film 226 and the common electrode 227 may be divided corresponding to each pixel. In the case where the common electrode 227 is divided for each pixel, the divided common electrode 227 may be connected by a common wiring so that the same bias voltage can be applied to each.

画素202R、画素202G、及び画素202Bは、それぞれ、pウェル層211の一部と、カラーフィルタと、画素電極225と、光電変換膜226の一部と、共通電極227の一部と、マイクロレンズ229とを含んで構成されている。画素202R、画素202G、及び画素202Bの各々の構造は、カラーフィルタを除いて共通であるため、以下では、この共通の構造を、画素202Rを代表して説明する。   The pixel 202R, the pixel 202G, and the pixel 202B each include a part of the p-well layer 211, a color filter, a pixel electrode 225, a part of the photoelectric conversion film 226, a part of the common electrode 227, and a microlens. 229. Since the structure of each of the pixel 202R, the pixel 202G, and the pixel 202B is common except for the color filter, the common structure will be described below by using the pixel 202R as a representative.

画素202Rのカラーフィルタ222Rの上には画素電極225が形成されている。この画素電極225と、この画素電極225に対向する共通電極227と、これらに挟まれた光電変換膜226とにより、IR光を検出する有機光電変換素子が構成される。   A pixel electrode 225 is formed on the color filter 222R of the pixel 202R. The pixel electrode 225, the common electrode 227 facing the pixel electrode 225, and the photoelectric conversion film 226 sandwiched between the pixel electrode 225 constitute an organic photoelectric conversion element that detects IR light.

画素202Rのpウェル層211内には、その表面から内側に形成されたn型の不純物層(以下、n層という)212が形成されている。n層212の表面から内側には、n層212よりも不純物濃度の高い暗電流抑制用のp型の不純物層(以下、p層という)213が形成されている。このpウェル層211とn層212とp層213とにより、光電変換素子であるフォトダイオード(PD)214が構成されている。フォトダイオード214で発生した電荷はn層212に蓄積される。   In the p well layer 211 of the pixel 202R, an n-type impurity layer (hereinafter referred to as an n layer) 212 formed from the surface to the inside is formed. A p-type impurity layer (hereinafter referred to as a p layer) 213 for suppressing dark current having an impurity concentration higher than that of the n layer 212 is formed on the inner side from the surface of the n layer 212. The p well layer 211, the n layer 212, and the p layer 213 constitute a photodiode (PD) 214 that is a photoelectric conversion element. Electric charges generated in the photodiode 214 are accumulated in the n layer 212.

フォトダイオード214の左隣には、少し離間して信号読出回路215が形成されている。信号読出回路215は、例えば既存のCMOS型イメージセンサで用いられる3トランジスタ構成または4トランジスタ構成等のトランジスタ回路が用いられ、行選択走査部203や画像信号処理部204も既存のCMOS型イメージセンサで用いられるものと同じものを用いることができる。   A signal readout circuit 215 is formed on the left side of the photodiode 214 with a little separation. The signal readout circuit 215 is, for example, a transistor circuit having a 3-transistor configuration or a 4-transistor configuration used in an existing CMOS type image sensor, and the row selection scanning unit 203 and the image signal processing unit 204 are also an existing CMOS type image sensor. The same ones used can be used.

信号読出回路215の出力は列信号線209に接続されている。信号読出回路215は、行選択信号線207にも接続されており、ここからパルスが印加されると、n層212に蓄積された電荷に応じた電圧信号を列信号線209に出力する。又、信号読出回路215は、リセット信号線206にも接続されており、ここからパルスが印加されると、n層212に蓄積されている電荷をリセットドレインへと掃き出すリセット動作を行う。   The output of the signal readout circuit 215 is connected to the column signal line 209. The signal readout circuit 215 is also connected to the row selection signal line 207, and when a pulse is applied from here, outputs a voltage signal corresponding to the electric charge accumulated in the n layer 212 to the column signal line 209. The signal readout circuit 215 is also connected to the reset signal line 206. When a pulse is applied from here, the signal readout circuit 215 performs a reset operation for sweeping out the electric charge accumulated in the n layer 212 to the reset drain.

フォトダイオード214の右隣には、少し離間して、その表面から内側に、画素202Rの有機光電変換素子の光電変換膜226で発生した電荷を蓄積するための例えばn層からなる電荷蓄積部216が形成されている。電荷蓄積部216の右隣には、少し離間して信号読出回路217が形成されている。   Next to the right side of the photodiode 214, a charge storage unit 216 made of, for example, an n-layer for storing charges generated in the photoelectric conversion film 226 of the organic photoelectric conversion element of the pixel 202R a little away from the inside thereof. Is formed. A signal readout circuit 217 is formed on the right side of the charge storage unit 216 with a slight separation.

信号読出回路217は、例えば既存のCMOS型イメージセンサで用いられる3トランジスタ構成または4トランジスタ構成等のトランジスタ回路が用いることができる。   As the signal readout circuit 217, for example, a transistor circuit having a 3-transistor configuration or a 4-transistor configuration used in an existing CMOS type image sensor can be used.

信号読出回路217の出力は列信号線208に接続されている。信号読出回路217は、行選択信号線207にも接続されており、ここからパルスが印加されると、電荷蓄積部216に蓄積された電荷に応じた電圧信号を列信号線208に出力する。又、信号読出回路217は、リセット信号線206にも接続されており、ここからパルスが印加されると、電荷蓄積部216に蓄積されている電荷をリセットドレインへと掃き出すリセット動作を行う。   The output of the signal readout circuit 217 is connected to the column signal line 208. The signal readout circuit 217 is also connected to the row selection signal line 207, and when a pulse is applied therefrom, a voltage signal corresponding to the charge accumulated in the charge accumulation unit 216 is output to the column signal line 208. The signal readout circuit 217 is also connected to the reset signal line 206. When a pulse is applied from there, the signal readout circuit 217 performs a reset operation for sweeping out the charge accumulated in the charge accumulation unit 216 to the reset drain.

尚、信号読出回路215と信号読出回路217は、既存のCCD(電荷結合素子)型固体撮像素子と同様に、各画素で検出された信号電荷を電荷転送路(垂直電荷転送路VCCD,水平電荷転送路HCCD)でアンプまで転送し、アンプにて信号を出力する構造を採用しても良い。   Note that the signal readout circuit 215 and the signal readout circuit 217 are configured to transfer a signal charge detected in each pixel to a charge transfer path (vertical charge transfer path VCCD, horizontal charge) in the same manner as an existing CCD (charge coupled device) type solid-state imaging device. A structure may be employed in which the signal is transferred to the amplifier via the transfer path HCCD and the signal is output by the amplifier.

電荷蓄積部216上の無機層220及びカラーフィルタ222Rにはアルミニウム等からなるコンタクト部224が画素電極225まで貫通して形成されている。コンタクト部224は、画素電極225と電荷蓄積部216とに直接接続され、これらを電気的に接続する接続手段として機能する。   A contact portion 224 made of aluminum or the like is formed through the pixel electrode 225 in the inorganic layer 220 and the color filter 222R on the charge storage portion 216. The contact portion 224 is directly connected to the pixel electrode 225 and the charge storage portion 216, and functions as a connection means for electrically connecting them.

絶縁層220内には、ポリ配線層218と3層メタル配線層219が設けられている。これらの配線層の数は、信号読出回路215,217の回路動作に必要な配線の数によって決まっている。3層メタル層219は、信号読出回路215,217を遮光する遮光膜としても機能する。絶縁層220の上面は平坦化されており、この上にカラーフィルタ層が形成されている。   A poly wiring layer 218 and a three-layer metal wiring layer 219 are provided in the insulating layer 220. The number of these wiring layers is determined by the number of wirings necessary for the circuit operation of the signal readout circuits 215 and 217. The three-layer metal layer 219 also functions as a light shielding film that shields the signal readout circuits 215 and 217. The upper surface of the insulating layer 220 is flattened, and a color filter layer is formed thereon.

以上までに説明した構造が、各画素で共通の構造である。次に、各画素で異なる構造部分について説明する。   The structure described above is a structure common to each pixel. Next, a different structure portion for each pixel will be described.

画素202Rのフォトダイオード214上方には、このフォトダイオード214に対応するカラーフィルタ222Rが形成されている。画素202Gのフォトダイオード214上方には、このフォトダイオード214に対応するカラーフィルタ222Gが形成されている。画素202Bのフォトダイオード214上方には、このフォトダイオード214に対応するカラーフィルタ222Bが形成されている。   A color filter 222R corresponding to the photodiode 214 is formed above the photodiode 214 of the pixel 202R. A color filter 222G corresponding to the photodiode 214 is formed above the photodiode 214 of the pixel 202G. A color filter 222B corresponding to the photodiode 214 is formed above the photodiode 214 of the pixel 202B.

このような構成により、画素202Rのフォトダイオード214は、R光を検出する第1の光電変換素子として機能し、画素202Gのフォトダイオード214は、G光を検出する第2の光電変換素子として機能し、画素202Bのフォトダイオード214は、B光を検出する第3の光電変換素子として機能する。このように、固体撮像素子200の各画素には、有機光電変換素子とフォトダイオード214とが含まれた構成となっている。   With such a configuration, the photodiode 214 of the pixel 202R functions as a first photoelectric conversion element that detects R light, and the photodiode 214 of the pixel 202G functions as a second photoelectric conversion element that detects G light. The photodiode 214 of the pixel 202B functions as a third photoelectric conversion element that detects B light. As described above, each pixel of the solid-state imaging device 200 includes the organic photoelectric conversion element and the photodiode 214.

次に、このような構成の固体撮像素子200の動作について説明する。   Next, the operation of the solid-state imaging device 200 having such a configuration will be described.

固体撮像素子200に光が入射すると、画素202Rでは、入射光のうちのIR光が光電変換膜226で吸収され、R光、G光、B光、紫外光が光電変換膜226を透過する。透過した光のうちのR光はカラーフィルタ222Rを透過し、フォトダイオード214に吸収される。   When light is incident on the solid-state imaging device 200, IR light of incident light is absorbed by the photoelectric conversion film 226 and R light, G light, B light, and ultraviolet light are transmitted through the photoelectric conversion film 226 in the pixel 202R. Of the transmitted light, R light passes through the color filter 222R and is absorbed by the photodiode 214.

画素202Gでは、入射光のうちのIR光が光電変換膜226に吸収され、R光、G光、B光、紫外光が光電変換膜226を透過する。透過した光のうちのG光はカラーフィルタ222Gを透過し、フォトダイオード214に吸収される。   In the pixel 202G, IR light of incident light is absorbed by the photoelectric conversion film 226, and R light, G light, B light, and ultraviolet light pass through the photoelectric conversion film 226. Of the transmitted light, G light passes through the color filter 222G and is absorbed by the photodiode 214.

画素202Bでは、入射光のうちのIR光が光電変換膜226で吸収され、R光、G光、B光、紫外光が光電変換膜226を透過する。透過した光のうちのB光はカラーフィルタ222Bを透過し、フォトダイオード214に吸収される。   In the pixel 202B, IR light of incident light is absorbed by the photoelectric conversion film 226, and R light, G light, B light, and ultraviolet light pass through the photoelectric conversion film 226. Of the transmitted light, B light passes through the color filter 222B and is absorbed by the photodiode 214.

画素202Rにおける光電変換膜226では、入射したIR光の光量に応じた信号電荷が発生する。画素202Rの光電変換膜226で発生した信号電荷は、画素202Rの画素電極225に集約され、画素202Rのコンタクト部224を通り、画素202Rの信号読出回路217で信号に変換されて、列信号線208にIR信号として出力される。   In the photoelectric conversion film 226 in the pixel 202R, a signal charge corresponding to the amount of incident IR light is generated. The signal charges generated in the photoelectric conversion film 226 of the pixel 202R are collected on the pixel electrode 225 of the pixel 202R, pass through the contact portion 224 of the pixel 202R, converted into a signal by the signal readout circuit 217 of the pixel 202R, and the column signal line 208 is output as an IR signal.

画素202Gにおける光電変換膜226では、入射したIR光の光量に応じた信号電荷が発生する。画素202Gの光電変換膜226で発生した信号電荷は、画素202Gの画素電極225に集約され、画素202Gのコンタクト部224を通り、画素202Gの信号読出回路217で信号に変換されて、列信号線208にIR信号として出力される。   In the photoelectric conversion film 226 in the pixel 202G, signal charges corresponding to the amount of incident IR light are generated. The signal charges generated in the photoelectric conversion film 226 of the pixel 202G are collected on the pixel electrode 225 of the pixel 202G, pass through the contact portion 224 of the pixel 202G, converted into a signal by the signal readout circuit 217 of the pixel 202G, and the column signal line 208 is output as an IR signal.

画素202Bにおける光電変換膜226では、入射したIR光の光量に応じた信号電荷が発生する。画素202Bの光電変換膜226で発生した信号電荷は、画素202Bの画素電極225に集約され、画素202Bのコンタクト部224を通り、画素202Bの信号読出回路217で信号に変換されて、列信号線208にIR信号として出力される。   In the photoelectric conversion film 226 in the pixel 202B, signal charges corresponding to the amount of incident IR light are generated. The signal charges generated in the photoelectric conversion film 226 of the pixel 202B are collected on the pixel electrode 225 of the pixel 202B, passed through the contact portion 224 of the pixel 202B, converted into a signal by the signal readout circuit 217 of the pixel 202B, and the column signal line 208 is output as an IR signal.

列信号線208から出力される画素202R,202G,202Bから得られたIR信号を処理することで、固体撮像素子200の総画素数からなる赤外画像データ(各画素に対応する画素データにIR信号を持たせたデータ)を生成することができる。   By processing IR signals obtained from the pixels 202R, 202G, and 202B output from the column signal line 208, infrared image data consisting of the total number of pixels of the solid-state imaging device 200 (IR data corresponding to each pixel is IR data). Data with a signal) can be generated.

画素202Rのフォトダイオード214では、入射したR光の光量に応じたR信号電荷が発生する。R信号電荷に応じたR信号は、画素202Rの信号読出回路215から列信号線209に出力される。   In the photodiode 214 of the pixel 202R, an R signal charge corresponding to the amount of incident R light is generated. The R signal corresponding to the R signal charge is output from the signal readout circuit 215 of the pixel 202R to the column signal line 209.

画素202Gのフォトダイオード214では、入射したG光の光量に応じたG信号電荷が発生する。G信号電荷に応じたG信号は、画素202Gの信号読出回路215から列信号線209に出力される。   In the photodiode 214 of the pixel 202G, a G signal charge corresponding to the amount of incident G light is generated. The G signal corresponding to the G signal charge is output from the signal readout circuit 215 of the pixel 202G to the column signal line 209.

画素202Bのフォトダイオード214では、入射したB光の光量に応じたB信号電荷が発生する。B信号電荷に応じたB信号は、画素202Bの信号読出回路215から列信号線209に出力される。   In the photodiode 214 of the pixel 202B, a B signal charge corresponding to the amount of incident B light is generated. The B signal corresponding to the B signal charge is output from the signal readout circuit 215 of the pixel 202B to the column signal line 209.

そして、このようにして出力されたR信号、G信号、B信号を用いることにより、各画素に対応する画素データにRGBの3つの色情報を持たせたRGBカラー画像データを生成することができる。   Then, by using the R signal, G signal, and B signal output in this way, RGB color image data in which the pixel data corresponding to each pixel has three color information of RGB can be generated. .

上記手法により、RGBカラー画像データと赤外画像データとを、1回の撮像によって精度良く得ることが可能となる。   By the above method, it is possible to obtain RGB color image data and infrared image data with high accuracy by one imaging.

以上のような構成の固体撮像素子200は、デジタルカメラやデジタルビデオカメラ等の撮像装置に搭載して用いることができる。以下に、固体撮像素子200を搭載した撮像装置の一例であるデジタルカメラの構成について説明する。
図3は、図1に示す固体撮像素子200を搭載した撮像装置の一例であるデジタルカメラの概略構成を示す図である。
図示するデジタルカメラの撮像系は、撮影レンズ1と、上述した構成の固体撮像素子200と、この両者の間に設けられた絞り2と、光学ローパスフィルタ4とを備える。
The solid-state imaging device 200 having the above-described configuration can be used by being mounted on an imaging apparatus such as a digital camera or a digital video camera. Below, the structure of the digital camera which is an example of the imaging device carrying the solid-state image sensor 200 is demonstrated.
FIG. 3 is a diagram illustrating a schematic configuration of a digital camera which is an example of an imaging apparatus in which the solid-state imaging device 200 illustrated in FIG. 1 is mounted.
The imaging system of the digital camera shown in the figure includes a photographic lens 1, a solid-state imaging device 200 having the above-described configuration, a diaphragm 2 provided between the two, and an optical low-pass filter 4.

デジタルカメラの電気制御系全体を統括制御するシステム制御部11は、フラッシュ発光部12及び受光部13を制御し、レンズ駆動部8を制御して撮影レンズ1の位置をフォーカス位置に調整したりズーム調整を行ったりし、絞り駆動部9を介し絞り2の開口量を制御して露光量調整を行う。   A system control unit 11 that performs overall control of the electrical control system of the digital camera controls the flash light emitting unit 12 and the light receiving unit 13 and controls the lens driving unit 8 to adjust the position of the photographing lens 1 to the focus position and zoom. The exposure amount is adjusted by adjusting the aperture amount of the aperture 2 via the aperture drive unit 9.

又、システム制御部11は、撮像素子駆動部10を介して固体撮像素子200を駆動し、撮影レンズ1を通して撮像した被写体画像を色信号として出力させる。システム制御部11には、操作部14を通してユーザからの指示信号が入力される。   Further, the system control unit 11 drives the solid-state image sensor 200 via the image sensor driving unit 10 and outputs a subject image captured through the photographing lens 1 as a color signal. An instruction signal from the user is input to the system control unit 11 through the operation unit 14.

デジタルカメラの電気制御系は、更に、固体撮像素子200の出力に接続された相関二重サンプリング処理等のアナログ信号処理を行うアナログ信号処理部6と、このアナログ信号処理部6から出力された信号をデジタル信号に変換するA/D変換回路7とを備え、これらはシステム制御部11によって制御される。   The electric control system of the digital camera further includes an analog signal processing unit 6 that performs analog signal processing such as correlated double sampling processing connected to the output of the solid-state imaging device 200, and a signal output from the analog signal processing unit 6. And an A / D conversion circuit 7 for converting the signal into a digital signal, which are controlled by the system control unit 11.

更に、このデジタルカメラの電気制御系は、メインメモリ16と、メインメモリ16に接続されたメモリ制御部15と、補間演算やガンマ補正演算等の各種信号処理を行って記録用の画像データを生成するデジタル信号処理部17と、デジタル信号処理部17で生成された画像データをJPEG形式に圧縮したり圧縮画像データを伸張したりする圧縮伸張処理部18と、測光データを積算しデジタル信号処理部17が行うホワイトバランス補正のゲインを求める積算部19と、着脱自在の記録媒体21が接続される外部メモリ制御部20と、カメラ背面等に搭載された液晶表示部23が接続される表示制御部22とを備え、これらは、制御バス24及びデータバス25によって相互に接続され、システム制御部11からの指令によって制御される。   Furthermore, the electric control system of this digital camera generates image data for recording by performing various signal processing such as interpolation calculation and gamma correction calculation with the main memory 16 and the memory control unit 15 connected to the main memory 16. A digital signal processing unit 17 that compresses the image data generated by the digital signal processing unit 17 into a JPEG format or expands the compressed image data, and a digital signal processing unit that integrates the photometric data. 17 for obtaining the gain of white balance correction performed by the display 17; an external memory control unit 20 to which a detachable recording medium 21 is connected; and a display control unit to which a liquid crystal display unit 23 mounted on the back of the camera is connected. 22 are connected to each other by a control bus 24 and a data bus 25, and controlled by a command from the system control unit 11. That.

図4は、図3に示すデジタル信号処理部17の詳細構成を示したブロック図である。
デジタル信号処理部17は、カラー画像データ生成部171と、赤外画像データ生成部172と、輪郭画像データ生成部173と、画像合成部174とを備えている。これらのブロックの機能は、デジタル信号処理部17が所定のプログラムを実行することによって実現されるものである。
FIG. 4 is a block diagram showing a detailed configuration of the digital signal processing unit 17 shown in FIG.
The digital signal processing unit 17 includes a color image data generation unit 171, an infrared image data generation unit 172, a contour image data generation unit 173, and an image composition unit 174. The functions of these blocks are realized by the digital signal processing unit 17 executing a predetermined program.

カラー画像データ生成部171は、固体撮像素子200の各画素のフォトダイオード214から得られたR,G,B信号から、1つの画素データにR,G,Bの色信号を持たせたカラー画像データを生成する。具体的に、カラー画像データ生成部171は、固体撮像素子200の各画素に対応する画素位置に、各画素のフォトダイオード214から得られない他の色信号を補間する同時化処理を行って、該画素位置にR,G,Bの3つの色信号を生成し、この3つの色信号を該画素位置に対応する画素データとして、固体撮像素子200の総画素数と同じ数の画素データからなるカラー画像データを生成する。例えば、画素202Rに対応する画素位置には、R信号は存在しているが、G,B信号は存在していないため、この画素位置に、周囲の画素位置にあるG,B信号を用いてG,B信号を補間して、画素202Rに対応する画素位置にR,G,Bの3つの色信号を生成する。   The color image data generation unit 171 is a color image in which R, G, and B color signals are given to one pixel data from the R, G, and B signals obtained from the photodiode 214 of each pixel of the solid-state imaging device 200. Generate data. Specifically, the color image data generation unit 171 performs a synchronization process for interpolating other color signals that cannot be obtained from the photodiode 214 of each pixel at the pixel position corresponding to each pixel of the solid-state imaging device 200, Three color signals of R, G, and B are generated at the pixel position, and the three color signals are made up of pixel data of the same number as the total number of pixels of the solid-state imaging device 200 as pixel data corresponding to the pixel position. Generate color image data. For example, although the R signal exists at the pixel position corresponding to the pixel 202R, but the G and B signals do not exist, the G and B signals at the surrounding pixel positions are used for this pixel position. The G and B signals are interpolated to generate three color signals R, G, and B at the pixel position corresponding to the pixel 202R.

赤外画像データ生成部172は、固体撮像素子200の各画素の有機光電変換素子から得られたIR信号から、1つの画素データにIR信号を持たせた赤外画像データを生成する。具体的に、赤外画像データ生成部172は、固体撮像素子200の各画素に対応する画素位置に、各画素の有機光電変換素子から得られたIR信号を配置し、このIR信号を該画素位置に対応する画素データとして、固体撮像素子200の総画素数と同じ数の画素データからなる赤外画像データを生成する。   The infrared image data generation unit 172 generates infrared image data in which one pixel data has an IR signal from the IR signal obtained from the organic photoelectric conversion element of each pixel of the solid-state imaging device 200. Specifically, the infrared image data generation unit 172 arranges the IR signal obtained from the organic photoelectric conversion element of each pixel at the pixel position corresponding to each pixel of the solid-state imaging device 200, and uses the IR signal as the pixel. As pixel data corresponding to the position, infrared image data composed of the same number of pixel data as the total number of pixels of the solid-state imaging device 200 is generated.

輪郭画像データ生成部173は、赤外画像データ生成部172で生成された赤外画像データから輪郭情報のみ抽出した輪郭画像データを生成する。輪郭情報の抽出方法については公知であるため説明を省略する。   The contour image data generation unit 173 generates contour image data obtained by extracting only contour information from the infrared image data generated by the infrared image data generation unit 172. The method for extracting the contour information is well known and will not be described.

画像合成部174は、カラー画像データ生成部171で生成されたカラー画像データと、輪郭画像データ生成部173で生成された輪郭画像データとを合成して、記録媒体21への記録用の画像データを生成し、これを圧縮伸張処理部18に出力する。   The image synthesizing unit 174 synthesizes the color image data generated by the color image data generating unit 171 and the contour image data generated by the contour image data generating unit 173, and image data for recording on the recording medium 21. Is output to the compression / decompression processing unit 18.

図5は、被写体照度に対する光電変換素子214からの出力信号(PD信号)と有機光電変換素子からの出力信号(膜信号)の関係を示した図である。
有機光電変換素子は、光電変換素子214よりも受光面積が大きいため、そのダイナミックレンジが光電変換素子214のダイナミックレンジよりも大きくなっている。つまり、被写体に、光電変換素子214では出力信号が飽和して白とびしてしまう高照度領域があった場合でも、有機光電変換素子によってこの高照度領域を、白とびを起こすことなく撮像することが可能となっている。
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the output signal (PD signal) from the photoelectric conversion element 214 and the output signal (film signal) from the organic photoelectric conversion element with respect to the subject illuminance.
Since the organic photoelectric conversion element has a larger light receiving area than the photoelectric conversion element 214, its dynamic range is larger than the dynamic range of the photoelectric conversion element 214. In other words, even if the subject has a high illuminance region in which the output signal is saturated in the photoelectric conversion element 214, the high illuminance region is imaged without causing the overexposure by the organic photoelectric conversion element. Is possible.

例えば、図6(a)に示すように、雲の存在する青空を背景にした建物を撮像する場合を考える。この被写体では、雲と青空のある領域が、光電変換素子214からの出力信号が飽和してしまう照度レベルである高照度領域となっているものとする。このような被写体を本実施形態のデジタルカメラで撮影すると、カラー画像データ生成部171で生成されたカラー画像データは、図6(b)に示すように、高照度領域が白とびしたものとなってしまい、雲の部分の輪郭が消されたものとなってしまう。これに対し、赤外画像データ生成部172で生成された赤外画像データは、図6(c)に示すように、高照度領域が白とびしていないものとなる。   For example, as shown in FIG. 6A, consider the case of imaging a building against a blue sky with clouds. In this subject, it is assumed that an area with clouds and a blue sky is a high illuminance area that is an illuminance level at which the output signal from the photoelectric conversion element 214 is saturated. When such a subject is photographed by the digital camera according to the present embodiment, the color image data generated by the color image data generation unit 171 has a high illuminance area overexposed as shown in FIG. 6B. As a result, the outline of the cloud portion is erased. On the other hand, the infrared image data generated by the infrared image data generation unit 172 has a high illuminance area that is not overexposed, as shown in FIG.

本実施形態のデジタルカメラでは、輪郭画像データ生成部173が、図6(c)に示した赤外画像データから輪郭情報を抽出して図6(d)に示したような輪郭画像データを生成し、画像合成部174が、図6(d)に示す輪郭画像データと図6(b)に示したカラー画像データとを合成して、図6(e)に示すような合成画像データを生成するものとしている。図6(d)に示す輪郭画像データには雲の輪郭が残っているため、これと図6(b)に示すカラー画像データとを合成することで、図6(b)の高照度領域で白とびして消えてしまっていた雲の輪郭を再現することが可能となる。   In the digital camera of this embodiment, the contour image data generation unit 173 extracts contour information from the infrared image data shown in FIG. 6C and generates contour image data as shown in FIG. Then, the image synthesis unit 174 synthesizes the contour image data shown in FIG. 6 (d) and the color image data shown in FIG. 6 (b) to generate composite image data as shown in FIG. 6 (e). I am going to do it. Since the outline of the cloud remains in the outline image data shown in FIG. 6D, this is combined with the color image data shown in FIG. It becomes possible to reproduce the outline of the cloud that has been blown out and disappeared.

次に、デジタルカメラの動作を説明する。図7は、本実施形態のデジタルカメラの撮影動作を説明するためのフローチャートである。
撮影指示がなされると、撮像素子駆動部10の制御によって、光電変換素子214の電子シャッタが“開”となり、画素電極225及び共通電極227間に所定のバイアス電圧が印加されて、光電変換素子214と有機光電変換素子とで被写体の撮像が同時に開始される(ステップS1,S3)。露光期間が終了すると、光電変換素子214から得られたR,G,B信号からカラー画像データが生成される(ステップS2)。更に、有機光電変換素子から得られたIR信号からIR画像データが生成され、このIR画像データから輪郭情報を抽出した輪郭画像データが生成される(ステップS4)。尚、ステップS2とステップS4は、同時に行っても良いし、どちらを先に行っても良い。
Next, the operation of the digital camera will be described. FIG. 7 is a flowchart for explaining the photographing operation of the digital camera of this embodiment.
When a photographing instruction is given, the electronic shutter of the photoelectric conversion element 214 is “opened” by the control of the image pickup element driving unit 10, and a predetermined bias voltage is applied between the pixel electrode 225 and the common electrode 227, and the photoelectric conversion element The imaging of the subject is simultaneously started by 214 and the organic photoelectric conversion element (steps S1 and S3). When the exposure period ends, color image data is generated from the R, G, and B signals obtained from the photoelectric conversion element 214 (step S2). Further, IR image data is generated from the IR signal obtained from the organic photoelectric conversion element, and contour image data obtained by extracting contour information from the IR image data is generated (step S4). Note that step S2 and step S4 may be performed simultaneously, or whichever may be performed first.

ステップS2とステップS4の後、カラー画像データと輪郭画像データとが合成され(ステップS5)、被写体の輪郭を忠実に再現した記録媒体記録用のカラー画像データが出力され(ステップS6)、このカラー画像データが圧縮された後、記録媒体21に記録される。   After step S2 and step S4, the color image data and the contour image data are synthesized (step S5), and color image data for recording medium recording that faithfully reproduces the contour of the subject is output (step S6). After the image data is compressed, it is recorded on the recording medium 21.

以上のように、本実施形態のデジタルカメラは、ダイナミックレンジの狭い光電変換素子214から得られた信号により生成したカラー画像データに、ダイナミックレンジの広い有機光電変換素子から得られた信号により生成した被写体の輪郭を表す輪郭画像データを合成して、記録媒体21への記録用画像データを生成している。このため、光電変換素子214だけでは白とびしてしまう高照度領域が被写体にあったとしても、この高照度領域にある被写体の輪郭を忠実に再現した画像データを得ることができる。   As described above, the digital camera according to the present embodiment generates the color image data generated from the signal obtained from the photoelectric conversion element 214 having a narrow dynamic range by using the signal obtained from the organic photoelectric conversion element having a wide dynamic range. The image data for recording on the recording medium 21 is generated by synthesizing the contour image data representing the contour of the subject. For this reason, even if the subject has a high illuminance region that is overexposed only by the photoelectric conversion element 214, image data that faithfully reproduces the contour of the subject in the high illuminance region can be obtained.

又、本実施形態のデジタルカメラは、固体撮像素子200の光電変換膜がIR光を吸収してこれに応じた電荷を発生する光電変換材料で構成されている。このため、暗闇における撮影においても、その暗闇の中にある建物の輪郭を忠実に再現した画像データを得ることができる。本実施形態のデジタルカメラは、どのような被写体(明るすぎる被写体や暗すぎる被写体)であっても、その輪郭を忠実に再現した画像データを得ることができるため、監視カメラ等のように、どんな状況でも被写体の動きを検出できることが重要となるシステムに適したものとなる。   In the digital camera according to the present embodiment, the photoelectric conversion film of the solid-state imaging device 200 is formed of a photoelectric conversion material that absorbs IR light and generates a charge corresponding to the IR light. For this reason, even when shooting in the dark, it is possible to obtain image data that faithfully reproduces the outline of the building in the dark. The digital camera of this embodiment can obtain image data that faithfully reproduces the outline of any subject (subject that is too bright or subject that is too dark). This makes it suitable for systems where it is important to be able to detect the movement of the subject even in situations.

又、固体撮像素子200の光電変換膜226を構成する有機光電変換材料は、シリコンに比べて赤外光の平均自由工程が短いため、シリコンで赤外撮像を行う場合に比べて、画素間クロストークの少ない、つまり高解像度の赤外画像データを得ることができる。赤外画像データが高解像度となることで、輪郭の抽出精度が向上し、輪郭の再現性が向上するため、光電変換膜226は無機よりも有機の光電変換材料で構成することが好ましい。   In addition, since the organic photoelectric conversion material constituting the photoelectric conversion film 226 of the solid-state imaging device 200 has a shorter mean free path of infrared light than silicon, the cross-pixel crossing compared to the case where infrared imaging is performed using silicon. It is possible to obtain infrared image data with little talk, that is, high resolution. It is preferable that the photoelectric conversion film 226 is made of an organic photoelectric conversion material rather than an inorganic material because the high-resolution infrared image data improves contour extraction accuracy and improves contour reproducibility.

又、固体撮像素子200は、光電変換素子214と有機光電変換素子とが同一位置で積層された構造となっているため、カラー画像データ生成部171で生成されたカラー画像データと、赤外画像データ生成部172で生成された赤外画像データとを、空間的、時間的に全くズレのないものにすることができる。又、このズレのないカラー画像データ全体と、赤外画像データから生成された輪郭画像データ全体とを合成して記録用の画像データを生成しているため、記録用の画像データに基づく画像をより違和感のないものにすることができる。   Further, since the solid-state imaging device 200 has a structure in which the photoelectric conversion element 214 and the organic photoelectric conversion element are stacked at the same position, the color image data generated by the color image data generation unit 171 and the infrared image The infrared image data generated by the data generation unit 172 can be spatially and temporally free from any deviation. Further, since the image data for recording is generated by synthesizing the entire color image data without deviation and the entire contour image data generated from the infrared image data, an image based on the image data for recording is generated. It can be made more uncomfortable.

尚、本実施形態では、固体撮像素子200に含まれる多数の光電変換素子214が、R光を検出する光電変換素子と、G光を検出する光電変換素子と、B光を検出する光電変換素子との3種類の光電変換素子からなるものとして説明したが、これに限らず、多数の光電変換素子214を4種類以上の光電変換素子からなるものとしても良い。   In the present embodiment, a large number of photoelectric conversion elements 214 included in the solid-state imaging device 200 include a photoelectric conversion element that detects R light, a photoelectric conversion element that detects G light, and a photoelectric conversion element that detects B light. However, the present invention is not limited to this, and a large number of photoelectric conversion elements 214 may be formed of four or more types of photoelectric conversion elements.

又、光電変換膜226を構成する光電変換材料は、IR光を吸収してこれに応じた電荷を発生する材料に限らず、光電変換膜226から得られる信号から輪郭画像データを生成することができる材料であれば何でも良い。ただし、光電変換素子214で吸収させたい光を吸収してしまう材料を採用すると、光電変換素子214に光が入射されなくなってしまうため、光電変換素子214に吸収させたい光を透過する材料であることが望ましい。   The photoelectric conversion material constituting the photoelectric conversion film 226 is not limited to a material that absorbs IR light and generates a charge corresponding to the IR light, and can generate contour image data from a signal obtained from the photoelectric conversion film 226. Any material can be used. However, if a material that absorbs light that is to be absorbed by the photoelectric conversion element 214 is used, light is not incident on the photoelectric conversion element 214, and thus the material that transmits light to be absorbed by the photoelectric conversion element 214 is transmitted. It is desirable.

又、本実施形態では、画像合成部174が、常に、カラー画像データと輪郭画像データとを合成した画像データを記録用画像データとして出力するようにしているが、デジタル信号処理部17内に、光電変換素子214からの信号が飽和レベルに達しているか否かを判定する手段を設け、この判定結果に応じて、出力する内容を変更することも可能である。この場合、画像合成部174は、光電変換素子214からの信号が飽和レベルに達していなかった場合、カラー画像データ生成371で生成されたカラー画像データをそのまま記録用画像データとして出力し、光電変換素子214からの信号が飽和レベルに達していた場合、カラー画像データ生成371で生成されたカラー画像データと輪郭画像データとを合成したものを記録用画像データとして出力すれば良い。   In this embodiment, the image composition unit 174 always outputs the image data obtained by combining the color image data and the contour image data as recording image data. It is also possible to provide means for determining whether or not the signal from the photoelectric conversion element 214 has reached the saturation level, and to change the output contents in accordance with the determination result. In this case, if the signal from the photoelectric conversion element 214 has not reached the saturation level, the image composition unit 174 outputs the color image data generated by the color image data generation 371 as recording image data as it is, and performs photoelectric conversion. When the signal from the element 214 has reached the saturation level, a combination of the color image data generated by the color image data generation 371 and the contour image data may be output as recording image data.

(第二実施形態)
本実施形態で説明するデジタルカメラの全体構成は、図3に示したものとほぼ同じであるが、固体撮像素子200とデジタル信号処理部17の構成が若干異なっている。
本実施形態のデジタルカメラの固体撮像素子200は、光電変換膜226として、G光の一部の波長域(約480nm〜約520nm)の光(以下エメラルド(E)光という)を吸収してこれに応じた電荷を発生する光電変換材料を用いている。このような構成により、有機光電変換素子の出力信号を用いてE成分のみからなるE画像データを生成し、光電変換素子214の出力信号と有機光電変換素子の出力信号とを用いて、色再現性を向上させたRGBカラー画像データを生成することが可能となっている。
(Second embodiment)
The overall configuration of the digital camera described in the present embodiment is almost the same as that shown in FIG. 3, but the configurations of the solid-state imaging device 200 and the digital signal processing unit 17 are slightly different.
The solid-state imaging device 200 of the digital camera according to the present embodiment absorbs light (hereinafter referred to as emerald (E) light) in a part of the wavelength range (about 480 nm to about 520 nm) of the G light as the photoelectric conversion film 226. The photoelectric conversion material which generates the electric charge according to is used. With such a configuration, E image data including only an E component is generated using the output signal of the organic photoelectric conversion element, and color reproduction is performed using the output signal of the photoelectric conversion element 214 and the output signal of the organic photoelectric conversion element. It is possible to generate RGB color image data with improved performance.

図8は、本発明の第二実施形態のデジタルカメラのデジタル信号処理部の詳細構成を示したブロック図である。
図8に示したデジタル信号処理部17は、カラー画像データ生成部271と、E画像データ生成部272と、輪郭画像データ生成部273と、画像合成部274と、飽和レベル判定部275とを備えている。
FIG. 8 is a block diagram showing a detailed configuration of the digital signal processing unit of the digital camera according to the second embodiment of the present invention.
The digital signal processing unit 17 illustrated in FIG. 8 includes a color image data generation unit 271, an E image data generation unit 272, a contour image data generation unit 273, an image synthesis unit 274, and a saturation level determination unit 275. ing.

カラー画像データ生成部271は、固体撮像素子200の各画素のフォトダイオード214から得られたR,G,B信号と、光電変換膜226から得られたE信号とから、1つの画素データにR,G,Bの色信号を持たせたカラー画像データを生成する。具体的に、カラー画像データ生成部271は、固体撮像素子200の各画素に対応する画素位置に、各画素のフォトダイオード214から得られない他の色信号を補間する同時化処理を行って、該画素位置にR,G,B,Eの4つの色信号を生成し、この4つの色信号のうちのR信号の視感度特性を、E信号を用いて補正する。そして、補正後のR信号と、G信号と、B信号との3つの色信号を該画素位置に対応する画素データとして、固体撮像素子200の総画素数と同じ数の画素データからなるカラー画像データを生成する。   The color image data generation unit 271 converts R, G, and B signals obtained from the photodiode 214 of each pixel of the solid-state imaging device 200 and E signal obtained from the photoelectric conversion film 226 into one pixel data. , G, B color signal data is generated. Specifically, the color image data generation unit 271 performs a synchronization process of interpolating other color signals that cannot be obtained from the photodiode 214 of each pixel at the pixel position corresponding to each pixel of the solid-state imaging device 200, Four color signals of R, G, B, and E are generated at the pixel position, and the visibility characteristic of the R signal among the four color signals is corrected using the E signal. Then, using the three color signals of the corrected R signal, G signal, and B signal as pixel data corresponding to the pixel position, a color image composed of the same number of pixel data as the total number of pixels of the solid-state imaging device 200 Generate data.

波長480〜520nmのエメラルド色の光を検出する利点は、人間の視感度に応じて赤色を補正するためである。人間の視感度は、固体撮像素子200の光電変換素子214でR,G,Bの正の感度のみ検出して色再現を行っても、人間の見た画像を再現することはできない。そこで、負感度の一番大きい赤の負感度をエメラルド膜によって検出し、光電変換素子214で検出した赤の感度から、この負感度分を差し引く信号処理を、特許第2872759号公報記載の信号処理と同様に行うことで、人間の赤色に対する感度を再現することができ、色再現性を向上させることができる。   The advantage of detecting the light of emerald color with a wavelength of 480 to 520 nm is to correct red according to the human visual sensitivity. As for human visibility, even if only the R, G, and B positive sensitivities are detected by the photoelectric conversion element 214 of the solid-state imaging device 200 and color reproduction is performed, an image viewed by humans cannot be reproduced. Therefore, the signal processing described in Japanese Patent No. 2872759 is a signal processing in which the negative negative sensitivity with the highest negative sensitivity is detected by the emerald film, and the negative sensitivity is subtracted from the red sensitivity detected by the photoelectric conversion element 214. By performing in the same manner as described above, it is possible to reproduce the human sensitivity to red and improve color reproducibility.

E画像データ生成部272は、固体撮像素子200の各画素の有機光電変換素子から得られたE信号から、1つの画素データにE信号を持たせたE画像データを生成する。具体的に、E画像データ生成部272は、固体撮像素子200の各画素に対応する画素位置に、各画素の有機光電変換素子から得られたE信号を配置し、このE信号を該画素位置に対応する画素データとして、固体撮像素子200の総画素数と同じ数の画素データからなるE画像データを生成する。   The E image data generation unit 272 generates E image data in which one pixel data has an E signal from the E signal obtained from the organic photoelectric conversion element of each pixel of the solid-state imaging element 200. Specifically, the E image data generation unit 272 arranges the E signal obtained from the organic photoelectric conversion element of each pixel at the pixel position corresponding to each pixel of the solid-state imaging device 200, and uses the E signal as the pixel position. E image data composed of the same number of pixel data as the total number of pixels of the solid-state imaging device 200 is generated as the pixel data corresponding to.

輪郭画像データ生成部273は、E画像データ生成部272で生成されたE画像データから輪郭情報のみ抽出した輪郭画像データを生成する。輪郭情報の抽出方法については公知であるため説明を省略する。   The contour image data generation unit 273 generates contour image data obtained by extracting only contour information from the E image data generated by the E image data generation unit 272. The method for extracting the contour information is well known and will not be described.

飽和レベル判定部275は、光電変換素子214から得られたR,G,B信号に、飽和レベルに達しているものがあるか否かを判定し、判定結果を画像合成部274に通知する。   The saturation level determination unit 275 determines whether there is any signal that has reached the saturation level among the R, G, and B signals obtained from the photoelectric conversion element 214 and notifies the image composition unit 274 of the determination result.

画像合成部274は、光電変換素子214から得られたR,G,B信号に、飽和レベルに達しているものがなかった場合、即ち、被写体照度が、光電変換素子214からの出力が飽和しないレベルであった場合、カラー画像データ生成部271で生成されたカラー画像データを記録用画像データとしてそのまま出力する。一方、光電変換素子214から得られたR,G,B信号に、飽和レベルに達しているものがあった場合、即ち、被写体照度が、光電変換素子214からの出力が飽和するレベルであった場合、カラー画像データ生成部271で生成されたカラー画像データと、輪郭画像データ生成部273で生成された輪郭画像データとを合成して、記録用画像データを生成し、これを出力する。   When the R, G, B signals obtained from the photoelectric conversion element 214 do not reach the saturation level, that is, the image illuminance does not saturate the output from the photoelectric conversion element 214. In the case of the level, the color image data generated by the color image data generation unit 271 is directly output as recording image data. On the other hand, in the case where some of the R, G, B signals obtained from the photoelectric conversion element 214 have reached a saturation level, that is, the subject illuminance is at a level at which the output from the photoelectric conversion element 214 is saturated. In this case, the color image data generated by the color image data generation unit 271 and the contour image data generated by the contour image data generation unit 273 are combined to generate image data for recording and output it.

次に、デジタルカメラの動作を説明する。
撮影指示がなされると、撮像素子駆動部10の制御によって、光電変換素子214の電子シャッタが“開”となり、画素電極225及び共通電極227間に所定のバイアス電圧が印加されて、光電変換素子214と有機光電変換素子とで被写体の撮像が同時に開始される。露光期間が終了すると、光電変換素子214から得られたR,G,B信号と有機光電変換素子から得られたE信号とからカラー画像データが生成される。
Next, the operation of the digital camera will be described.
When a photographing instruction is given, the electronic shutter of the photoelectric conversion element 214 is “opened” by the control of the image pickup element driving unit 10, and a predetermined bias voltage is applied between the pixel electrode 225 and the common electrode 227, and the photoelectric conversion element The imaging of the subject is started simultaneously with 214 and the organic photoelectric conversion element. When the exposure period ends, color image data is generated from the R, G, B signals obtained from the photoelectric conversion element 214 and the E signal obtained from the organic photoelectric conversion element.

次に、光電変換素子214から得られたR,G,B信号が飽和レベルに達しているか否かが判定され、飽和レベルに達していない場合、生成されたカラー画像データが記録用画像データとして出力される。一方、飽和レベルに達していた場合、有機光電変換素子から得られたE信号からE画像データが生成され、これから輪郭画像データが生成される。そして、この輪郭画像データとカラー画像データとが合成されて、記録用画像データとして出力される。この記録用画像データは圧縮された後、記録媒体21に記録される。   Next, it is determined whether or not the R, G, and B signals obtained from the photoelectric conversion element 214 have reached the saturation level. If the saturation level has not been reached, the generated color image data is used as recording image data. Is output. On the other hand, when the saturation level is reached, E image data is generated from the E signal obtained from the organic photoelectric conversion element, and contour image data is generated therefrom. The contour image data and the color image data are combined and output as recording image data. The recording image data is compressed and then recorded on the recording medium 21.

以上のように、本実施形態のデジタルカメラによれば、被写体照度が、光電変換素子214からの出力が飽和しないレベルであった場合には、R,G,B信号とE信号とを用いて、色再現性を向上させたカラー画像データを生成し、これを記録用画像データとして出力させることができ、被写体照度が、光電変換素子214からの出力が飽和するレベルであった場合には、色再現性を向上させたカラー画像データと輪郭画像データとを合成した画像データを記録用画像データとして出力させることができる。このため、被写体照度が低く、白つぶれ等がない場合は、色再現性の高いカラー画像データを得ることができ、被写体照度が高く、白つぶれがある場合は、色再現性が高く且つ被写体の輪郭を忠実に再現したカラー画像データを得ることができる。   As described above, according to the digital camera of the present embodiment, when the illuminance of the subject is at a level where the output from the photoelectric conversion element 214 is not saturated, the R, G, B signal and E signal are used. , Color image data with improved color reproducibility can be generated and output as recording image data, and when the subject illuminance is at a level at which the output from the photoelectric conversion element 214 is saturated, Image data obtained by combining color image data with improved color reproducibility and contour image data can be output as recording image data. Therefore, when the subject illuminance is low and there is no white-out, color image data with high color reproducibility can be obtained. When the subject illuminance is high and there is white-out, the color reproducibility is high and the subject Color image data that faithfully reproduces the contour can be obtained.

尚、図8に示した飽和レベル判定部275を省略し、画像合成部274が、常に、カラー画像データと輪郭画像データとを合成した画像データを記録用画像データとして出力するようにしても良い。   Note that the saturation level determination unit 275 illustrated in FIG. 8 may be omitted, and the image composition unit 274 may always output image data obtained by combining color image data and contour image data as recording image data. .

(第三実施形態)
本実施形態で説明するデジタルカメラの全体構成は、図3に示したものと同じであるが、固体撮像素子200とデジタル信号処理部17の構成が若干異なっている。
本実施形態のデジタルカメラの固体撮像素子200は、図1に示したGR画素行の画素202Gを画素202Bに変更し、図1に示したBG画素行の画素202Gを画素202Rに変更し、光電変換膜226として、G光を吸収してこれに応じた電荷を発生する光電変換材料を用いた構成となっている。このような構成により、有機光電変換素子の出力信号を用いてG成分のみからなる白黒画像データを生成し、光電変換素子214の出力信号と有機光電変換素子の出力信号とを用いて、RGBカラー画像データを生成することが可能となっている。
(Third embodiment)
The overall configuration of the digital camera described in the present embodiment is the same as that shown in FIG. 3, but the configurations of the solid-state imaging device 200 and the digital signal processing unit 17 are slightly different.
The solid-state imaging device 200 of the digital camera according to the present embodiment changes the pixel 202G in the GR pixel row shown in FIG. 1 to the pixel 202B, changes the pixel 202G in the BG pixel row shown in FIG. The conversion film 226 has a configuration using a photoelectric conversion material that absorbs G light and generates a charge corresponding thereto. With such a configuration, monochrome image data consisting of only the G component is generated using the output signal of the organic photoelectric conversion element, and RGB color data is generated using the output signal of the photoelectric conversion element 214 and the output signal of the organic photoelectric conversion element. Image data can be generated.

図9は、本発明の第三実施形態のデジタルカメラのデジタル信号処理部の詳細構成を示したブロック図である。
図9に示したデジタル信号処理部17は、カラー画像データ生成部371と、G画像データ生成部372と、輪郭画像データ生成部373と、画像合成部374と、飽和レベル判定部375とを備えている。
FIG. 9 is a block diagram showing a detailed configuration of the digital signal processing unit of the digital camera according to the third embodiment of the present invention.
The digital signal processing unit 17 illustrated in FIG. 9 includes a color image data generation unit 371, a G image data generation unit 372, a contour image data generation unit 373, an image synthesis unit 374, and a saturation level determination unit 375. ing.

カラー画像データ生成部371は、固体撮像素子200の各画素のフォトダイオード214から得られたR,B信号と、光電変換膜226から得られたG信号とから、1つの画素データにR,G,Bの色信号を持たせたカラー画像データを生成する。具体的に、カラー画像データ生成部371は、固体撮像素子200の各画素に対応する画素位置に、各画素のフォトダイオード214から得られない他の色信号を補間する同時化処理を行って、該画素位置にR,G,Bの3つの色信号を生成し、この3つの色信号を該画素位置に対応する画素データとして、固体撮像素子200の総画素数と同じ数の画素データからなるカラー画像データを生成する。例えば、画素202Rに対応する画素位置には、R信号とG信号は存在しているが、B信号は存在していないため、この画素位置に、周囲の画素位置にあるB信号を用いてB信号を補間して、画素202Rに対応する画素位置にR,G,Bの3つの色信号を生成する。   The color image data generation unit 371 converts R, G signals into one pixel data from the R, B signals obtained from the photodiodes 214 of the respective pixels of the solid-state imaging device 200 and the G signals obtained from the photoelectric conversion film 226. , B color signals having color signals are generated. Specifically, the color image data generation unit 371 performs a synchronization process for interpolating other color signals that cannot be obtained from the photodiode 214 of each pixel at the pixel position corresponding to each pixel of the solid-state imaging device 200, Three color signals of R, G, and B are generated at the pixel position, and the three color signals are made up of pixel data of the same number as the total number of pixels of the solid-state imaging device 200 as pixel data corresponding to the pixel position. Generate color image data. For example, although the R signal and the G signal exist at the pixel position corresponding to the pixel 202R, but the B signal does not exist, the B signal at the surrounding pixel positions is used for this pixel position. The signals are interpolated to generate three color signals R, G, and B at the pixel position corresponding to the pixel 202R.

G画像データ生成部372は、固体撮像素子200の各画素の有機光電変換素子から得られたG信号から、1つの画素データにG信号を持たせたG画像データを生成する。具体的に、G画像データ生成部372は、固体撮像素子200の各画素に対応する画素位置に、各画素の有機光電変換素子から得られたG信号を配置し、このG信号を該画素位置に対応する画素データとして、固体撮像素子200の総画素数と同じ数の画素データからなるG画像データを生成する。   The G image data generation unit 372 generates G image data in which one pixel data has a G signal from the G signal obtained from the organic photoelectric conversion element of each pixel of the solid-state imaging element 200. Specifically, the G image data generation unit 372 arranges the G signal obtained from the organic photoelectric conversion element of each pixel at the pixel position corresponding to each pixel of the solid-state imaging device 200, and uses the G signal as the pixel position. G image data composed of the same number of pixel data as the total number of pixels of the solid-state imaging device 200 is generated as the pixel data corresponding to.

輪郭画像データ生成部373は、G画像データ生成部372で生成されたG画像データから輪郭情報のみ抽出した輪郭画像データを生成する。輪郭情報の抽出方法については公知であるため説明を省略する。   The contour image data generation unit 373 generates contour image data obtained by extracting only the contour information from the G image data generated by the G image data generation unit 372. The method for extracting the contour information is well known and will not be described.

飽和レベル判定部375は、光電変換素子214から得られたR,B信号に、飽和レベルに達しているものがあるか否かを判定し、判定結果を画像合成部374に通知する。   The saturation level determination unit 375 determines whether or not any of the R and B signals obtained from the photoelectric conversion element 214 has reached the saturation level, and notifies the image synthesis unit 374 of the determination result.

画像合成部374は、光電変換素子214から得られたR,B信号に、飽和レベルに達しているものがなかった場合、即ち、被写体照度が、光電変換素子214からの出力が飽和しないレベルであった場合、カラー画像データ生成部371で生成されたカラー画像データを記録用画像データとしてそのまま出力する。一方、光電変換素子214から得られたR,B信号に、飽和レベルに達しているものがあった場合、即ち、被写体照度が、光電変換素子214からの出力が飽和するレベルであった場合、カラー画像データ生成部371で生成されたカラー画像データと、輪郭画像データ生成部373で生成された輪郭画像データとを合成して、記録用画像データを生成し、これを出力する。   When the R and B signals obtained from the photoelectric conversion element 214 do not reach the saturation level, that is, the subject illuminance is at a level at which the output from the photoelectric conversion element 214 is not saturated. If there is, the color image data generated by the color image data generation unit 371 is output as it is as recording image data. On the other hand, when there is a signal that has reached the saturation level in the R and B signals obtained from the photoelectric conversion element 214, that is, when the subject illuminance is at a level at which the output from the photoelectric conversion element 214 is saturated, The color image data generated by the color image data generation unit 371 and the contour image data generated by the contour image data generation unit 373 are combined to generate recording image data, which is output.

図10は、被写体照度に対する光電変換素子214からの出力信号(PD信号)と有機光電変換素子からの出力信号(膜信号)の関係を示した図である。
図10に示すように、PDダイナミックレンジ内では、PDが飽和していないため、輪郭画像データを合成しなくとも、輪郭を忠実に再現したカラー画像データを得ることができる。一方、PDダイナミックレンジ外では、PDが飽和してしまうため、輪郭画像データを合成することで、輪郭を忠実に再現したカラー画像データを得ることができる。
FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the output signal (PD signal) from the photoelectric conversion element 214 and the output signal (film signal) from the organic photoelectric conversion element with respect to the subject illuminance.
As shown in FIG. 10, since the PD is not saturated within the PD dynamic range, color image data faithfully reproducing the contour can be obtained without synthesizing the contour image data. On the other hand, since the PD is saturated outside the PD dynamic range, color image data that faithfully reproduces the contour can be obtained by synthesizing the contour image data.

次に、デジタルカメラの動作を説明する。
撮影指示がなされると、撮像素子駆動部10の制御によって、光電変換素子214の電子シャッタが“開”となり、画素電極225及び共通電極227間に所定のバイアス電圧が印加されて、光電変換素子214と有機光電変換素子とで被写体の撮像が同時に開始される。露光期間が終了すると、光電変換素子214から得られたR,B信号と有機光電変換素子から得られたG信号とからカラー画像データが生成される。
Next, the operation of the digital camera will be described.
When a photographing instruction is given, the electronic shutter of the photoelectric conversion element 214 is “opened” by the control of the image pickup element driving unit 10, and a predetermined bias voltage is applied between the pixel electrode 225 and the common electrode 227, and the photoelectric conversion element The imaging of the subject is started simultaneously with 214 and the organic photoelectric conversion element. When the exposure period ends, color image data is generated from the R and B signals obtained from the photoelectric conversion element 214 and the G signal obtained from the organic photoelectric conversion element.

次に、光電変換素子214から得られたR,B信号が飽和レベルに達しているか否かが判定され、飽和レベルに達していない場合、生成されたカラー画像データが記録用画像データとして出力される。一方、飽和レベルに達していた場合、有機光電変換素子から得られたG信号からG画像データが生成され、これから輪郭画像データが生成される。そして、この輪郭画像データとカラー画像データとが合成されて、記録用画像データとして出力される。この記録用画像データは圧縮された後、記録媒体21に記録される。   Next, it is determined whether or not the R and B signals obtained from the photoelectric conversion element 214 have reached the saturation level. If the saturation level has not been reached, the generated color image data is output as recording image data. The On the other hand, when the saturation level is reached, G image data is generated from the G signal obtained from the organic photoelectric conversion element, and contour image data is generated therefrom. The contour image data and the color image data are combined and output as recording image data. The recording image data is compressed and then recorded on the recording medium 21.

以上のように、本実施形態のデジタルカメラによれば、被写体照度が、光電変換素子214からの出力が飽和しないレベルであった場合には、R,B信号とG信号とを用いてカラー画像データを生成し、これを記録用画像データとして出力させることができ、被写体照度が、光電変換素子214からの出力が飽和するレベルであった場合には、カラー画像データと輪郭画像データとを合成した画像データを記録用画像データとして出力させることができる。このため、被写体照度が低く、白つぶれ等がない場合は、輪郭抽出を行うことなくカラー画像データを得ることができ、被写体照度が高く、白つぶれがある場合は、被写体の輪郭を忠実に再現したカラー画像データを得ることができる。   As described above, according to the digital camera of the present embodiment, when the illuminance of the subject is at a level where the output from the photoelectric conversion element 214 is not saturated, a color image is obtained using the R, B signal, and G signal. Data can be generated and output as recording image data. When the illuminance of the subject is at a level at which the output from the photoelectric conversion element 214 is saturated, the color image data and the contour image data are combined. The processed image data can be output as recording image data. For this reason, color image data can be obtained without performing contour extraction when the subject illuminance is low and there is no whitening. If the subject illuminance is high and there is whitening, the contour of the subject is faithfully reproduced. Color image data can be obtained.

尚、図9に示した飽和レベル判定部375を省略し、画像合成部374が、常に、カラー画像データと輪郭画像データとを合成した画像データを記録用画像データとして出力するようにしても良い。   Note that the saturation level determination unit 375 shown in FIG. 9 may be omitted, and the image composition unit 374 may always output image data obtained by combining color image data and contour image data as recording image data. .

(第四実施形態)
第一実施形態〜第三実施形態で説明したように、光電変換素子214の出力が飽和していても、輪郭を忠実に再現したカラー画像データを得られるという効果は、光電変換膜226からの出力信号が飽和してしまっていては得ることができない。そこで、本実施形態では、図3に示したデジタルカメラの撮像素子駆動部10が、光電変換膜226からの出力信号が飽和レベルに達しないように、画素電極225及び共通電極227間に印加するバイアス電圧を調整した上で、被写体の撮像を行うように固体撮像素子200を駆動するものとしている。
(Fourth embodiment)
As described in the first to third embodiments, even if the output of the photoelectric conversion element 214 is saturated, the effect of obtaining color image data that faithfully reproduces the contour is obtained from the photoelectric conversion film 226. It cannot be obtained if the output signal is saturated. Therefore, in the present embodiment, the image sensor driving unit 10 of the digital camera shown in FIG. 3 applies the output signal from the photoelectric conversion film 226 between the pixel electrode 225 and the common electrode 227 so as not to reach a saturation level. The solid-state imaging device 200 is driven so as to image a subject after adjusting the bias voltage.

図11は、光電変換膜226に印加するバイアス電圧と光電変換膜226からの出力信号との関係を示した図である。
図11に示すように、光電変換膜226からの出力信号は、同じ被写体照度であっても、バイアス電圧が大きい程、そのレベルが大きくなっていることが分かる。言い換えると、光電変換膜226の感度は、バイアス電圧に比例していることが分かる。このため、被写体に高照度領域が存在しており、この高照度領域では出力信号が飽和レベルに達してしまっている場合(ダイナミックレンジが足りない場合)は、光電変換膜226に印加する電圧を小さくしてダイナミックレンジを広げ、逆に、高照度領域における出力信号が飽和レベルまでだいぶ余裕がある場合(ダイナミックレンジが十分である場合)は、光電変換膜226に印加する電圧を大きくし、ダイナミックレンジを狭くして感度を向上させることが有効となる。
本実施形態のデジタルカメラは、第一実施形態〜第三実施形態で説明したデジタルカメラにおいて、システム制御部11が光電変換膜226からの出力信号が飽和レベルに達しているか否かを判定し、飽和レベルに達していた場合には、光電変換膜226への印加電圧を小さくしてダイナミックレンジを広げるように撮像素子駆動部10を制御することで、光電変換膜226の出力信号が飽和しない状態で、撮影を開始できるようにしている。
FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the bias voltage applied to the photoelectric conversion film 226 and the output signal from the photoelectric conversion film 226.
As shown in FIG. 11, it can be seen that the level of the output signal from the photoelectric conversion film 226 increases as the bias voltage increases even with the same subject illuminance. In other words, it can be seen that the sensitivity of the photoelectric conversion film 226 is proportional to the bias voltage. For this reason, if the subject has a high illuminance area and the output signal has reached a saturation level in this high illuminance area (when the dynamic range is insufficient), the voltage applied to the photoelectric conversion film 226 is set to If the output signal in the high illuminance region has a sufficient margin to the saturation level (when the dynamic range is sufficient), the voltage applied to the photoelectric conversion film 226 is increased to increase the dynamic range. It is effective to improve the sensitivity by narrowing the range.
In the digital camera of the present embodiment, in the digital camera described in the first to third embodiments, the system control unit 11 determines whether or not the output signal from the photoelectric conversion film 226 has reached a saturation level, In a case where the saturation level has been reached, the output signal of the photoelectric conversion film 226 is not saturated by controlling the image sensor driving unit 10 to reduce the applied voltage to the photoelectric conversion film 226 to widen the dynamic range. So you can start shooting.

以下、本実施形態のデジタルカメラの動作を説明する。
図12は、本発明の第四実施形態デジタルカメラの撮影動作を説明するためのフローチャートである。図12において図7と同じ処理には同一符号を付してある。図13は、図12に示すステップS13の処理の詳細なフローを示した図である。
システム制御部11は、シャッタボタンが半押しされると、受光部13から得られた測光データ等に基づいて、光電変換素子214の露光条件(レンズ絞り値、シャッター速度等)を決定する(ステップS11)。次に、システム制御部11は、決定した露光条件での撮像において、光電変換膜226からの出力信号に飽和レベルに達しているものが存在しないように、撮像素子駆動部10を介して、光電変換膜226に印加する電圧を調整する(ステップS12)。
Hereinafter, the operation of the digital camera of this embodiment will be described.
FIG. 12 is a flowchart for explaining the photographing operation of the digital camera according to the fourth embodiment of the present invention. In FIG. 12, the same processes as those in FIG. FIG. 13 is a diagram showing a detailed flow of the process of step S13 shown in FIG.
When the shutter button is half-pressed, the system control unit 11 determines the exposure conditions (lens aperture value, shutter speed, etc.) of the photoelectric conversion element 214 based on the photometric data obtained from the light receiving unit 13 (step). S11). Next, the system control unit 11 performs photoelectric detection via the image sensor driving unit 10 so that no output signal from the photoelectric conversion film 226 reaches a saturation level in imaging under the determined exposure conditions. The voltage applied to the conversion film 226 is adjusted (step S12).

具体的には、まず、システム制御部11は、撮像素子駆動部10を制御して、決定した露光条件で仮撮像を行い、仮撮像によって光電変換膜226から得られた信号から、光電変換膜226からの出力信号が飽和レベルに達している領域(画素)があるか否かを判定する(ステップS121)。飽和している領域があった場合、システム制御部11は、撮像素子駆動部10を介して、光電変換膜226に印加する電圧を小さくする(ステップS122)。次に、システム制御部11は、再び仮撮像を行い、仮撮像によって光電変換膜226から得られた信号から、光電変換膜226からの出力信号が飽和レベルに達している領域(画素)があるか否かを判定する(ステップS123)。飽和している領域があった場合はステップS122に処理を移行し、飽和している領域がなかった場合は、光電変換膜226への印加電圧の調整を終了する(ステップS127)。   Specifically, first, the system control unit 11 controls the image sensor driving unit 10 to perform provisional imaging under the determined exposure condition, and from the signal obtained from the photoelectric conversion film 226 by the provisional imaging, the photoelectric conversion film It is determined whether or not there is a region (pixel) where the output signal from 226 has reached the saturation level (step S121). If there is a saturated region, the system control unit 11 decreases the voltage applied to the photoelectric conversion film 226 via the image sensor driving unit 10 (step S122). Next, the system control unit 11 performs temporary imaging again, and there is a region (pixel) in which the output signal from the photoelectric conversion film 226 has reached a saturation level from the signal obtained from the photoelectric conversion film 226 by the temporary imaging. It is determined whether or not (step S123). When there is a saturated region, the process proceeds to step S122, and when there is no saturated region, the adjustment of the voltage applied to the photoelectric conversion film 226 is finished (step S127).

ステップS121の判定において、飽和している領域がなかった場合、システム制御部11は、撮像素子駆動部10を介して、光電変換膜226に印加する電圧を大きくする(ステップS124)。次に、システム制御部11は、再び仮撮像を行い、仮撮像によって光電変換膜226から得られた信号から、光電変換膜226からの出力信号が飽和レベルに達している領域(画素)があるか否かを判定する(ステップS125)。飽和している領域がなかった場合はステップS124に処理を移行し、飽和している領域があった場合は、光電変換膜226への印加電圧を、直前のステップS124の処理で設定した電圧に設定し(ステップS126)、調整を終了する(ステップS127)。   If there is no saturated region in the determination of step S121, the system control unit 11 increases the voltage applied to the photoelectric conversion film 226 via the image sensor driving unit 10 (step S124). Next, the system control unit 11 performs temporary imaging again, and there is a region (pixel) in which the output signal from the photoelectric conversion film 226 has reached a saturation level from the signal obtained from the photoelectric conversion film 226 by the temporary imaging. Whether or not (step S125). If there is no saturated region, the process proceeds to step S124. If there is a saturated region, the voltage applied to the photoelectric conversion film 226 is set to the voltage set in the immediately preceding step S124. The setting is made (step S126), and the adjustment is finished (step S127).

システム制御部11は、光電変換膜226に印加する電圧の調整後、シャッタボタンが全押しされて撮影指示がなされると、決定した露光条件に基づく駆動及び調整した電圧の光電変換膜226への印加を撮像素子駆動部10を介して行って、ステップS1、S3以降の動作を行う。   After adjusting the voltage to be applied to the photoelectric conversion film 226, the system control unit 11 is driven based on the determined exposure condition and the adjusted voltage is applied to the photoelectric conversion film 226 when the shutter button is fully pressed and a shooting instruction is given. The application is performed via the image sensor driving unit 10, and the operations after Steps S1 and S3 are performed.

このように、本実施形態によれば、光電変換膜226からの出力信号が飽和しない状態で本撮像を開始することができるため、光電変換素子214の出力が飽和していても、輪郭を忠実に再現したカラー画像データを得られるという効果を確実に得ることが可能となる。   As described above, according to the present embodiment, since the main imaging can be started in a state where the output signal from the photoelectric conversion film 226 is not saturated, the contour is faithful even if the output of the photoelectric conversion element 214 is saturated. Thus, it is possible to reliably obtain the effect of obtaining color image data reproduced in the same manner.

本発明の第一実施形態である固体撮像素子の概略構成を示す平面模式図1 is a schematic plan view showing a schematic configuration of a solid-state imaging device according to a first embodiment of the present invention. 図1に破線(イ)で囲った4つの画素の断面を1つに合成して図示した図FIG. 1 is a diagram illustrating a cross section of four pixels surrounded by a broken line (A) in FIG. 図1に示す固体撮像素子を搭載した撮像装置の一例であるデジタルカメラの概略構成を示す図The figure which shows schematic structure of the digital camera which is an example of the imaging device carrying the solid-state image sensor shown in FIG. 図3に示すデジタル信号処理部の詳細構成を示したブロック図The block diagram which showed the detailed structure of the digital signal processing part shown in FIG. 第一実施形態のデジタルカメラの固体撮像素子における、被写体照度に対する光電変換素子からの出力信号(PD信号)と有機光電変換素子からの出力信号(膜信号)の関係を示した図The figure which showed the relationship between the output signal (PD signal) from a photoelectric conversion element with respect to object illumination intensity, and the output signal (film | membrane signal) from an organic photoelectric conversion element with respect to object illumination intensity in the solid-state image sensor of the digital camera of 1st embodiment. 画像合成処理を説明するための図Diagram for explaining image composition processing 第一実施形態のデジタルカメラの撮影動作を説明するためのフローチャートThe flowchart for demonstrating imaging | photography operation | movement of the digital camera of 1st embodiment. 本発明の第二実施形態のデジタルカメラのデジタル信号処理部の詳細構成を示したブロック図The block diagram which showed the detailed structure of the digital signal processing part of the digital camera of 2nd embodiment of this invention. 本発明の第三実施形態のデジタルカメラのデジタル信号処理部の詳細構成を示したブロック図The block diagram which showed the detailed structure of the digital signal processing part of the digital camera of 3rd embodiment of this invention. 第三実施形態のデジタルカメラの固体撮像素子における、被写体照度に対する光電変換素子からの出力信号(PD信号)と有機光電変換素子からの出力信号(膜信号)の関係を示した図The figure which showed the relationship between the output signal (PD signal) from a photoelectric conversion element with respect to object illumination intensity, and the output signal (film | membrane signal) from an organic photoelectric conversion element with respect to to-be-photographed object in the solid-state image sensor of the digital camera of 3rd embodiment. 光電変換膜に印加するバイアス電圧と該光電変換膜からの出力信号との関係を示した図The figure which showed the relationship between the bias voltage applied to a photoelectric converting film, and the output signal from this photoelectric converting film 本発明の第四実施形態デジタルカメラの撮影動作を説明するためのフローチャートFlowchart for explaining the photographing operation of the digital camera according to the fourth embodiment of the present invention. 図12に示すステップS13の処理の詳細なフローを示した図The figure which showed the detailed flow of the process of step S13 shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

200 固体撮像素子
202R,G,B 画素
214 光電変換素子
226 光電変換膜
200 Solid-state imaging device 202R, G, B Pixel 214 Photoelectric conversion device 226 Photoelectric conversion film

Claims (2)

多数の画素を有する固体撮像素子を備える撮像装置であって、
前記多数の画素の各々は、半導体基板上方に形成された特定の波長域の光を吸収してこれに応じた電荷を発生する光電変換膜と、前記光電変換膜下方の前記半導体基板内に形成された光電変換素子とを含み、
前記光電変換素子の露光条件を決定する露光条件決定手段と、
前記露光条件決定手段によって決定された露光条件での撮像において、前記多数の画素に含まれる前記光電変換膜からの信号に飽和レベルを超えるものが存在しないように、前記光電変換膜に印加する電圧を調整する印加電圧調整手段とを備え、
前記印加電圧調整手段で調整された電圧を前記光電変換膜に印加した状態で、前記露光条件に基づいた撮像を行う撮像装置。
An imaging device including a solid-state imaging device having a large number of pixels,
Each of the plurality of pixels is formed in the semiconductor substrate below the photoelectric conversion film, which absorbs light in a specific wavelength region formed above the semiconductor substrate and generates a charge corresponding thereto. A photoelectric conversion element,
Exposure condition determining means for determining an exposure condition of the photoelectric conversion element;
In imaging under the exposure condition determined by the exposure condition determining means, the voltage applied to the photoelectric conversion film so that there is no signal exceeding the saturation level in the signals from the photoelectric conversion film included in the multiple pixels And an applied voltage adjusting means for adjusting
An imaging apparatus that performs imaging based on the exposure condition in a state where a voltage adjusted by the applied voltage adjusting unit is applied to the photoelectric conversion film.
請求項1記載の撮像装置であって、
前記光電変換膜が、赤外の波長域の光を吸収してこれに応じた電荷を発生するものである撮像装置。
The imaging apparatus according to claim 1,
An imaging apparatus in which the photoelectric conversion film absorbs light in an infrared wavelength region and generates a charge corresponding thereto.
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