JP2014175992A - Solid state imaging device and imaging apparatus using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固体撮像素子及びこれを用いた撮像装置に関するものである。 The present invention relates to a solid-state imaging device and an imaging apparatus using the same.
下記特許文献1の図2(a)及び図2(b)には、第1の方向及びこれと直交する第2の方向に並ぶように正方格子状に配列された複数の第1の光電変換部(受光素子)と、前記複数の第1の光電変換部の位置から、前記第1の方向及び前記第2の方向に、前記複数の第1の光電変換部の前記第1の方向及び前記第2の方向のピッチの半分ずらされた各位置にそれぞれ1つずつ配置され前記第1の光電変換部よりも受光面積が小さい第2の光電変換部(受光素子)と、を備えた固体撮像素子が、開示されている。
2 (a) and 2 (b) of
しかし、前記従来の固体撮像素子では、ダイナミックレンジ拡張を段階的に行うことができない、光電変換部を無駄なく用いた自然な画素加算を行うことができない、適切な画素補間を行うことができないなどの不都合が生ずる。 However, the conventional solid-state imaging device cannot perform dynamic range expansion step by step, cannot perform natural pixel addition using a photoelectric conversion unit without waste, cannot perform appropriate pixel interpolation, etc. Inconvenience occurs.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、ダイナミックレンジ拡張を段階的に行うことができること、光電変換部を無駄なく用いた自然な画素加算を行うことができること、及び、より適切な画素補間を行うことができること、のうちの少なくとも1つを実現することができる固体撮像素子及びこれを用いた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 such circumstances, and can perform dynamic range expansion step by step, can perform natural pixel addition using a photoelectric conversion unit without waste, and more appropriately. An object of the present invention is to provide a solid-state imaging device capable of performing simple pixel interpolation and at least one of them, and an imaging device using the same.
前記課題を解決するための手段として、以下の各態様を提示する。第1の態様による固体撮像素子は、第1の方向及びこれと直交する第2の方向に並ぶように正方格子状に配列された複数の第1の光電変換部と、前記複数の第1の光電変換部の位置から、前記第1の方向及び前記第2の方向に、前記複数の第1の光電変換部の前記第1の方向及び前記第2の方向のピッチの半分ずらされた各位置を基準位置とし、前記各基準位置の付近にそれぞれ4つずつ配置されかつ前記第1の光電変換部よりも受光面積が小さい第2の光電変換部と、前記複数の第1の光電変換部の各々に対応して設けられ2行2列の繰り返し周期を持つ色配列をなす複数色の第1のカラーフィルタと、前記各基準位置の付近に配置された前記4つの第2の光電変換部の各々に対応して設けられ、前記2行2列の繰り返し周期に対応する4つの前記第1のカラーフィルタとそれぞれ同色の4つの第2のカラーフィルタと、を備えたものである。 The following aspects are presented as means for solving the problems. The solid-state imaging device according to the first aspect includes a plurality of first photoelectric conversion units arranged in a square lattice so as to be arranged in a first direction and a second direction orthogonal thereto, and the plurality of first photoelectric conversion elements. Each position shifted from the position of the photoelectric conversion unit by half the pitch of the first direction and the second direction of the plurality of first photoelectric conversion units in the first direction and the second direction. Of the first photoelectric conversion unit, the second photoelectric conversion unit being arranged in the vicinity of each reference position and having a light receiving area smaller than that of the first photoelectric conversion unit, and the plurality of first photoelectric conversion units A plurality of first color filters that are arranged in correspondence with each other and have a color array having a repetition period of 2 rows and 2 columns, and the four second photoelectric conversion units arranged in the vicinity of each of the reference positions. 4 corresponding to each of the repetition cycles of the 2 rows and 2 columns. Each said first color filter is obtained with a four second color filters of the same color, the.
第2の態様による固体撮像素子は、前記第1の態様において、前記各第1の光電変換部の信号及び前記各第2の光電変換部の信号を個別に読み出し得るように構成されたものである。 The solid-state imaging device according to the second aspect is configured such that in the first aspect, the signals of the first photoelectric conversion units and the signals of the second photoelectric conversion units can be individually read out. is there.
第3の態様による固体撮像素子は、前記第1又は第2の態様において、前記各第1の光電変換部について、当該第1の光電変換部に近接した4つの前記基準位置付近にそれぞれ1つずつ配置された4つの前記第2の光電変換部であって、当該第1の光電変換部に対応して設けられた前記第1のカラーフィルタの色と同色の前記第2のカラーフィルタが設けられている4つの前記第2の光電変換部、及び、当該第1の光電変換部のうちの、2つ以上の光電変換部の信号を加算して読み出し得るように構成されたものである。 In the first or second aspect, the solid-state imaging device according to the third aspect is one for each of the first photoelectric conversion units in the vicinity of the four reference positions adjacent to the first photoelectric conversion unit. The four second photoelectric conversion units arranged one by one, wherein the second color filter having the same color as the color of the first color filter provided corresponding to the first photoelectric conversion unit is provided The four second photoelectric conversion units and the signals of two or more photoelectric conversion units among the first photoelectric conversion units can be added and read out.
第4の態様による固体撮像素子は、前記第1乃至第3のいずれかの態様において、前記各第1の光電変換部について、当該第1の光電変換部に近接した4つの前記基準位置付近にそれぞれ配置された各4つの前記第2の光電変換部は、当該第1の光電変換部の中心を通り前記第1の方向に延びた第1の線及び前記中心を通り前記第2の方向に延びた第2の線に対してそれぞれ線対称となる位置に配置されるとともに、当該第1の光電変換部に近接した4つの前記基準位置付近にそれぞれ配置された各4つの前記第2の光電変換部にそれぞれ対応して設けられた前記第2のカラーフィルタの色は、前記第1の線及び前記第2の線に対してそれぞれ線対称となる位置に配置されたものである。 In the solid-state imaging device according to the fourth aspect, in any one of the first to third aspects, each of the first photoelectric conversion units is in the vicinity of the four reference positions adjacent to the first photoelectric conversion unit. Each of the four second photoelectric conversion units arranged in the first direction passes through the center of the first photoelectric conversion unit and extends in the first direction, and passes through the center in the second direction. The four second photoelectric elements are arranged at positions that are line-symmetric with respect to the extended second line, and are arranged in the vicinity of the four reference positions close to the first photoelectric conversion unit. The colors of the second color filters provided corresponding to the conversion units are arranged at positions that are line-symmetric with respect to the first line and the second line, respectively.
第5の態様による撮像装置は、前記第1乃至第4のいずれかの態様による固体撮像素子と、前記各第1の光電変換部について、当該第1の光電変換部に近接した4つの前記基準位置付近にそれぞれ1つずつ配置された4つの前記第2の光電変換部であって、当該第1の光電変換部に対応して設けられた前記第1のカラーフィルタの色と同色の前記第2のカラーフィルタが設けられている4つの前記第2の光電変換部及び当該第1の光電変換部からなるグループのうち、少なくとも1つの光電変換部を予め設定された撮影モードに応じて選択する選択部と、前記選択部で選択された各グループの光電変換部から信号を読み出して予め設定された撮影モードに応じた処理を行い、画素信号として出力する処理部と、を備えたものである。 The imaging device according to the fifth aspect includes, for the solid-state imaging device according to any one of the first to fourth aspects, and each of the first photoelectric conversion units, the four references that are close to the first photoelectric conversion unit. Four second photoelectric conversion units arranged one by one in the vicinity of the position, wherein the first color filter has the same color as the color of the first color filter provided corresponding to the first photoelectric conversion unit. At least one photoelectric conversion unit is selected according to a preset shooting mode from the group of four second photoelectric conversion units provided with two color filters and the first photoelectric conversion unit. A selection unit; and a processing unit that reads a signal from the photoelectric conversion unit of each group selected by the selection unit, performs a process according to a preset shooting mode, and outputs the signal as a pixel signal. .
第6の態様による撮像装置は、前記第1乃至第4のいずれかの態様による固体撮像素子と、前記各第1の光電変換部について、当該第1の光電変換部に近接した4つの前記基準位置付近にそれぞれ1つずつ配置された4つの前記第2の光電変換部であって、当該第1の光電変換部に対応して設けられた前記第1のカラーフィルタの色と同色の前記第2のカラーフィルタが設けられている4つの前記第2の光電変換部のうちの指令に応じて選択された1つ以上の前記第2の光電変換部の信号を加算した信号と、当該第1の光電変換部の信号とに基づいて、当該第1の光電変換部の信号のみに基づく画素信号に比べてダイナミックレンジが広い画素信号を得る処理を行う手段と、を備えたものである。 The imaging device according to the sixth aspect includes the solid-state imaging device according to any one of the first to fourth aspects and the four reference standards adjacent to the first photoelectric conversion unit, for each of the first photoelectric conversion units. Four second photoelectric conversion units arranged one by one in the vicinity of the position, wherein the first color filter has the same color as the color of the first color filter provided corresponding to the first photoelectric conversion unit. A signal obtained by adding signals of one or more second photoelectric conversion units selected according to a command from the four second photoelectric conversion units provided with two color filters, and the first And a means for performing processing for obtaining a pixel signal having a wider dynamic range than a pixel signal based only on the signal of the first photoelectric conversion unit based on the signal of the photoelectric conversion unit of the first photoelectric conversion unit.
第7の態様による撮像装置は、前記第1乃至第4のいずれかの態様による固体撮像素子と、(i)前記各第1の光電変換部について、当該第1の光電変換部の信号に応じた信号を画素信号とする処理、(ii)前記各第1の光電変換部について、当該第1の光電変換部に近接した4つの前記基準位置のうちの1つの前記基準位置付近に配置された1つの前記第2の光電変換部であって、当該第1の光電変換部に対応して設けられた前記第1のカラーフィルタの色と同色の前記第2のカラーフィルタが設けられている1つの前記第2の光電変換部の信号に応じた信号を、画素信号とする処理、(iii)前記各第1の光電変換部について、当該第1の光電変換部に近接した4つの前記基準位置のうちの2つの前記基準位置付近にそれぞれ1つずつ配置された2つの前記第2の光電変換部であって、当該第1の光電変換部に対応して設けられた前記第1のカラーフィルタの色と同色の前記第2のカラーフィルタが設けられている2つの前記第2の光電変換部の信号を加算した信号に応じた信号を、画素信号とする処理、(iv)前記各第1の光電変換部について、当該第1の光電変換部に近接した4つの前記基準位置のうちの3つの前記基準位置付近にそれぞれ1つずつ配置された3つの前記第2の光電変換部であって、当該第1の光電変換部に対応して設けられた前記第1のカラーフィルタの色と同色の前記第2のカラーフィルタが設けられている3つの前記第2の光電変換部の信号を加算した信号に応じた信号を、画素信号とする処理、(v)前記各第1の光電変換部について、当該第1の光電変換部に近接した4つの前記基準位置付近にそれぞれ1つずつ配置された4つの前記第2の光電変換部であって、当該第1の光電変換部に対応して設けられた前記第1のカラーフィルタの色と同色の前記第2のカラーフィルタが設けられている4つの前記第2の光電変換部の信号を加算した信号に応じた信号を、画素信号とする処理、及び、(vi)前記各第1の光電変換部について、当該第1の光電変換部に近接した4つの前記基準位置付近にそれぞれ1つずつ配置された4つの前記第2の光電変換部であって、当該第1の光電変換部に対応して設けられた前記第1のカラーフィルタの色と同色の前記第2のカラーフィルタが設けられている4つの前記第2の光電変換部の信号と、当該第1の光電変換部の信号とを加算した信号に応じた信号を、画素信号とする処理、のうちの3つ以上の処理を指令に応じて選択的に行う手段と、を備えたものである。 An imaging device according to a seventh aspect includes a solid-state imaging device according to any one of the first to fourth aspects, and (i) for each of the first photoelectric conversion units, according to a signal of the first photoelectric conversion unit. (Ii) each of the first photoelectric conversion units is arranged in the vicinity of one of the four reference positions close to the first photoelectric conversion unit. One of the second photoelectric conversion units, wherein the second color filter having the same color as the color of the first color filter provided corresponding to the first photoelectric conversion unit is provided 1 A process according to which a signal corresponding to the signal of each of the two second photoelectric conversion units is used as a pixel signal; (iii) for each of the first photoelectric conversion units, the four reference positions adjacent to the first photoelectric conversion unit One of each is arranged near the reference position. Two second photoelectric conversion units, the second color filter having the same color as the color of the first color filter provided corresponding to the first photoelectric conversion unit, are provided. A process in which a signal corresponding to a signal obtained by adding the signals of the two second photoelectric conversion units is used as a pixel signal; (iv) each of the first photoelectric conversion units is close to the first photoelectric conversion unit Three of the second photoelectric conversion units arranged one by one in the vicinity of three of the four reference positions, the first photoelectric conversion unit provided corresponding to the first photoelectric conversion unit A process of converting a signal corresponding to a signal obtained by adding the signals of the three second photoelectric conversion units provided with the second color filter of the same color as the color of the first color filter into a pixel signal (v ) For each of the first photoelectric converters, the first photoelectric converter Four second photoelectric conversion units arranged one by one near each of the four reference positions adjacent to the conversion unit, the first photoelectric conversion units provided corresponding to the first photoelectric conversion units A process of converting a signal corresponding to a signal obtained by adding the signals of the four second photoelectric conversion units provided with the second color filter of the same color as the color filter into a pixel signal; and (vi) For each of the first photoelectric conversion units, there are four second photoelectric conversion units arranged one by one near each of the four reference positions adjacent to the first photoelectric conversion unit, Signals of the four second photoelectric conversion units provided with the second color filter of the same color as the color of the first color filter provided corresponding to the photoelectric conversion unit of the first color filter, A signal corresponding to the signal obtained by adding the signal from the photoelectric converter Processing the pixel signal, it is obtained and a means for performing selectively in accordance with a command of three or more processing among the.
第8の態様による撮像装置は、前記第7の態様において、前記各第1の光電変換部について、当該第1の光電変換部に近接した4つの前記基準位置付近にそれぞれ1つずつ配置された4つの前記第2の光電変換部であって、当該第1の光電変換部に対応して設けられた前記第1のカラーフィルタの色と同色の前記第2のカラーフィルタが設けられている4つの前記第2の光電変換部の信号と、当該第1の光電変換部の信号とを加算した信号に応じた信号を、画素信号とする処理を行う手段を、備えたものである。 In the seventh aspect, the imaging device according to the eighth aspect is arranged in the vicinity of the four reference positions in the vicinity of the first photoelectric conversion unit, with respect to each of the first photoelectric conversion units. Four of the second photoelectric conversion units, wherein the second color filter of the same color as the color of the first color filter provided corresponding to the first photoelectric conversion unit is provided 4 There is provided means for performing processing for converting a signal corresponding to a signal obtained by adding the signals of the two second photoelectric conversion units and the signal of the first photoelectric conversion unit into a pixel signal.
第9の態様による撮像装置は、前記第1乃至第4のいずれかの態様による固体撮像素子と、前記各第1の光電変換部について、当該第1の光電変換部に近接した4つの前記基準位置付近にそれぞれ1つずつ配置された4つの前記第2の光電変換部であって、当該第1の光電変換部に対応して設けられた前記第1のカラーフィルタの色と同色の前記第2のカラーフィルタが設けられている4つの前記第2の光電変換部の信号と、当該第1の光電変換部の信号とを加算した信号に応じた信号を、画素信号とする処理を行う手段と、を備えたものである。 An imaging device according to a ninth aspect includes, for the solid-state imaging device according to any one of the first to fourth aspects, and each of the first photoelectric conversion units, the four references that are close to the first photoelectric conversion unit. Four second photoelectric conversion units arranged one by one in the vicinity of the position, wherein the first color filter has the same color as the color of the first color filter provided corresponding to the first photoelectric conversion unit. Means for performing processing that uses a signal corresponding to a signal obtained by adding the signal of the four second photoelectric conversion units provided with the two color filters and the signal of the first photoelectric conversion unit as a pixel signal And.
第10の態様による撮像装置は、前記第1乃至第4のいずれかの態様による固体撮像素子と、前記複数の第1の光電変換部のうちの少なくとも一部の第1の光電変換部について、当該第1の光電変換部に近接した4つの前記基準位置付近にそれぞれ1つずつ配置された4つの前記第2の光電変換部であって、当該第1の光電変換部に対応して設けられた前記第1のカラーフィルタの色と異なる所定色の前記第2のカラーフィルタが設けられている4つの前記第2の光電変換部の信号を加算した信号に応じた信号に基づいて、当該第1の光電変換部に対応して前記所定色の前記第1のカラーフィルタが設けられたと仮定したときの当該第1の光電変換部の信号に応じた信号を補間する処理を行う補間処理手段と、を備えたものである。 An imaging apparatus according to a tenth aspect includes the solid-state imaging device according to any one of the first to fourth aspects and at least a part of the first photoelectric conversion units among the plurality of first photoelectric conversion units. Four second photoelectric conversion units arranged one by one near each of the four reference positions adjacent to the first photoelectric conversion unit, provided corresponding to the first photoelectric conversion unit. In addition, based on a signal corresponding to a signal obtained by adding the signals of the four second photoelectric conversion units provided with the second color filter of the predetermined color different from the color of the first color filter, Interpolation processing means for performing a process of interpolating a signal corresponding to a signal of the first photoelectric conversion unit when it is assumed that the first color filter of the predetermined color is provided corresponding to one photoelectric conversion unit; , With.
本発明によれば、ダイナミックレンジ拡張を段階的に行うことができること、光電変換部を無駄なく用いた自然な画素加算を行うことができること、及び、より適切な画素補間を行うことができること、のうちの少なくとも1つを実現することができる固体撮像素子及びこれを用いた撮像装置を提供することができる。 According to the present invention, dynamic range expansion can be performed in stages, natural pixel addition using a photoelectric conversion unit can be performed without waste, and more appropriate pixel interpolation can be performed. A solid-state imaging device capable of realizing at least one of them and an imaging apparatus using the same can be provided.
以下、本発明による固体撮像素子及び撮像装置について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, a solid-state imaging device and an imaging apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[第1の実施の形態]
図1は、本発明の第1の実施の形態による撮像装置としての電子カメラ1を模式的に示す概略ブロック図である。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a schematic block diagram schematically showing an
本実施の形態による電子カメラ1は、例えば一眼レフのデジタルカメラとして構成されるが、本発明による撮像装置は、これに限らず、コンパクトカメラなどの他の電子カメラや、携帯電話に搭載された電子カメラや、動画を撮像するビデオカメラ等の電子カメラなどの種々の撮像装置に適用することができる。
The
電子カメラ1には、撮影レンズ2が装着される。この撮影レンズ2は、レンズ制御部3によってフォーカスや絞りが駆動される。この撮影レンズ2の像空間には、固体撮像素子4の撮像面が配置される。
A photographing
固体撮像素子4は、撮像制御部5の指令によって駆動され、デジタルの画像信号を出力する。デジタル信号処理部6は、固体撮像素子4から出力されるデジタルの画像信号に対して、デジタル増幅、色補間処理、ホワイトバランス処理などの画像処理等を行う。メモリ7は、バス8に接続されている。バス8には、レンズ制御部3、撮像制御部5、CPU9、液晶表示パネル等の表示部10、記録部11、画像圧縮部12及び画像処理部13なども接続される。CPU9には、レリーズボタンや撮影モード選択ダイヤルなどの操作部14が接続される。また、記録部11には記録媒体11aが着脱自在に装着される。
The solid-
本実施の形態では、操作部14のレリーズボタン(図示せず)の半押し操作が行われると、電子カメラ1内のCPU9は、図示しない焦点検出センサからの検出信号に基づいてデフォーカス量を算出し、このデフォーカス量に応じて合焦状態となるように、レンズ制御部3に撮影レンズ2を調節させる。また、CPU9は、予め操作部14により指令された絞りとなるように、レンズ制御部3に撮影レンズ2を調節させる。そして、操作部14のレリーズボタンの全押し操作に同期して、CPU9が撮像制御部5を介して固体撮像素子4を制御することによって、固体撮像素子4からデジタルの画像信号が読み出される。この画像信号は、デジタル信号処理部6により処理された後に、メモリ7に一旦格納される。その後、CPU9は、操作部14の指令に基づき、メモリ7内の画像信号に対して必要に応じて画像処理部13や画像圧縮部12にて所望の処理を行い、記録部11に処理後の信号を出力させ記録媒体11aに記録する。
In the present embodiment, when a release button (not shown) of the
本実施の形態では、操作部14は、前述したレリーズボタン以外に、撮影モード選択ダイヤル(図示せず)を含んでいる。また、操作部14は、電源ボタンやカーソルキーなどカメラの操作に必要なボタン類等も含んでいる。ユーザーは、これらを含む操作部14を用いて電子カメラ1を操作し、その操作情報はCPU9に出力される。そして、CPU9は、操作部14から入力する操作情報に応じて電子カメラ1全体の動作を制御する。本実施の形態では、前記撮影モード選択ダイヤルの操作によって、後述する第1乃至第11の撮影モードを選択することができるようになっている。
In the present embodiment, the
図2は、図1中の固体撮像素子4の概略構成を示す回路図である。本実施の形態では、固体撮像素子4は、CMOS型の固体撮像素子として構成されているが、他のXYアドレス型固体撮像素子や、CCD型の固体撮像素子として構成してもよい。
FIG. 2 is a circuit diagram showing a schematic configuration of the solid-
固体撮像素子4は、図2に示すように、n行m列の画素ブロック21からなる画素部22と、垂直走査回路23と、画素ブロック21の行毎に設けられた制御線31〜37と、画素ブロック21の列毎に設けられ対応する列の画素ブロック21からの信号を受け取る複数の(m本の)垂直信号線24と、各垂直信号線24に設けられた定電流源25と、各垂直信号線24に対応して設けられたCDS回路(相関2重サンプリング回路)26及びA/D変換器27と、水平読み出し回路28とを有している。なお、画素ブロック21の行及び列は、各画素ブロック21に1つずつ含まれている後述する高感度画素21HのフォトダイオードPDHの行及び列で代表している。図2及び後述する図3において、nは画素ブロック21の行を示している。
As shown in FIG. 2, the solid-
図3は、図2中の画素ブロック21を示す回路図である。各画素ブロック21は、図2及び図3に示すように、1つの高感度画素(相対的に感度の高い画素)21Hと、4つの低感度画素(相対的に感度の低い画素)21L1〜21L4とを有している。
FIG. 3 is a circuit diagram showing the
高感度画素21Hは、入射光に応じた電荷を生成し蓄積する第1の光電変換部としての高感度フォトダイオードPDHと、前記電荷を受け取って前記電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部としてのフローティング容量部FDと、フローティング容量部FDの電位に応じた信号を出力する増幅部としての増幅トランジスタAMPと、フォトダイオードPDHからフローティング容量部FDに電荷を転送する転送トランジスタTXHと、フローティング容量部FDの電位をリセットするリセットトランジスタRESと、読み出し行を選択するための選択トランジスタSELとを有し、図3に示すように接続されている。図3において、Vddは電源電位である。
The high-
低感度画素21L1は、入射光に応じた電荷を生成し蓄積する第2の光電変換部としての低感度フォトダイオードPDL1と、前記電荷を受け取って前記電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部としてのフローティング容量部FDと、フローティング容量部FDの電位に応じた信号を出力する増幅部としての増幅トランジスタAMPと、フォトダイオードPDHからフローティング容量部FDに電荷を転送する転送トランジスタTXL1と、フローティング容量部FDの電位をリセットするリセットトランジスタRESと、読み出し行を選択するための選択トランジスタSELとを有し、図3に示すように接続されている。低感度画素21L2〜21L4は、低感度画素21L1において、第2の光電変換部としてのフォトダイオードPDL1が第2の光電変換部としてのフォトダイオードPDL2〜PDL4で置き換えられるとともに、転送トランジスタTXL1が転送トランジスタTXL2〜TXL4で置き換えられた構成を有している。
The low-sensitivity pixel 21L1 is a low-sensitivity photodiode PDL1 as a second photoelectric conversion unit that generates and accumulates charge according to incident light, and a charge-voltage conversion unit that receives the charge and converts the charge into a voltage. Floating capacitor FD, amplification transistor AMP as an amplifier that outputs a signal corresponding to the potential of floating capacitor FD, transfer transistor TXL1 that transfers charges from photodiode PDH to floating capacitor FD, and floating
このように、画素21H,21L1〜21L4の各々について着目すると、一般的なCMOSイメージセンサと同様の構成を有している。本実施の形態では、各画素ブロック21毎に、当該画素ブロック21に属する画素21H,21L1〜L4が、1組のフローティング容量部FD、増幅トランジスタAMP、リセットトランジスタRES及び選択トランジスタSELを共有している。もっとも、必ずしもこのような共有構成を採用する必要はなく、それらの組を画素毎に設けてもよい。
Thus, when attention is paid to each of the
転送トランジスタTXHのゲートは、画素ブロック21の行毎に、垂直走査回路23からの制御信号φTXHを転送トランジスタTXHに供給する制御線32に、接続されている。転送トランジスタTXL1のゲートは、画素ブロック21の行毎に、垂直走査回路23からの制御信号φTXL1を転送トランジスタTXL1に供給する制御線34に、接続されている。転送トランジスタTXL2のゲートは、画素ブロック21の行毎に、垂直走査回路23からの制御信号φTXL2を転送トランジスタTXL2に供給する制御線35に、接続されている。転送トランジスタTXL3のゲートは、画素ブロック21の行毎に、垂直走査回路23からの制御信号φTXL3を転送トランジスタTXL3に供給する制御線36に、接続されている。転送トランジスタTXL4のゲートは、画素ブロック21の行毎に、垂直走査回路23からの制御信号φTXL4を転送トランジスタTXL4に供給する制御線37に、接続されている。
The gate of the transfer transistor TXH is connected to the
リセットトランジスタRESのゲートは、画素ブロック21の行毎に、垂直走査回路23からの制御信号φRESをリセットトランジスタRESに供給する制御線31に、接続されている。選択トランジスタSELのゲートは、画素ブロック21の行毎に、垂直走査回路23からの制御信号φSELを選択トランジスタSELに供給する制御線33に、接続されている。
The gate of the reset transistor RES is connected to the
フォトダイオードPDH,PDL1〜PDL4は、入射光の光量(被写体光)に応じて電荷を生成する。転送トランジスタTXH,TXL1〜TXL4は、対応する制御信号φTXH,φTXL1〜φTXL4のハイレベル期間にオンし、対応するフォトダイオードPDH,PDL1〜PDL5に蓄積された電荷をフローティング容量部FDに転送する。リセットトランジスタRESは、制御信号φRESのハイレベル期間にオンし、フローティング容量部FDをリセットする。 The photodiodes PDH, PDL1 to PDL4 generate charges according to the amount of incident light (subject light). The transfer transistors TXH, TXL1 to TXL4 are turned on during the high level period of the corresponding control signals φTXH, φTXL1 to φTXL4, and transfer the charges accumulated in the corresponding photodiodes PDH, PDL1 to PDL5 to the floating capacitor FD. The reset transistor RES is turned on during the high level period of the control signal φRES and resets the floating capacitor FD.
増幅トランジスタAMPは、フローティング容量部FDの電圧値に応じて、選択トランジスタSELを介して垂直信号線24に電圧を出力する。選択トランジスタSELは、制御信号φSELのハイレベル期間にオンし、増幅トランジスタAMPのソースを垂直信号線24に接続する。なお、本実施の形態では、画素ブロック21のトランジスタAMP,TXH,TXL1〜TXL4,RES,SELは、全てnMOSトランジスタである。
The amplification transistor AMP outputs a voltage to the
垂直走査回路23は、図1中の撮像制御部5の制御下で、画素ブロック21の行毎に、制御信号φSEL,φRES,φTXH,φTXL1〜φTXL4をそれぞれ出力する制御部を構成している。
The
本実施の形態では、メカニカルシャッタ(図示せず)が所定の露光期間だけ開かれて各画素21H,21L1〜21L4のフォトダイオードPDH,PDL1〜PDL4の電荷蓄積層に電荷が蓄積された後、画素ブロック21の1行ずつ順次選択され、画素ブロック21の各1行について順次同じ動作が行われていく。
In the present embodiment, after a mechanical shutter (not shown) is opened for a predetermined exposure period and charges are accumulated in the charge accumulation layers of the photodiodes PDH and PDL1 to PDL4 of the
画素ブロック21のある行が選択されたときに、当該行の制御信号φTXL1〜φTXL4をローレベルにして転送トランジスタTXL1〜TXL4をオフのままの状態にして、当該行の制御信号φSEL,φRES,φTXHによって一般的なCMOS型固体撮像素子と同様の読み出し制御を行うことで、当該行の高感度画素21HのフォトダイオードPDHの信号を当該画素から垂直信号線24に読み出すことができる。また、画素ブロック21のある行が選択されたときに、当該行の制御信号φTXH,φTXL2〜φTXL4をローレベルにして転送トランジスタTXH,TXL2〜TXL4をオフのままの状態にして、当該行の制御信号φSEL,φRES,φTXL1によって一般的なCMOS型固体撮像素子と同様の読み出し制御を行うことで、当該行の低感度画素21L1のフォトダイオードPDL1の信号を当該画素から垂直信号線24に読み出すことができる。同様に、画素ブロック21のある行が選択されたときに、当該行の制御信号φTXH,φTXL1,φTXL3,φTXL4をローレベルにして転送トランジスタTXH,TXL1,TXL3,TXL4をオフのままの状態にして、当該行の制御信号φSEL,φRES,φTXL2によって一般的なCMOS型固体撮像素子と同様の読み出し制御を行うことで、当該行の低感度画素21L2のフォトダイオードPDL2の信号を当該画素から垂直信号線24に読み出すことができる。同様に、画素ブロック21のある行が選択されたときに、当該行の低感度画素21L2のフォトダイオードPDL3の信号、及び、当該行の低感度画素21L2のフォトダイオードPDL4の信号も、垂直信号線24に読み出すことができる。画素ブロック21のある行が選択されたときに、このような動作を順次行うことによって、フォトダイオードPDH,PDL1〜PDL4の信号を個別に垂直信号線24に読み出すことができる。勿論、制御信号φSEL,φRES,φTXH,φTXL1〜φTXL4によって、画素ブロック21のある行が選択されたときに、フォトダイオードPDH,PDL1〜PDL4の信号のうちの必要な信号のみを読み出すこともできる。
When a row of the
また、画素ブロック21のある行が選択されたときに、制御信号φSEL,φRES,φTXH,φTXL1〜φTXL4によって、当該行のフォトダイオードの電荷をフローティング容量部FDへ転送する際に転送トランジスタTXH,TXL1〜TX4のうちの任意の2つ以上の転送トランジスタが同時にオンさせ、他の点は一般的なCMOS型固体撮像素子と同様の読み出し制御を行うことで、フォトダイオードPDH,PDL1〜PDL4のうちの任意の2つ以上のフォトダイオードの信号を加算した加算信号(本例では、当該2つ以上のフォトダイオードの電荷をフローティング容量部FDで加算した信号)を垂直信号線24に読み出すことができる。
When a row of the
このように、本実施の形態では、図1中の撮像制御部5の制御下で垂直走査回路23出力する制御信号φSEL,φRES,φTXH,φTXL1〜φTXL4によって、画素21H,21L1〜21L4のフォトダイオードPDH,PDL1〜PDL4の信号を個別に垂直信号線24に読み出すこともできるし、画素21H,21L1〜21L4のフォトダイオードPDH,PDL1〜PDL4のうちの任意の2つ以上のフォトダイオードの信号の加算信号を垂直信号線24に読み出すこともできるようになっている。
As described above, in this embodiment, the photodiodes of the
前述したようにして垂直信号線24に読み出された信号は、画素ブロック21の各列毎に、CDS回路26にて所定のノイズ除去処理が施された後に、A/D変換器27にてデジタル信号に変換され、そのデジタル信号はA/D変換器27に保持される。各A/D変換器27に保持されたデジタルの画像信号は、各水平走査期間において、水平読み出し回路28によって水平走査され、必要に応じて所定の信号形式に変換されて、外部(図1中のデジタル信号処理部6)へ出力される。なお、固体撮像素子4は必ずしもA/D変換器27を含む必要はなく、水平読み出し回路28からアナログ画像信号が出力されるように構成してもよい。
The signal read out to the
図4は、図1中の固体撮像素子4の光電変換部としてのフォトダイオードPDH(PDHr,PDHg,PDHb),PDL(PDLr,PDLg,PDLb)の配置を、光入射側から見て模式的に示す概略平面図である。本実施の形態では、図4中の左右方向(第1の方向)は行方向と一致し、図4中の上下方向(第1の方向と直交する第2の方向)は列方向と一致している。
FIG. 4 schematically shows the arrangement of photodiodes PDH (PDHr, PDHg, PDHb) and PDL (PDLr, PDLg, PDLb) as photoelectric conversion units of the solid-
フォトダイオードPDH,PDL1〜PDL4の各々に対応して、その光入射側にカラーフィルタ(図示せず)が設けられている。図4では、赤色カラーフィルタが設けられたフォトダイオードPDHには符号PDHrを付し、緑色カラーフィルタが設けられたフォトダイオードPDHには符号PDHgを付し、青色カラーフィルタが設けられたフォトダイオードPDHには符号PDHbを付している。また、図4では、フォトダイオードPDL1〜PDL4のうち赤色カラーフィルタが設けられたフォトダイオードには符号PDLrを付し、フォトダイオードPDL1〜PDL4のうち緑色カラーフィルタが設けられたフォトダイオードには符号PDLgを付し、フォトダイオードPDL1〜PDL4のうち青色カラーフィルタが設けられたフォトダイオードには符号PDLbを付している。フォトダイオードPDL1〜PDL4やフォトダイオードPDLr,PDLg,PDLbを区別しないで説明するときには、これらに符号PDLを付して説明する場合がある。 A color filter (not shown) is provided on the light incident side corresponding to each of the photodiodes PDH, PDL1 to PDL4. In FIG. 4, a photodiode PDH provided with a red color filter is denoted by reference symbol PDHr, a photodiode PDH provided with a green color filter is denoted by reference symbol PDHg, and a photodiode PDH provided with a blue color filter. Is given the symbol PDHb. In FIG. 4, photodiodes PDL1 to PDL4 provided with a red color filter are denoted by reference symbol PDLr, and photodiodes PDL1 to PDL4 provided with a green color filter are denoted by reference symbol PDLg. Among the photodiodes PDL1 to PDL4, the photodiode provided with the blue color filter is denoted by the symbol PDLb. When the photodiodes PDL1 to PDL4 and the photodiodes PDLr, PDLg, and PDLb are described without being distinguished from each other, they may be described with reference numerals PDL.
図4に示すように、各フォトダイオードPDLの受光面積は互いに同一にされている。各フォトダイオードPDHの受光面積は互いに同一にされている。低感度画素21L1〜21L4のフォトダイオードPDLの受光面積は、高感度画素21HのフォトダイオードPDHの受光面積よりも小さくされている。これにより、フォトダイオードPDLの感度は相対的に低く、フォトダイオードPDHの感度は相対的に高くなっている。
As shown in FIG. 4, the light receiving areas of the photodiodes PDL are the same. The light receiving areas of the photodiodes PDH are the same. The light receiving area of the photodiode PDL of the low sensitivity pixels 21L1 to 21L4 is smaller than the light receiving area of the photodiode PDH of the
高感度画素21HのフォトダイオードPDHは、行方向及び列方向に並ぶように正方格子状に配列されている。フォトダイオードPDHの行方向のピッチ及び列方向のピッチは、同一のPとなっている。
The photodiodes PDH of the
本実施の形態では、各々の第1の光電変換部としてのフォトダイオードPDHの光入射側には、それぞれが異なる色成分の光を透過させる複数種類の第1のカラーフィルタが、2行2列の繰り返し周期を持つ色配列で設けられている。本実施の形態では、図4に示すように、前記色配列としてベイヤー配列が採用され、赤色、緑色、青色の第1のカラーフィルタ(図示せず)がベイヤー配列に従って各フォトダイオードPDHに対応して配置されている。すなわち、画素部22において、フォトダイオードPDHの奇数行(又は偶数行)には赤色の第1のカラーフィルタが設けられたフォトダイオードPDHrと緑色の第1のカラーフィルタが設けられたフォトダイオードPDHgとが交互に並ぶとともに、フォトダイオードPDHの偶数行(又は奇数行)には第1の緑色のカラーフィルタが設けられたフォトダイオードPDHgと青色の第1のカラーフィルタが設けられたフォトダイオードPDHbが交互に並んでいる。
In the present embodiment, a plurality of types of first color filters that transmit light of different color components are arranged in two rows and two columns on the light incident side of the photodiode PDH as each first photoelectric conversion unit. Are provided in a color array having a repetition period of. In the present embodiment, as shown in FIG. 4, a Bayer arrangement is adopted as the color arrangement, and the first color filters (not shown) of red, green, and blue correspond to the photodiodes PDH according to the Bayer arrangement. Are arranged. That is, in the
第2の光電変換部としてのフォトダイオードPDLは、第1の光電変換部としてのフォトダイオードPDHの位置から、行方向及び列方向にピッチPの半分ずらされた各位置を基準位置Aとし、各基準位置A付近にそれぞれ4つずつ配置されている。各基準位置A付近に配置された4つのフォトダイオードPDLの光入射側には、前記第1のカラーフィルタの2行2列の繰り返し周期に対応する4つの前記第1のカラーフィルタとそれぞれ同色の第2のカラーフィルタ(図示せず)が各フォトダイオードPDLに対応して設けられている。本実施の形態では、フォトダイオードPDHの色配列としてベイヤー配列が採用されていることから、各基準位置A付近に設けられた4つのフォトダイオードPDLは、赤色の第2のカラーフィルタが設けられた1つのフォトダイオードPDLrと、それぞれ緑色の第2のカラーフィルタが設けられた2つのフォトダイオードPDLgと、青色の第2のカラーフィルタが設けられた1つのフォトダイオードPDLbとからなる。 The photodiode PDL as the second photoelectric conversion unit has each position shifted from the position of the photodiode PDH as the first photoelectric conversion unit by a half of the pitch P in the row direction and the column direction as the reference position A. Four each are arranged near the reference position A. On the light incident side of the four photodiodes PDL arranged in the vicinity of each reference position A, the same color as that of the four first color filters corresponding to the repetition period of 2 rows and 2 columns of the first color filter, respectively. A second color filter (not shown) is provided corresponding to each photodiode PDL. In the present embodiment, since the Bayer arrangement is adopted as the color arrangement of the photodiode PDH, the four photodiodes PDL provided in the vicinity of each reference position A are provided with the red second color filter. It consists of one photodiode PDLr, two photodiodes PDLg each provided with a green second color filter, and one photodiode PDLb provided with a blue second color filter.
本実施の形態では、各フォトダイオードPDLは、図4において正方形を45゜回転させた菱形をなすように構成され、各基準位置A付近において4つのフォトダイオードPDLが当該基準位置Aの上下左右に配置されることで、当該4つのフォトダイオードPDLが全体としても、図4において正方形を45゜回転させた菱形をなしている。そして、各フォトダイオードPDHは、図4に示すように正八角形をなすように構成されている。これらにより、フォトダイオードPDH,PDLを稠密状に配置し得るようになっている。もっとも、フォトダイオードPDH,PDLの形状や、各基準位置A付近における4つのフォトダイオードPDLの配置は、図4に示す例に限定されるものではない。 In the present embodiment, each photodiode PDL is configured to form a rhombus obtained by rotating a square by 45 ° in FIG. 4, and four photodiodes PDL are located above, below, right and left of the reference position A in the vicinity of each reference position A. As a result, the four photodiodes PDL as a whole form a rhombus obtained by rotating the square in FIG. 4 by 45 °. Each photodiode PDH is configured to form a regular octagon as shown in FIG. Thus, the photodiodes PDH and PDL can be arranged densely. However, the shape of the photodiodes PDH and PDL and the arrangement of the four photodiodes PDL in the vicinity of each reference position A are not limited to the example shown in FIG.
本実施の形態では、各基準位置A付近において、当該基準位置Aの左右に、緑色の第2のカラーフィルタが設けられた2つのフォトダイオードPDLgが設けられている。各基準位置A付近において、当該基準位置Aの上下のうちの、赤色の第1のカラーフィルタが設けられたフォトダイオードPDHrに近い方の位置に、赤色の第2のカラーフィルタが設けられたフォトダイオードPDLrが設けられている。各基準位置A付近において、当該基準位置Aの上下のうちの、青色の第1のカラーフィルタが設けられたフォトダイオードPDHbに近い方の位置に、青色の第2のカラーフィルタが設けられたフォトダイオードPDLbが設けられている。 In the present embodiment, in the vicinity of each reference position A, two photodiodes PDLg provided with a second green color filter are provided on the left and right sides of the reference position A. In the vicinity of each reference position A, a photo provided with a red second color filter at a position closer to the photodiode PDHr provided with the red first color filter, above and below the reference position A. A diode PDLr is provided. In the vicinity of each reference position A, a photo provided with a blue second color filter at a position closer to the photodiode PDHb provided with the blue first color filter, above and below the reference position A. A diode PDLb is provided.
本実施の形態では、以上説明したフォトダイオードPDH,PDL並びに前記第1及び第2のカラーフィルタの色配置によって、各フォトダイオードPDHについて、当該フォトダイオードPDHに近接した4つの基準位置A付近にそれぞれ配置された各4つのフォトダイオードPDLは、当該フォトダイオードPDHの中心を通り行方向に延びた第1の線(図示せず)及び前記中心を通り列方向に延びた第2の線(図示せず)に対してそれぞれ線対称となる位置に配置されるとともに、当該フォトダイオードPDHに近接した4つの基準位置A(当該フォトダイオードPDHに対して図4中の斜め左上側の基準位置A、斜め右上側の基準位置A、斜め左下側の基準位置A、斜め右下側の基準位置A)付近にそれぞれ配置された各4つのフォトダイオードPDLにそれぞれ対応して設けられた前記第2のカラーフィルタの色は、前記第1の線及び前記第2の線に対してそれぞれ線対称となる位置に配置されている。 In the present embodiment, the photodiode PDH and PDL and the color arrangement of the first and second color filters described above are arranged in the vicinity of four reference positions A close to the photodiode PDH for each photodiode PDH. Each of the four photodiodes PDL arranged includes a first line (not shown) extending in the row direction through the center of the photodiode PDH and a second line (not shown) extending in the column direction through the center. 4) and four reference positions A close to the photodiode PDH (reference position A on the upper left side in FIG. 4 with respect to the photodiode PDH, diagonally). Each of four fonts arranged near the upper right reference position A, the lower left reference position A, and the lower right reference position A). The color of the second color filter provided corresponding to the diode PDL are disposed at positions respectively become symmetrical with respect to the first line and the second line.
本実施の形態では、各画素ブロック21に属する1つのフォトダイオードPDH及び4つのフォトダイオードPDL1〜PDL4は、次のように定められている。
In the present embodiment, one photodiode PDH and four photodiodes PDL1 to PDL4 belonging to each
各画素ブロック21は、フォトダイオードPDHを1つずつ有しており、赤色の第1のカラーフィルタが設けられているフォトダイオードPDHr、緑色の第1のカラーフィルタが設けられているフォトダイオードPDHg、青色の第1のカラーフィルタが設けられているフォトダイオードPDHbのいずれかを有している。前述したように、画素ブロック21の行及び列は、各画素ブロック21に1つずつ含まれているフォトダイオードPDHの行及び列で代表している。
Each
そして、図面には示していないが、赤色の第1のカラーフィルタが設けられているフォトダイオードPDHrを有する各画素ブロック21に属する4つのフォトダイオードPDL1〜PDL4は、当該フォトダイオードPDHrに近接した4つの基準位置A付近にそれぞれ1つずつ配置され同じ赤色の第2のカラーフィルタが設けられている4つのフォトダイオードPDLrとされている。また、緑色の第1のカラーフィルタが設けられているフォトダイオードPDHgを有する各画素ブロック21に属する4つのフォトダイオードPDL1〜PDL4は、当該フォトダイオードPDHgに近接した4つの基準位置A付近にそれぞれ1つ(2つのうちの当該フォトダイオードPDHgに近い側の1つ)ずつ配置され同じ緑色の第2のカラーフィルタが設けられている4つのフォトダイオードPDLgとされている。さらに、青色の第1のカラーフィルタが設けられているフォトダイオードPDHbを有する各画素ブロック21に属する4つのフォトダイオードPDL1〜PDL4は、当該フォトダイオードPDHbに近接した4つの基準位置A付近にそれぞれ1つずつ配置され同じ青色の第2のカラーフィルタが設けられている4つのフォトダイオードPDLbとされている。
Although not shown in the drawing, the four photodiodes PDL1 to PDL4 belonging to each
図6は、入射光量と出力との関係を模式的に示す図である。図6において、Lは1つのフォトダイオードPDLの信号に応じた出力、2Lは2つのフォトダイオードPDLの信号を加算した信号に応じた出力、3Lは3つのフォトダイオードPDLの信号を加算した信号に応じた出力、4Lは4つのフォトダイオードPDLの信号を加算した信号に応じた出力、Hは1つのフォトダイオードPDHの信号に応じた出力、H+4Lは1つのフォトダイオードPDHの信号と4つのフォトダイオードPDLの信号を加算した信号に応じた出力をそれぞれ示している。ただし、これらの出力は、図2中のA/D変換器27で量子化されたレベルを示している。ここでは、A/D変換器27はアナログ信号を8ビット階調(256階調)で量子化するものとする。以下の説明では、フォトダイオードPDHの受光面積は、フォトダイオードPDLの受光面積のα倍(α>4)であるものとする。
FIG. 6 is a diagram schematically illustrating the relationship between the amount of incident light and the output. In FIG. 6, L is an output corresponding to the signal of one photodiode PDL, 2L is an output corresponding to a signal obtained by adding the signals of two photodiodes PDL, and 3L is a signal obtained by adding the signals of three photodiodes PDL. 4L is an output corresponding to a signal obtained by adding the signals of four photodiodes PDL, H is an output corresponding to a signal of one photodiode PDH, H + 4L is a signal of one photodiode PDH and four photodiodes Outputs corresponding to signals obtained by adding PDL signals are shown. However, these outputs indicate the levels quantized by the A /
大受光面積のフォトダイオードは小受光面積のフォトダイオードよりも高感度であるため、小さい入射光量で飽和する。つまり、高輝度被写体の場合、大受光面積フォトダイオードは飽和してしまうが、小受光面積のフォトダイオードは飽和し難い。飽和していなければ、同じ入射光量に対して、出力2Lは出力Lの2倍となり、出力3Lは出力Lの3倍となり、出力4Lは出力Lの4倍となり、出力Hは出力Lのα倍となり、出力H+4Lは出力Lの(α+4)倍となる。
Since a photodiode with a large light receiving area is more sensitive than a photodiode with a small light receiving area, it is saturated with a small amount of incident light. That is, in the case of a high-luminance subject, the large light receiving area photodiode is saturated, but the small light receiving area photodiode is difficult to be saturated. If not saturated, the
そこで、出力Hとこれよりも感度の低い出力(出力L,2L,3L又は4L)とに基づいて、出力Hのみに基づく画素信号に比べてダイナミックレンジが広い画素信号を得る処理(以下、ダイナミックレンジ拡張処理」と呼ぶ。)を行うことができる。出力Hのみに基づく画素信号のダイナミックレンジは、光量ゼロから光量M2までの範囲である。これに対し、出力Hと出力4Lとに基づくダイナミックレンジ拡張処理としては、例えば、光量ゼロから光量M2までの範囲では出力Hを画素信号として用い、光量M2から光量M3までの範囲では出力4Lを(α/4)倍した値を画素信号として用いる処理を行う。これにより、ダイナミックレンジが光量ゼロから光量M3までの範囲に拡張されるとともに、暗い部分は相対的に受光面積の大きいフォトダイオードPDHの信号を用いるのでSN比が向上し、高輝度被写体であっても相対的に受光面積の小さいフォトダイオード(フォトダイオードPDLの4個分に相当)の信号を用いるので白飛びになることを防止することができる。
Therefore, processing for obtaining a pixel signal having a wider dynamic range than the pixel signal based only on the output H based on the output H and an output with lower sensitivity (output L, 2L, 3L, or 4L) (hereinafter referred to as dynamic Called “range expansion processing”). The dynamic range of the pixel signal based only on the output H is a range from the light amount zero to the light amount M2. On the other hand, as the dynamic range expansion processing based on the output H and the
また、出力Hと出力3Lとに基づくダイナミックレンジ拡張処理としては、例えば、光量ゼロから光量M2までの範囲では出力Hを画素信号として用い、光量M2から光量M4までの範囲では出力3Lを(α/3)倍した値を画素信号として用いる処理を行う。出力Hと出力2Lとに基づくダイナミックレンジ拡張処理としては、例えば、光量ゼロから光量M2までの範囲では出力Hを画素信号として用い、光量M2から光量M5までの範囲では出力2Lを(α/2)倍した値を画素信号として用いる処理を行う。出力Hと出力Lとに基づくダイナミックレンジ拡張処理としては、例えば、光量ゼロから光量M2までの範囲では出力Hを画素信号として用い、光量M2から光量M6までの範囲では出力Lをα倍した値を画素信号として用いる処理を行う。
As the dynamic range expansion process based on the output H and the
これらのダイナミックレンジ拡張処理によっても、出力Hと出力4Lとに基づくダイナミックレンジ拡張処理と同様の利点が得られる。ただし、出力Hと共により感度の高い出力を用いる方が、ダイナミックレンジの範囲がより拡張されてより高輝度の被写体であっても白飛びを防止することができる一方で、255階調以上の明るい部分の階調特性が粗くなる。逆に、出力Hと共により感度の低い出力を用いる方が、255階調以上の明るい部分の階調特性を滑らかにすることができる一方で、ダイナミックレンジの範囲の拡張量が低下してより高輝度の被写体であれば白飛びを防止することができない。したがって、出力Hと共に用いる出力を、出力4L,3L,2L,Lのうちの2つ以上の出力に切り替えることで、トレードオフとなる明るい部分の階調特性の滑らかさとダイナミックレンジの拡張量とのバランスを、2段階以上に切り替えることができる。
These dynamic range expansion processes also provide the same advantages as the dynamic range expansion process based on the output H and the
また、図6から理解することができるように、画素信号として出力Lを用いる処理、画素信号として出力2Lを用いる処理、画素信号として出力3Lを用いる処理、画素信号として出力4Lを用いる処理、画素信号として出力Hを用いる処理、及び、画素信号として出力H+Lを用いる処理のうちの、3つ以上の処理に切り替えることで、撮影感度を3段階以上に切り替えることができる。
Further, as can be understood from FIG. 6, processing using the output L as the pixel signal, processing using the
本実施の形態では、操作部14の撮影モード選択ダイヤルにより第1の撮影モードが選択されると、操作部14のレリーズボタンの全押し操作に同期して、CPU9が撮像制御部5を介して固体撮像素子4を制御することによって、固体撮像素子4の各画素ブロック21からフォトダイオードPDHの信号に応じた信号(図6中の出力Hに相当)が選択されて読み出され、これらの信号を画素信号とした画像信号が、デジタル信号処理部6によりデジタル増幅等の処理された後に、撮像画像としてメモリ7に格納される。この第1の撮影モードは、高感度画素21HのフォトダイオードPDHのみを用いて撮像を行うモードである。
In the present embodiment, when the first shooting mode is selected by the shooting mode selection dial of the
操作部14の撮影モード選択ダイヤルにより第2の撮影モードが選択されると、操作部14のレリーズボタンの全押し操作に同期して、CPU9が撮像制御部5を介して固体撮像素子4を制御することによって、固体撮像素子4の各画素ブロック21から、フォトダイオードPDHの信号に応じた信号(図6中の出力Hに相当)、及び、4つのフォトダイオードPDLの信号を加算した信号に応じた信号(図6中の出力4Lに相当)がそれぞれ選択されて読み出され、デジタル信号処理部6によりデジタル増幅等の処理された後に、メモリ7に格納される。その後、CPU9は、メモリ7に格納されたこれらの信号に基づいて、各画素ブロック21の信号毎に、前述した出力Hと出力4Lとに基づくダイナミックレンジ拡張処理に相当する処理を画像処理部13に行わせて、各画素ブロック21に対応して得られた信号をそれぞれ画素信号とした画像信号を取得し、これを撮像画像としてメモリ7に格納する。この第2の撮影モードは、前述した出力Hと出力4Lとに基づくダイナミックレンジ拡張処理に相当する処理を行うことで、ダイナミックレンジが拡張された撮像画像を得るモードである。
When the second shooting mode is selected by the shooting mode selection dial of the
図5は、図4中の各色毎の1つの高感度フォトダイオードPDH及びその周囲の4つの低感度フォトダイオードPDLの信号を加算する様子を模式的に示す図である。図5(a)は、赤色の1つの画素ブロック21に含まれている1つの高感度フォトダイオードPDHr及びその周囲の4つの低感度フォトダイオードPDLrの信号を加算する様子を示している。図5(b)は、緑色の1つの画素ブロック21に含まれている1つの高感度フォトダイオードPDHg及びその周囲の4つの低感度フォトダイオードPDLgの信号を加算する様子を示している。図5(c)は、青色の1つの画素ブロック21に含まれている1つの高感度フォトダイオードPDHb及びその周囲の4つの低感度フォトダイオードPDLbの信号を加算する様子を示している。
FIG. 5 is a diagram schematically showing a state in which signals of one high-sensitivity photodiode PDH for each color in FIG. 4 and four low-sensitivity photodiodes PDL around it are added. FIG. 5A shows a state in which signals of one high-sensitivity photodiode PDHr included in one
前記第2の撮影モードにおいて、前述したように、各画素ブロック21から、4つのフォトダイオードPDLの信号を加算した信号に応じた信号が読み出される。前記第2の撮影モードでは、1つのフォトダイオードPDHの信号は加算されないものの、図5からわかるように、各画素ブロック21において、信号が加算される4つのフォトダイオードPDLの重心が1つのフォトダイオードPDHの重心と一致するので、4つのフォトダイオードPDLの信号を加算した加算信号が示す位置はフォトダイオードPDHの信号が示す位置と精度良く一致する。したがって、暗い部分と明るい部分とで信号の位置ずれが生じることがなく、より適切にダイナミックレンジを拡張することができる。
In the second imaging mode, as described above, a signal corresponding to the signal obtained by adding the signals of the four photodiodes PDL is read from each
操作部14の撮影モード選択ダイヤルにより第3の撮影モードが選択されると、操作部14のレリーズボタンの全押し操作に同期して、CPU9が撮像制御部5を介して固体撮像素子4を制御することによって、固体撮像素子4の各画素ブロック21から、フォトダイオードPDHの信号に応じた信号(図6中の出力Hに相当)、及び、3つのフォトダイオードPDLの信号を加算した信号に応じた信号(図6中の出力3Lに相当)がそれぞれ選択されて読み出され、デジタル信号処理部6によりデジタル増幅等の処理された後に、メモリ7に格納される。その後、CPU9は、メモリ7に格納されたこれらの信号に基づいて、各画素ブロック21の信号毎に、前述した出力Hと出力3Lとに基づくダイナミックレンジ拡張処理に相当する処理を画像処理部13に行わせて、各画素ブロック21に対応して得られた信号をそれぞれ画素信号とした画像信号を取得し、これを撮像画像としてメモリ7に格納する。この第3の撮影モードは、前述した出力Hと出力3Lとに基づくダイナミックレンジ拡張処理に相当する処理を行うことで、ダイナミックレンジが拡張された撮像画像を得るモードである。
When the third shooting mode is selected by the shooting mode selection dial of the
操作部14の撮影モード選択ダイヤルにより第4の撮影モードが選択されると、操作部14のレリーズボタンの全押し操作に同期して、CPU9が撮像制御部5を介して固体撮像素子4を制御することによって、固体撮像素子4の各画素ブロック21から、フォトダイオードPDHの信号に応じた信号(図6中の出力Hに相当)、及び、2つのフォトダイオードPDLの信号を加算した信号に応じた信号(図6中の出力2Lに相当)がそれぞれ選択されて読み出され、デジタル信号処理部6によりデジタル増幅等の処理された後に、メモリ7に格納される。その後、CPU9は、メモリ7に格納されたこれらの信号に基づいて、各画素ブロック21の信号毎に、前述した出力Hと出力2Lとに基づくダイナミックレンジ拡張処理に相当する処理を画像処理部13に行わせて、各画素ブロック21に対応して得られた信号をそれぞれ画素信号とした画像信号を取得し、これを撮像画像としてメモリ7に格納する。この第4の撮影モードは、前述した出力Hと出力2Lとに基づくダイナミックレンジ拡張処理に相当する処理を行うことで、ダイナミックレンジが拡張された撮像画像を得るモードである。
When the fourth shooting mode is selected by the shooting mode selection dial of the
操作部14の撮影モード選択ダイヤルにより第5の撮影モードが選択されると、操作部14のレリーズボタンの全押し操作に同期して、CPU9が撮像制御部5を介して固体撮像素子4を制御することによって、固体撮像素子4の各画素ブロック21から、フォトダイオードPDHの信号に応じた信号(図6中の出力Hに相当)、及び、1つのフォトダイオードPDLの信号に応じた信号(図6中の出力Lに相当)がそれぞれ選択されて読み出され、デジタル信号処理部6によりデジタル増幅等の処理された後に、メモリ7に格納される。その後、CPU9は、メモリ7に格納されたこれらの信号に基づいて、各画素ブロック21の信号毎に、前述した出力Hと出力Lとに基づくダイナミックレンジ拡張処理に相当する処理を画像処理部13に行わせて、各画素ブロック21に対応して得られた信号をそれぞれ画素信号とした画像信号を取得し、これを撮像画像としてメモリ7に格納する。この第5の撮影モードは、前述した出力Hと出力Lとに基づくダイナミックレンジ拡張処理に相当する処理を行うことで、ダイナミックレンジが拡張された撮像画像を得るモードである。
When the fifth shooting mode is selected by the shooting mode selection dial of the
操作部14の撮影モード選択ダイヤルにより第6の撮影モードが選択されると、操作部14のレリーズボタンの全押し操作に同期して、CPU9が撮像制御部5を介して固体撮像素子4を制御することによって、固体撮像素子4の各画素ブロック21から、フォトダイオードPDHの信号に応じた信号(図6中の出力Hに相当)及び4つのフォトダイオードPDLの信号を加算した信号に応じた信号(図6中の出力H+4Lに相当)が選択されて読み出され、デジタル信号処理部6によりデジタル増幅等の処理された後に、撮像画像としてメモリ7に格納される。この第6の撮影モードは、前記第1の撮影モードよりも高い感度で撮像を行うモードである。
When the sixth shooting mode is selected by the shooting mode selection dial of the
この第6の撮影モードにおいて、前述したように、各画素ブロック21から、1つのフォトダイオードPDHの信号と4つのフォトダイオードPDLの信号を加算した信号に応じた信号が読み出される。図5からわかるように、各画素ブロック21において、信号が加算される4つのフォトダイオードPDLの重心が1つのフォトダイオードPDHの重心と一致するので、4つのフォトダイオードPDLの信号を加算した加算信号が示す位置はフォトダイオードPDHの信号が示す位置と精度良く一致する。したがって、これらの信号を全部加算した信号の重心も1つのフォトダイオードPDHの重心と一致する。このため、この第6の撮影モードでは、重心の位置がずれた信号を加算する場合に比べてより自然な画素加算を行うことができる。また、この第6の撮影モードでは、全てのフォトダイオードPDL,PDHの信号が用いられるので、フォトダイオードPDL,PDHの信号を無駄なく用いて高感度の撮像を行うことができる。
In the sixth shooting mode, as described above, a signal corresponding to a signal obtained by adding the signal of one photodiode PDH and the signal of four photodiodes PDL is read from each
操作部14の撮影モード選択ダイヤルにより第7の撮影モードが選択されると、操作部14のレリーズボタンの全押し操作に同期して、CPU9が撮像制御部5を介して固体撮像素子4を制御することによって、固体撮像素子4の各画素ブロック21から、4つのフォトダイオードPDLの信号を加算した信号に応じた信号(図6中の出力4Lに相当)が選択されて読み出され、デジタル信号処理部6によりデジタル増幅等の処理された後に、撮像画像としてメモリ7に格納される。この第7の撮影モードは、前記第1の撮影モードよりも低い感度で撮像を行うモードである。
When the seventh shooting mode is selected by the shooting mode selection dial of the
この第7の撮影モードでは、1つのフォトダイオードPDHの信号は加算されないものの、図5からわかるように、各画素ブロック21において、信号が加算される4つのフォトダイオードPDLの重心が1つのフォトダイオードPDHの重心と一致するので、4つのフォトダイオードPDLの信号を加算した加算信号が示す位置はフォトダイオードPDHの信号が示す位置と精度良く一致する。
In this seventh imaging mode, the signal of one photodiode PDH is not added, but as can be seen from FIG. 5, in each
操作部14の撮影モード選択ダイヤルにより第8の撮影モードが選択されると、操作部14のレリーズボタンの全押し操作に同期して、CPU9が撮像制御部5を介して固体撮像素子4を制御することによって、固体撮像素子4の各画素ブロック21から、3つのフォトダイオードPDLの信号を加算した信号に応じた信号(図6中の出力3Lに相当)が選択されて読み出され、デジタル信号処理部6によりデジタル増幅等の処理された後に、撮像画像としてメモリ7に格納される。この第8の撮影モードは、前記第7の撮影モードよりも低い感度で撮像を行うモードである。
When the eighth shooting mode is selected by the shooting mode selection dial of the
操作部14の撮影モード選択ダイヤルにより第9の撮影モードが選択されると、操作部14のレリーズボタンの全押し操作に同期して、CPU9が撮像制御部5を介して固体撮像素子4を制御することによって、固体撮像素子4の各画素ブロック21から、2つのフォトダイオードPDLの信号を加算した信号に応じた信号(図6中の出力2Lに相当)が選択されて読み出され、デジタル信号処理部6によりデジタル増幅等の処理された後に、撮像画像としてメモリ7に格納される。この第9の撮影モードは、前記第8の撮影モードよりも低い感度で撮像を行うモードである。
When the ninth shooting mode is selected by the shooting mode selection dial of the
操作部14の撮影モード選択ダイヤルにより第10の撮影モードが選択されると、操作部14のレリーズボタンの全押し操作に同期して、CPU9が撮像制御部5を介して固体撮像素子4を制御することによって、固体撮像素子4の各画素ブロック21から、1つのフォトダイオードPDLの信号に応じた信号(図6中の出力2Lに相当)が選択されて読み出され、デジタル信号処理部6によりデジタル増幅等の処理された後に、撮像画像としてメモリ7に格納される。この第10の撮影モードは、前記第9の撮影モードよりも低い感度で撮像を行うモードである。
When the tenth shooting mode is selected by the shooting mode selection dial of the
操作部14の撮影モード選択ダイヤルにより第11の撮影モードが選択されると、操作部14のレリーズボタンの全押し操作に同期して、CPU9が撮像制御部5を介して固体撮像素子4を制御することによって、固体撮像素子4の各画素ブロック21から、フォトダイオードPDHの信号に応じた信号、フォトダイオードPDL1の信号に応じた信号、フォトダイオードPDL2の信号に応じた信号、フォトダイオードPDL3の信号に応じた信号、及び、フォトダイオードPDL4の信号に応じた信号がそれぞれ選択されてそれぞれ個別に読み出され、デジタル信号処理部6によりデジタル増幅等の処理された後に、メモリ7に格納される。
When the eleventh shooting mode is selected by the shooting mode selection dial of the
その後、CPU9は、メモリ7に格納されたこれらの信号に基づいて、以下に説明する補間処理を画像処理部13に行わせる。
Thereafter, the CPU 9 causes the
図7は、図4中の赤色のカラーフィルタが設けられたフォトダイオードPDHr,PDLrと、フォトダイオードPDLrの信号に基づいて補間される仮想的なフォトダイオードPDHr’とを模式的に示す図である。仮想的なフォトダイオードPDHr’は、青色の第1のカラーフィルタが設けられたフォトダイオードPDHb(図4参照)において青色の第1のカラーフィルタに代えて赤色の第1のカラーフィルタを設けたと仮定したときのフォトダイオードPDHbに相当する。 FIG. 7 is a diagram schematically showing the photodiodes PDHr and PDLr provided with the red color filter in FIG. 4 and the virtual photodiode PDHr ′ interpolated based on the signal of the photodiode PDLr. . It is assumed that the virtual photodiode PDHr ′ is provided with a red first color filter instead of the blue first color filter in the photodiode PDHb (see FIG. 4) provided with the blue first color filter. This corresponds to the photodiode PDHb.
本実施の形態では、画像処理部13は、図4及び図7に示すように、青色の第1のカラーフィルタが設けられた各フォトダイオードPDHbについて、当該フォトダイオードPDHbに近接した4つの基準位置A付近にそれぞれ1つずつ配置された4つのフォトダイオードPDLrであって、青色と異なる赤色の第2のカラーフィルタが設けられている4つのフォトダイオードPDLrの信号を加算した信号に応じて信号に基づいて、仮想的なフォトダイオードPDHr’の信号に応じた信号を補間する。本実施の形態では、具体的には、メモリ7内に読み出された前記4つのフォトダイオードPDHrの信号に応じた信号(デジタル値)を加算し、赤色の第1のカラーフィルタが設けられているフォトダイオードPDHrの信号とレベルを合わせるために、その加算値をα倍(αは前述した値である。)した値を、仮想的なフォトダイオードPDHr’の信号に応じた信号として得る。このとき、本実施の形態では、信号が加算される4つのフォトダイオードPDLrの重心が仮想的なフォトダイオードPDHr’の重心と一致するので、精度の高い補間を実現することができる。
In the present embodiment, as shown in FIGS. 4 and 7, the
図8は、図4中の緑色のカラーフィルタが設けられたフォトダイオードPDHg,PDLgと、フォトダイオードPDLgの信号に基づいて補間される仮想的なフォトダイオードPDHg’とを模式的に示す図である。仮想的なフォトダイオードPDHg’は、赤色又は青色の第1のカラーフィルタが設けられたフォトダイオードPDHr又はPDHb(図4参照)において赤色又は青色の第1のカラーフィルタに代えて緑色の第1のカラーフィルタを設けたと仮定したときのフォトダイオードPDHr又はPDHbに相当する。 FIG. 8 is a diagram schematically showing the photodiodes PDHg and PDLg provided with the green color filter in FIG. 4 and a virtual photodiode PDHg ′ interpolated based on the signal of the photodiode PDLg. . The virtual photodiode PDHg ′ includes a green first photodiode in place of the red or blue first color filter in the photodiode PDHr or PDHb (see FIG. 4) provided with the red or blue first color filter. This corresponds to the photodiode PDHr or PDHb when it is assumed that a color filter is provided.
本実施の形態では、画像処理部13は、図4及び図8に示すように、赤色又は青色の第1のカラーフィルタが設けられた各フォトダイオードPDHr又はPDHbについて、当該フォトダイオードPDHr又はPDHbに近接した4つの基準位置A付近にそれぞれ1つずつ配置された4つのフォトダイオードPDLgであって、赤色及び青色と異なる緑色の第2のカラーフィルタが設けられている4つのフォトダイオードPDLgを加算した信号に応じて信号に基づいて、仮想的なフォトダイオードPDHg’の信号に応じた信号を補間する。本実施の形態では、具体的には、メモリ7内に読み出された前記4つのフォトダイオードPDHgの信号に応じた信号(デジタル値)を加算し、緑色の第1のカラーフィルタが設けられているフォトダイオードPDHgの信号とレベルを合わせるために、その加算値をα倍した値を、仮想的なフォトダイオードPDHg’の信号に応じた信号として得る。このとき、本実施の形態では、信号が加算される4つのフォトダイオードPDLgの重心が仮想的なフォトダイオードPDHg’の重心と一致するので、精度の高い補間を実現することができる。
In the present embodiment, as shown in FIGS. 4 and 8, the
図9は、図4中の青色のカラーフィルタが設けられたフォトダイオードPDHb,PDLbと、フォトダイオードPDLbの信号に基づいて補間される仮想的なフォトダイオードPDHb’とを模式的に示す図である。仮想的なフォトダイオードPDHb’は、赤色の第1のカラーフィルタが設けられたフォトダイオードPDHr(図4参照)において赤色の第1のカラーフィルタに代えて青色の第1のカラーフィルタを設けたと仮定したときのフォトダイオードPDHrに相当する。 FIG. 9 is a diagram schematically showing the photodiodes PDHb and PDLb provided with the blue color filter in FIG. 4 and a virtual photodiode PDHb ′ interpolated based on the signal of the photodiode PDLb. . It is assumed that the virtual photodiode PDHb ′ is provided with a blue first color filter instead of the red first color filter in the photodiode PDHr (see FIG. 4) provided with the red first color filter. This corresponds to the photodiode PDHr.
本実施の形態では、画像処理部13は、図4及び図9に示すように、赤色の第1のカラーフィルタが設けられた各フォトダイオードPDHrについて、当該フォトダイオードPDHrに近接した4つの基準位置A付近にそれぞれ1つずつ配置された4つのフォトダイオードPDLbであって、赤色と異なる青色の第2のカラーフィルタが設けられている4つのフォトダイオードPDLbの信号を加算した信号に応じて信号に基づいて、仮想的なフォトダイオードPDHb’の信号に応じた信号を補間する。本実施の形態では、具体的には、メモリ7内に読み出された前記4つのフォトダイオードPDHbの信号に応じた信号(デジタル値)を加算し、青色の第1のカラーフィルタが設けられているフォトダイオードPDHbの信号とレベルを合わせるために、その加算値をα倍(αは前述した値である。)した値を、仮想的なフォトダイオードPDHb’の信号に応じた信号として得る。このとき、本実施の形態では、信号が加算される4つのフォトダイオードPDLbの重心が仮想的なフォトダイオードPDHbの重心と一致するので、精度の高い補間を実現することができる。
In the present embodiment, as shown in FIGS. 4 and 9, the
そして、CPU9は、画像処理部13による前述した補間処理により得られた仮想的なフォトダイオードPDHr’,PDHg,PDHb’の信号に応じた信号を、メモリ7内のフォトダイオードPDHr,PDHg,PDHbの信号に応じた信号と共に、撮像画像としてメモリ7に格納する。
Then, the CPU 9 uses signals corresponding to the signals of the virtual photodiodes PDHr ′, PDHg, and PDHb ′ obtained by the above-described interpolation processing by the
この第11の撮影モードは、前記第1の撮影モードよりも高い解像度(本実施の形態では、2倍の解像度)で撮像を行うモードである。 The eleventh shooting mode is a mode in which imaging is performed at a higher resolution (in this embodiment, twice the resolution) than the first shooting mode.
本実施の形態によれば、前記第1乃至第5の撮影モードを行うことができるので、ダイナミックレンジ拡張を段階的に行うことができる。また、本実施の形態によれば、前記第1、第6乃至第10の撮影モードを行うことができるので、撮像感度を段階的に変えることができる。また、本実施の形態によれば、前記第6の撮影モードを行うことができるので、フォトダイオードPDH,PDLを無駄なく用いた自然な画素加算を行うことができる。さらに、本実施の形態によれば、第11の撮影モードを行うことができるので、より適切な画素補間による高解像度撮影を行うことができる。 According to the present embodiment, since the first to fifth photographing modes can be performed, the dynamic range can be expanded stepwise. In addition, according to the present embodiment, the first, sixth to tenth shooting modes can be performed, so that the imaging sensitivity can be changed stepwise. In addition, according to the present embodiment, since the sixth shooting mode can be performed, natural pixel addition using the photodiodes PDH and PDL without waste can be performed. Furthermore, according to the present embodiment, since the eleventh shooting mode can be performed, high-resolution shooting by more appropriate pixel interpolation can be performed.
[第2の実施の形態]
図10は、第2の実施の形態による固体撮像素子の光電変換部としてのフォトダイオードPDH(PDHr,PDHg,PDHb)、PDL(PDLr,PDLg,PDLb)の配置を、光入射側から見て模式的に示す概略平面図であり、図4に対応している。図10において、図4中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
[Second Embodiment]
FIG. 10 is a schematic view of the arrangement of the photodiodes PDH (PDHr, PDHg, PDHb) and PDL (PDLr, PDLg, PDLb) as photoelectric conversion units of the solid-state imaging device according to the second embodiment when viewed from the light incident side. FIG. 4 schematically shows a plan view corresponding to FIG. 10, elements that are the same as or correspond to those in FIG. 4 are given the same reference numerals, and redundant descriptions thereof are omitted.
本実施の形態による固体撮像素子が前記第1の実施の形態における固体撮像素子4と異なる所は、各基準位置A付近において、フォトダイオードPDLrとフォトダイオードPDHbとの配置が上下逆になっている点のみである。本実施の形態による固体撮像素子は、前記第1の実施の形態において、固体撮像素子4に代えて用いることができる。
The solid-state imaging device according to the present embodiment differs from the solid-
本実施の形態によっても、前記第1の実施の形態と同様の利点が得られる。 Also in this embodiment, the same advantages as those in the first embodiment can be obtained.
図11は、図10中の各色毎の1つの高感度フォトダイオードPDH及びその周囲の4つの低感度フォトダイオードPDLの信号を加算する様子を模式的に示す図であり、図5に対応している。図11において、図5中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。 FIG. 11 is a diagram schematically showing a state in which signals of one high-sensitivity photodiode PDH for each color in FIG. 10 and four low-sensitivity photodiodes PDL around it are added, corresponding to FIG. Yes. 11, elements that are the same as or correspond to those in FIG. 5 are given the same reference numerals, and redundant descriptions thereof are omitted.
図5では、信号を加算する4つのフォトダイオードPDLrがフォトダイオードPDHrから比較的近い位置にあるとともに、信号を加算する4つのフォトダイオードPDLbがフォトダイオードPDHbから比較的近い位置にあるのに対し、図11では、信号を加算する4つのフォトダイオードPDLrがフォトダイオードPDHrから比較的遠い位置にあるとともに、信号を加算する4つのフォトダイオードPDLbがフォトダイオードPDHbから比較的遠い位置にある。したがって、前記第1の実施の形態の方が本実施の形態に比べて、4つのフォトダイオードPDLrを加算した信号はより精度良くその重心位置の信号を示すことになるとともに、4つのフォトダイオードPDLbを加算した信号はより精度良くその重心位置の信号を示すことになる。したがって、前記第1の実施の形態は、この点で、本実施の形態よりも有利である。 In FIG. 5, the four photodiodes PDLr that add signals are relatively close to the photodiode PDHr, and the four photodiodes PDLb that add signals are relatively close to the photodiode PDHb. In FIG. 11, the four photodiodes PDLr that add signals are relatively far from the photodiode PDHr, and the four photodiodes PDLb that add signals are relatively far from the photodiode PDHb. Therefore, in the first embodiment, the signal obtained by adding the four photodiodes PDLr more accurately indicates the signal at the center of gravity and the four photodiodes PDLb than the present embodiment. The signal obtained by adding is more accurately indicative of the signal at the center of gravity. Therefore, the first embodiment is more advantageous than the present embodiment in this respect.
図12は、図10中の赤色のカラーフィルタが設けられたフォトダイオードPDHr,PDLrと、フォトダイオードPDLrの信号に基づいて補間される仮想的なフォトダイオードPDHr’とを模式的に示す図であり、図7に対応している。図13は、図10中の青色のカラーフィルタが設けられたフォトダイオードPDHb,PDLbと、フォトダイオードPDLbの信号に基づいて補間される仮想的なフォトダイオードPDHb’とを模式的に示す図であり、図9に対応している。図12及び図13において、図7及び図9中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。 FIG. 12 is a diagram schematically showing the photodiodes PDHr and PDLr provided with the red color filter in FIG. 10 and a virtual photodiode PDHr ′ interpolated based on the signal of the photodiode PDLr. This corresponds to FIG. FIG. 13 is a diagram schematically showing the photodiodes PDHb and PDLb provided with the blue color filter in FIG. 10 and a virtual photodiode PDHb ′ interpolated based on the signal of the photodiode PDLb. 9 corresponds to FIG. 12 and 13, elements that are the same as or correspond to those in FIGS. 7 and 9 are given the same reference numerals, and redundant descriptions thereof are omitted.
図7及び図9では、信号を加算する4つのフォトダイオードPDLrが仮想的なフォトダイオードPDHr’から比較的遠い位置にあるとともに、信号を加算する4つのフォトダイオードPDLbが比較的遠い位置にあるのに対し、図12及び図13では、信号を加算する4つのフォトダイオードPDLrが仮想的なフォトダイオードPDHr’から比較的近い位置にあるとともに、信号を加算する4つのフォトダイオードPDLbが比較的近い位置にある。したがって、本実施の形態の方が前記第1の実施の形態に比べて、精度良く、仮想的なフォトダイオードPDHr’の信号及び仮想的なフォトダイオードPDHb’の信号を補間することができる。したがって、前記本実施の形態は、この点で、前記第1の実施の形態よりも有利である。 7 and 9, the four photodiodes PDLr that add signals are relatively far from the virtual photodiode PDHr ′, and the four photodiodes PDLb that add signals are relatively far from each other. On the other hand, in FIG. 12 and FIG. 13, the four photodiodes PDLr that add signals are relatively close to the virtual photodiode PDHr ′, and the four photodiodes PDLb that add signals are relatively close to each other. It is in. Therefore, the signal of the virtual photodiode PDHr 'and the signal of the virtual photodiode PDHb' can be interpolated with higher accuracy in the present embodiment than in the first embodiment. Therefore, the present embodiment is more advantageous than the first embodiment in this respect.
[第3の実施の形態]
図14は、第3の実施の形態による固体撮像素子の光電変換部としてのフォトダイオードPDH(PDHr,PDHg,PDHb)、PDL(PDLr,PDLg,PDLb)の配置を、光入射側から見て模式的に示す概略平面図であり、図4に対応している。図14において、図4中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
[Third Embodiment]
FIG. 14 is a schematic view of the arrangement of photodiodes PDH (PDHr, PDHg, PDHb) and PDL (PDLr, PDLg, PDLb) as photoelectric conversion units of the solid-state imaging device according to the third embodiment when viewed from the light incident side. FIG. 4 schematically shows a plan view corresponding to FIG. 14, elements that are the same as or correspond to those in FIG. 4 are given the same reference numerals, and redundant descriptions thereof are omitted.
本実施の形態による固体撮像素子が前記第1の実施の形態における固体撮像素子4と異なる所は、いずれの基準位置A付近においても、フォトダイオードPDLrが基準位置Aの上側に配置されるとともにフォトダイオードPDHbが基準位置Aの下側に配置されている点のみである。本実施の形態による固体撮像素子は、前記第1の実施の形態において、固体撮像素子4に代えて用いることができる。
The solid-state imaging device according to the present embodiment is different from the solid-
本実施の形態によっても、前記第1の実施の形態と同様の利点が得られる。 Also in this embodiment, the same advantages as those in the first embodiment can be obtained.
ただし、本実施の形態では、図5(a)と同様に信号が加算される4つのフォトダイオードPDLrの重心がフォトダイオードPDHrの重心からずれるとともに、図5(c)と同様に信号が加算される4つのフォトダイオードPDLbの重心がフォトダイオードPDHbの重心からずれる。しかし、フォトダイオードPDLr,PDLbは基準位置A付近に配置されているので、それらのずれ量は小さいことから、特に問題にならない。 However, in this embodiment, the center of gravity of the four photodiodes PDLr to which signals are added is shifted from the center of gravity of the photodiode PDHr as in FIG. 5A, and the signals are added in the same manner as in FIG. The center of gravity of the four photodiodes PDLb deviates from the center of gravity of the photodiode PDHb. However, since the photodiodes PDLr and PDLb are arranged in the vicinity of the reference position A, the amount of deviation thereof is small, so that there is no particular problem.
また、本実施の形態では、図7と同様に信号が加算される4つのフォトダイオードPDLrの重心が仮想的なフォトダイオードPDHr’の重心からずれるとともに、図9と同様に信号が加算される4つのフォトダイオードPDLbの重心が仮想的なフォトダイオードPDHb’の重心からずれる。しかし、フォトダイオードPDLr,PDLbは基準位置A付近に配置されているので、それらのずれ量は小さいことから、特に問題にならない。 Further, in the present embodiment, the center of gravity of the four photodiodes PDLr to which signals are added is shifted from the center of gravity of the virtual photodiode PDHr ′ as in FIG. 7, and the signals are added in the same manner as in FIG. The centroids of the two photodiodes PDLb deviate from the centroid of the virtual photodiode PDHb ′. However, since the photodiodes PDLr and PDLb are arranged in the vicinity of the reference position A, the amount of deviation thereof is small, so that there is no particular problem.
以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments.
前記第1の実施の形態では、前述したように、図4中の左右方向(第1の方向)は行方向と一致し、図4中の上下方向(第1の方向と直交する第2の方向)は列方向と一致しており、他の実施の形態についても同様である。しかし、その配置を45゜回転させて、例えば、図4中の左右方向及び上下方向を行方向及び列方向に対して45゜をなすようにしてもよい。 In the first embodiment, as described above, the left-right direction (first direction) in FIG. 4 matches the row direction, and the up-down direction in FIG. 4 (second direction orthogonal to the first direction). (Direction) coincides with the column direction, and the same applies to the other embodiments. However, the arrangement may be rotated by 45 ° so that, for example, the horizontal and vertical directions in FIG. 4 form 45 ° with respect to the row and column directions.
また、前記各実施の形態の固体撮像素子は、前述したように、カラーフィルタの色配列としてベイヤー配列が採用されている。しかし、本発明では、カラーフィルタの色配列は、これに限らず、2行2列の繰り返し周期を持つ他の色配列(例えば、マゼンタ、グリーン、シアン及びイエローを用いる補色系の色配列)を採用してもよい。 In addition, as described above, the solid-state imaging device of each of the embodiments employs a Bayer array as a color array of color filters. However, in the present invention, the color arrangement of the color filter is not limited to this, and other color arrangements having a repetition period of 2 rows and 2 columns (for example, complementary color arrangement using magenta, green, cyan, and yellow) are used. It may be adopted.
さらに、前記各実施の形態では、操作部14の撮影モード選択ダイヤルからの選択指令に応じて、前記各撮影モードが選択されるようになっている。しかし、本発明では、種々のセンサからの検出信号等に応じて、自動的に撮影モードが選択されるようにしてもよい。
Further, in each of the above embodiments, each of the shooting modes is selected in response to a selection command from the shooting mode selection dial of the
さらにまた、前記各実施の形態では、前記補間処理を除いて、固体撮像素子の画素ブロック21内で信号加算が行われるようになっているが、補間処理以外においても、固体撮像素子の外部で信号加算が行われるようにしてもよい。この場合、前記補間処理の信号加算を画素ブロック21内で行うように、各画素ブロック21のフォトダイオードの組み合わせを変えてもよい。
Furthermore, in each of the embodiments described above, signal addition is performed within the
また、前記各実施の形態では、第1乃至第11の撮影モードを行うようになっているが、本発明では、それらの撮影モードのうちの一部の撮影モードのみを行うようにしてもよい。 In each of the above embodiments, the first to eleventh shooting modes are performed. However, in the present invention, only a part of the shooting modes may be performed. .
1 電子カメラ
PDH(PDHr,PDHg,PDHb) 高感度フォトダイオード
PDL(PDL1〜PDL4,PDLr,PDLg,PDLb) 低感度フォトダイオード
21H 高感度画素
21L 低感度画素
1 Electronic camera PDH (PDHr, PDHg, PDHb) High sensitivity photodiode PDL (PDL1 to PDL4, PDLr, PDLg, PDLb)
Claims (10)
前記複数の第1の光電変換部の位置から、前記第1の方向及び前記第2の方向に、前記複数の第1の光電変換部の前記第1の方向及び前記第2の方向のピッチの半分ずらされた各位置を基準位置とし、前記各基準位置の付近にそれぞれ4つずつ配置されかつ前記第1の光電変換部よりも受光面積が小さい第2の光電変換部と、
前記複数の第1の光電変換部の各々に対応して設けられ2行2列の繰り返し周期を持つ色配列をなす複数色の第1のカラーフィルタと、
前記各基準位置の付近に配置された前記4つの第2の光電変換部の各々に対応して設けられ、前記2行2列の繰り返し周期に対応する4つの前記第1のカラーフィルタとそれぞれ同色の4つの第2のカラーフィルタと、
を備えたことを特徴とする固体撮像素子。 A plurality of first photoelectric conversion units arranged in a square lattice so as to be arranged in a first direction and a second direction orthogonal thereto;
From the positions of the plurality of first photoelectric conversion units, the pitches of the first direction and the second direction of the plurality of first photoelectric conversion units are changed in the first direction and the second direction. Each of the positions shifted by half is used as a reference position, and each of the second photoelectric conversion units is arranged in the vicinity of each of the four reference positions and has a light receiving area smaller than that of the first photoelectric conversion unit;
A plurality of first color filters which are provided corresponding to each of the plurality of first photoelectric conversion units and form a color array having a repetition period of 2 rows and 2 columns;
The same color as each of the four first color filters provided corresponding to each of the four second photoelectric conversion units disposed in the vicinity of each reference position and corresponding to the repetition cycle of the 2 rows and 2 columns. Four second color filters of
A solid-state imaging device comprising:
前記各第1の光電変換部について、当該第1の光電変換部に近接した4つの前記基準位置付近にそれぞれ1つずつ配置された4つの前記第2の光電変換部であって、当該第1の光電変換部に対応して設けられた前記第1のカラーフィルタの色と同色の前記第2のカラーフィルタが設けられている4つの前記第2の光電変換部及び当該第1の光電変換部からなるグループのうち、少なくとも1つの光電変換部を予め設定された撮影モードに応じて選択する選択部と、
前記選択部で選択された各グループの光電変換部から信号を読み出して予め設定された撮影モードに応じた処理を行い、画素信号として出力する処理部と、
を備えたことを特徴とする撮像装置。 A solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 4,
For each of the first photoelectric conversion units, there are four second photoelectric conversion units arranged one by one near each of the four reference positions adjacent to the first photoelectric conversion unit, The four second photoelectric conversion units provided with the second color filter of the same color as the color of the first color filter provided corresponding to the photoelectric conversion unit, and the first photoelectric conversion unit A selection unit that selects at least one photoelectric conversion unit according to a preset shooting mode from the group consisting of:
A processing unit that reads a signal from the photoelectric conversion unit of each group selected by the selection unit, performs a process according to a preset shooting mode, and outputs the signal as a pixel signal;
An imaging apparatus comprising:
前記各第1の光電変換部について、当該第1の光電変換部に近接した4つの前記基準位置付近にそれぞれ1つずつ配置された4つの前記第2の光電変換部であって、当該第1の光電変換部に対応して設けられた前記第1のカラーフィルタの色と同色の前記第2のカラーフィルタが設けられている4つの前記第2の光電変換部のうちの指令に応じて選択された1つ以上の前記第2の光電変換部の信号を加算した信号と、当該第1の光電変換部の信号とに基づいて、当該第1の光電変換部の信号のみに基づく画素信号に比べてダイナミックレンジが広い画素信号を得る処理を行う手段と、
を備えたことを特徴とする撮像装置。 A solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 4,
For each of the first photoelectric conversion units, there are four second photoelectric conversion units arranged one by one near each of the four reference positions adjacent to the first photoelectric conversion unit, Selected according to a command from the four second photoelectric conversion units provided with the second color filter of the same color as the color of the first color filter provided corresponding to the photoelectric conversion unit Based on the signal obtained by adding the signals of the one or more second photoelectric conversion units and the signal of the first photoelectric conversion unit, the pixel signal based only on the signal of the first photoelectric conversion unit Means for performing processing for obtaining a pixel signal having a wider dynamic range,
An imaging apparatus comprising:
(i)前記各第1の光電変換部について、当該第1の光電変換部の信号に応じた信号を画素信号とする処理、(ii)前記各第1の光電変換部について、当該第1の光電変換部に近接した4つの前記基準位置のうちの1つの前記基準位置付近に配置された1つの前記第2の光電変換部であって、当該第1の光電変換部に対応して設けられた前記第1のカラーフィルタの色と同色の前記第2のカラーフィルタが設けられている1つの前記第2の光電変換部の信号に応じた信号を、画素信号とする処理、(iii)前記各第1の光電変換部について、当該第1の光電変換部に近接した4つの前記基準位置のうちの2つの前記基準位置付近にそれぞれ1つずつ配置された2つの前記第2の光電変換部であって、当該第1の光電変換部に対応して設けられた前記第1のカラーフィルタの色と同色の前記第2のカラーフィルタが設けられている2つの前記第2の光電変換部の信号を加算した信号に応じた信号を、画素信号とする処理、(iv)前記各第1の光電変換部について、当該第1の光電変換部に近接した4つの前記基準位置のうちの3つの前記基準位置付近にそれぞれ1つずつ配置された3つの前記第2の光電変換部であって、当該第1の光電変換部に対応して設けられた前記第1のカラーフィルタの色と同色の前記第2のカラーフィルタが設けられている3つの前記第2の光電変換部の信号を加算した信号に応じた信号を、画素信号とする処理、(v)前記各第1の光電変換部について、当該第1の光電変換部に近接した4つの前記基準位置付近にそれぞれ1つずつ配置された4つの前記第2の光電変換部であって、当該第1の光電変換部に対応して設けられた前記第1のカラーフィルタの色と同色の前記第2のカラーフィルタが設けられている4つの前記第2の光電変換部の信号を加算した信号に応じた信号を、画素信号とする処理、及び、(vi)前記各第1の光電変換部について、当該第1の光電変換部に近接した4つの前記基準位置付近にそれぞれ1つずつ配置された4つの前記第2の光電変換部であって、当該第1の光電変換部に対応して設けられた前記第1のカラーフィルタの色と同色の前記第2のカラーフィルタが設けられている4つの前記第2の光電変換部の信号と、当該第1の光電変換部の信号とを加算した信号に応じた信号を、画素信号とする処理、のうちの3つ以上の処理を指令に応じて選択的に行う手段と、
を備えたことを特徴とする撮像装置。 A solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 4,
(I) For each of the first photoelectric conversion units, processing that uses a signal corresponding to the signal of the first photoelectric conversion unit as a pixel signal; (ii) for each of the first photoelectric conversion units, One second photoelectric conversion unit arranged in the vicinity of one of the four reference positions close to the photoelectric conversion unit, provided corresponding to the first photoelectric conversion unit. (Iii) processing for converting a signal corresponding to a signal of the second photoelectric conversion unit provided with the second color filter of the same color as the color of the first color filter into a pixel signal; For each of the first photoelectric conversion units, two second photoelectric conversion units arranged one by one in the vicinity of two of the four reference positions in the vicinity of the first photoelectric conversion unit. Before the first photoelectric conversion unit is provided. Processing for converting a signal corresponding to a signal obtained by adding the signals of the two second photoelectric conversion units provided with the second color filter of the same color as the color of the first color filter into a pixel signal (iv ) For each of the first photoelectric converters, three second photoelectric elements arranged one by one in the vicinity of the three reference positions among the four reference positions adjacent to the first photoelectric converter. Three second photoelectric conversion units, each of which is provided with the second color filter having the same color as the color of the first color filter provided corresponding to the first photoelectric conversion unit. A process according to which a signal corresponding to the signal obtained by adding the signals of the units is added as a pixel signal; (v) each of the first photoelectric conversion units in the vicinity of the four reference positions adjacent to the first photoelectric conversion unit. Four said second ones arranged one by one Four second photoelectric elements, each of which is provided with the second color filter having the same color as the color of the first color filter provided corresponding to the first photoelectric conversion unit. A process according to which a signal corresponding to a signal obtained by adding the signals of the conversion unit is a pixel signal; and (vi) for each of the first photoelectric conversion units, the four reference positions adjacent to the first photoelectric conversion unit Four second photoelectric conversion units arranged one by one near each of the second photoelectric conversion units, the second color having the same color as the color of the first color filter provided corresponding to the first photoelectric conversion unit A process of converting a signal corresponding to a signal obtained by adding the signals of the four second photoelectric conversion units provided with the color filter and the signal of the first photoelectric conversion unit into a pixel signal, Means for selectively performing three or more processes in response to a command;
An imaging apparatus comprising:
前記各第1の光電変換部について、当該第1の光電変換部に近接した4つの前記基準位置付近にそれぞれ1つずつ配置された4つの前記第2の光電変換部であって、当該第1の光電変換部に対応して設けられた前記第1のカラーフィルタの色と同色の前記第2のカラーフィルタが設けられている4つの前記第2の光電変換部の信号と、当該第1の光電変換部の信号とを加算した信号に応じた信号を、画素信号とする処理を行う手段と、
を備えたことを特徴とする撮像装置。 A solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 4,
For each of the first photoelectric conversion units, there are four second photoelectric conversion units arranged one by one near each of the four reference positions adjacent to the first photoelectric conversion unit, Signals of the four second photoelectric conversion units provided with the second color filter of the same color as the color of the first color filter provided corresponding to the photoelectric conversion unit of the first color filter, Means for processing a signal corresponding to a signal obtained by adding the signal of the photoelectric conversion unit as a pixel signal;
An imaging apparatus comprising:
前記複数の第1の光電変換部のうちの少なくとも一部の第1の光電変換部について、当該第1の光電変換部に近接した4つの前記基準位置付近にそれぞれ1つずつ配置された4つの前記第2の光電変換部であって、当該第1の光電変換部に対応して設けられた前記第1のカラーフィルタの色と異なる所定色の前記第2のカラーフィルタが設けられている4つの前記第2の光電変換部の信号を加算した信号に応じた信号に基づいて、当該第1の光電変換部に対応して前記所定色の前記第1のカラーフィルタが設けられたと仮定したときの当該第1の光電変換部の信号に応じた信号を補間する処理を行う補間処理手段と、
を備えたことを特徴とする撮像装置。 A solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 4,
For the first photoelectric conversion units of at least a part of the plurality of first photoelectric conversion units, four ones are arranged near each of the four reference positions adjacent to the first photoelectric conversion units. The second photoelectric conversion unit, wherein the second color filter having a predetermined color different from the color of the first color filter provided corresponding to the first photoelectric conversion unit is provided 4 When it is assumed that the first color filter of the predetermined color is provided corresponding to the first photoelectric conversion unit based on a signal corresponding to a signal obtained by adding the signals of the two second photoelectric conversion units Interpolation processing means for performing a process of interpolating a signal corresponding to the signal of the first photoelectric conversion unit,
An imaging apparatus comprising:
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