JP2024003688A - Imaging element and imaging device - Google Patents
Imaging element and imaging device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2024003688A JP2024003688A JP2022103007A JP2022103007A JP2024003688A JP 2024003688 A JP2024003688 A JP 2024003688A JP 2022103007 A JP2022103007 A JP 2022103007A JP 2022103007 A JP2022103007 A JP 2022103007A JP 2024003688 A JP2024003688 A JP 2024003688A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pixel
- signal
- pixel block
- imaging
- frame
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 title claims abstract description 87
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 23
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 34
- 230000007274 generation of a signal involved in cell-cell signaling Effects 0.000 claims description 18
- 239000003086 colorant Substances 0.000 claims description 2
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 24
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 10
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 230000006870 function Effects 0.000 description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- 238000010191 image analysis Methods 0.000 description 2
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 230000008094 contradictory effect Effects 0.000 description 1
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
- Color Television Image Signal Generators (AREA)
- Studio Devices (AREA)
Abstract
Description
本発明は、映像信号を取得する撮像素子及び撮像装置に関する。 The present invention relates to an imaging device and an imaging device that acquire video signals.
近年では、撮像装置の信号処理はデジタル化されており、撮像素子の出力信号もデジタル信号となっている。そして、高解像度(多画素)化に対応するため、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)撮像素子の高速画素信号読出回路には、画素アレイの列ごとにADC(アナログ/デジタル変換器)を設ける列並列ADCが広く用いられている(例えば、特許文献1)。 In recent years, signal processing in imaging devices has been digitized, and output signals from imaging elements have also become digital signals. In order to cope with higher resolution (multiple pixels), the high-speed pixel signal readout circuit of CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensors is equipped with an ADC (Analog/Digital Converter) for each column of the pixel array in a column-parallel manner. ADCs are widely used (for example, Patent Document 1).
列並列ADCを用いた撮像素子の画素1行あたりの信号読出期間THは撮像素子の垂直方向(信号読出方向)の画素数Vとフレームレートffに反比例する。そのため、高解像度・高フレームレート撮像素子の実現には読出回路の高速化が不可欠である。例えば、列並列ADCを用いた8K/240fps撮像素子の1行あたり信号読出期間THは1μs以下である。さらに、デジタルCDS(相関二重サンプリング)による固定パターンノイズ除去を行う場合、一回の読出動作に対して画素のリセットレベルと信号レベルの両方のAD変換を行う必要があるため、0.5μs以下での高速AD変換が必要である。 The signal readout period T H per pixel row of an image sensor using a column-parallel ADC is inversely proportional to the number of pixels V in the vertical direction (signal readout direction) of the image sensor and the frame rate ff . Therefore, in order to realize a high-resolution, high-frame-rate image sensor, it is essential to increase the speed of the readout circuit. For example, the signal readout period T H per row of an 8K/240 fps image sensor using a column-parallel ADC is 1 μs or less. Furthermore, when performing fixed pattern noise removal using digital CDS (correlated double sampling), it is necessary to perform AD conversion of both the pixel reset level and signal level for one readout operation, so it is less than 0.5 μs. High-speed AD conversion is required.
一般にADCの動作速度は、ノイズ性能・ビット深度・消費電力・ADC面積等の性能とトレードオフの関係にある。そして、多画素高速撮像素子では、上述のとおりAD変換に許容される時間が短くなってくるため、ADCの動作速度の限界に起因して、ノイズ性能劣化・ビット深度不足・消費電力増大・チップ面積増大などの課題がある。 Generally, the operating speed of an ADC is in a trade-off relationship with performance such as noise performance, bit depth, power consumption, and ADC area. In a multi-pixel high-speed image sensor, the time allowed for AD conversion becomes shorter as mentioned above, resulting in noise performance deterioration, insufficient bit depth, increased power consumption, chip There are issues such as an increase in area.
この課題に対し、限られたAD変換速度で実質的な画質向上を図るために、従来、撮像素子に、フレームレートや解像度などの特定の撮像性能に特化した動作モードを複数備え、撮影シーンの特徴に合わせて最適な動作モードを選択する手法が提案されている(特許文献2)。例えば、動きの速い被写体を撮像する場合は高フレームレート/低解像度モード、高精細で動きの少ない被写体を撮像する場合は低フレームレート/高解像度モードで撮影するなどといった撮影シーンに適応したモード選択をすることで、実質的な画質向上を図るものである。 To address this issue, in order to substantially improve image quality with a limited AD conversion speed, image sensors have conventionally been equipped with multiple operation modes specialized for specific imaging performance such as frame rate and resolution. A method has been proposed for selecting an optimal operation mode according to the characteristics of the device (Patent Document 2). For example, select a mode that suits the shooting scene, such as high frame rate/low resolution mode when capturing a fast-moving subject, and low frame rate/high resolution mode when capturing a high-definition subject with little movement. This is intended to substantially improve image quality.
しかしながら、従来のモード選択は、撮像素子(撮像領域)全体を特定の撮像性能に特化した動作モードとするものであった。モード選択機能を撮像素子に設けたとしても、一般の撮影シーンにおいて、同一撮像画面の中に複数の異なる特徴を持つ被写体が同時に映り込むことが想定される。特に360°映像などの広視野撮像を行う場合、同時に複数の特徴を持つ撮影シーンが混在することが想定されるため、この影響は顕著になる。このとき、例えば、画面内の移動速度の速い被写体に合わせて高フレームレートモードでの撮像を選択すると、同一画面内に同時に映り込む静止した高精細な被写体の精細度が低下してしまう。反対に、画面内の高精細な被写体に合わせて高解像度モードでの撮像を選択すると、移動速度の速い被写体がぼやけ、動きをとらえることができないという問題が生じる。 However, the conventional mode selection is to set the entire image sensor (imaging area) to an operation mode specialized for specific imaging performance. Even if a mode selection function is provided in an image sensor, it is assumed that in a general photographic scene, a plurality of objects having different characteristics are simultaneously captured on the same photographic screen. In particular, when wide-field imaging such as 360° video is performed, it is assumed that scenes having a plurality of characteristics are mixed at the same time, so this effect becomes significant. At this time, for example, if imaging in a high frame rate mode is selected in accordance with a fast-moving object within the screen, the definition of still, high-definition objects simultaneously reflected within the same screen will be reduced. On the other hand, if high-resolution mode is selected to capture a high-definition object on the screen, a problem arises in that fast-moving objects become blurred and the movement cannot be captured.
したがって、上記のような問題点に鑑みてなされた本発明の目的は、撮像領域ごとに局所的な高フレームレート撮影若しくは高解像度撮影による撮像を実現し、かつ、撮影モードの異なる領域の境界部分に生じうるアーティファクトを軽減し、画面全体の画質を向上させることが可能な撮像素子及び撮像装置を提供することにある。 Therefore, an object of the present invention, which has been made in view of the above-mentioned problems, is to realize local high frame rate photography or high resolution photography for each imaging area, and to capture images at boundaries between areas with different shooting modes. An object of the present invention is to provide an imaging element and an imaging device that can reduce artifacts that may occur in images and improve the image quality of the entire screen.
上記課題を解決するために本発明に係る撮像素子は、
(1)光電変換部を備えた画素を隣接する2×2画素ごとに1つの画素ブロックとし、前記画素ブロックにより構成される画素アレイと、前記画素ブロックの列に対応して設けられ、各画素ブロックの出力信号を読み出す列読出回路とを備え、前記画素ブロックごとに設定されたモード選択信号に応じて、1フレームごとに前記画素ブロックの4画素の光電変換部に蓄積された全ての電荷をビニングして読み出すか、前記画素ブロックの一つの画素の光電変換部に蓄積された複数フレーム分の電荷を1フレームごとに1画素ずつ順に読み出すか、を切り換える機能を有することを特徴とする。
In order to solve the above problems, an image sensor according to the present invention includes:
(1) One pixel block is provided for every 2×2 pixels adjacent to each other, and each pixel is provided corresponding to a pixel array constituted by the pixel blocks and a column of the pixel blocks. and a column readout circuit that reads out the output signal of the block, and reads all the charges accumulated in the photoelectric conversion units of the four pixels of the pixel block every frame according to the mode selection signal set for each pixel block. It is characterized by having a function of switching between reading out by binning or sequentially reading out charges for multiple frames accumulated in the photoelectric conversion section of one pixel of the pixel block one pixel at a time for each frame.
上記課題を解決するために本発明に係る撮像装置は、
(2)前記撮像素子と、前記撮像素子の出力信号に対して、前記モード選択信号に応じた演算を各画素ブロックに対応する出力信号ごとに行い、映像信号を生成する信号処理部と、を備えることを特徴とする。
In order to solve the above problems, an imaging device according to the present invention includes:
(2) the image sensor and a signal processing unit that performs an operation on the output signal of the image sensor according to the mode selection signal for each output signal corresponding to each pixel block to generate a video signal; It is characterized by being prepared.
(3)上記(2)の撮像装置は、前記信号処理部が、1フレームごとに前記画素ブロックの4画素の光電変換部に蓄積された全ての電荷をビニングして読み出した出力信号に基づいて、1フレームごとに信号を出力する高速撮影モードの映像信号を生成し、前記画素ブロックの一つの画素の光電変換部に蓄積された複数フレーム分の電荷を1フレームごとに1画素ずつ順に読み出した出力信号に基づいて、前記画素ブロックの画素に対応した解像度の高解像度撮影モードの映像信号を生成することが望ましい。 (3) In the imaging device of (2) above, the signal processing unit bins and reads out all charges accumulated in the photoelectric conversion units of the four pixels of the pixel block based on the output signal. , generated a video signal in a high-speed shooting mode that outputs a signal every frame, and sequentially read out charges for multiple frames accumulated in the photoelectric conversion section of one pixel of the pixel block one pixel at a time for each frame. It is desirable to generate a video signal in a high-resolution imaging mode with a resolution corresponding to the pixels of the pixel block based on the output signal.
(4)上記(2)又は(3)の撮像装置は、入射光を色ごとに分解するプリズムと、前記プリズムにより分解された色に対応して配置された複数の前記撮像素子と、前記モード選択信号に応じて前記撮像素子に駆動信号を出力する駆動信号生成部と、を備え、前記信号処理部は、複数の前記撮像素子の出力信号に対して、前記モード選択信号に応じた演算を各画素ブロックに対応する出力信号ごとに行い、映像信号を生成することが望ましい。 (4) The imaging device of (2) or (3) above includes a prism that separates incident light into each color, a plurality of the imaging elements arranged corresponding to the colors separated by the prism, and the mode a drive signal generation section that outputs a drive signal to the image sensor according to a selection signal, and the signal processing section performs an operation according to the mode selection signal on the output signals of the plurality of image sensors. It is desirable to perform this for each output signal corresponding to each pixel block to generate a video signal.
(5)上記(4)の撮像装置は、前記プリズムは4板プリズムであり、前記撮像素子は、Rch,G1ch,G2ch,Bchに対応して4個配置され、前記駆動信号生成部は、高解像度撮影モードの画素ブロックについて、複数の前記撮像素子の対応する画素ブロックが、出力する画素の位置を撮像素子ごとに互いにずらして出力するように制御することが望ましい。 (5) In the imaging device of (4) above, the prism is a four-plate prism, the four imaging elements are arranged corresponding to Rch, G1ch, G2ch, and Bch, and the drive signal generation section has a high Regarding the pixel blocks in the resolution photography mode, it is desirable that the corresponding pixel blocks of the plurality of image sensors are controlled so that the positions of the output pixels are shifted from each other for each image sensor.
(6)上記(4)又は(5)の撮像装置は、前記駆動信号生成部が、前記高解像度撮影モードの画素ブロックについて、複数の前記撮像素子の対応する画素ブロックが、合わせてベイヤー配列となる画素位置の信号を出力するように制御することが望ましい。 (6) In the imaging device according to (4) or (5) above, the drive signal generation unit determines that, for the pixel blocks in the high-resolution imaging mode, corresponding pixel blocks of the plurality of imaging elements are combined into a Bayer array. It is desirable to perform control to output a signal at a pixel position.
(7)上記(4)乃至(6)のいずれかの撮像装置は、前記信号処理部が、前記高解像度撮影モードにおいて、複数の前記撮像素子の1フレームごとに1画素ずつ順に読み出した出力信号を1フレームごとにデモザイク処理して映像信号を生成する方式、及び前記撮像素子の前記画素ブロックの各画素に対応する出力信号を4フレームごとに各画素位置の信号として集めて映像信号を生成する方式のいずれかを選択することが望ましい。 (7) In the imaging device according to any one of (4) to (6) above, the signal processing unit sequentially reads out one pixel per frame of the plurality of image sensors in the high resolution imaging mode. A method of generating a video signal by performing demosaic processing on each frame, and generating a video signal by collecting output signals corresponding to each pixel of the pixel block of the image sensor as a signal at each pixel position every four frames. It is desirable to select one of these methods.
(8)上記(4)乃至(7)のいずれかの撮像装置は、前記信号処理部が、前記高解像度撮影モードが選択された前記画素ブロックの内、少なくとも高速撮影モードの画素ブロックとの境界部分の前記画素ブロックを1フレームごとにデモザイク処理して映像信号を生成する方式とすることが望ましい。 (8) In the imaging device according to any one of (4) to (7) above, the signal processing unit detects a boundary between at least a pixel block in high-speed imaging mode among the pixel blocks in which the high-resolution imaging mode is selected. It is preferable that the pixel blocks of the portion be demosaiced frame by frame to generate a video signal.
本発明における撮像素子によれば、同一画面内に動きの速い被写体と高精細な被写体が同時に映り込むような撮像シーンにおいても、撮像領域ごとに局所的な高フレームレート撮影若しくは高解像度撮影を実現できる。また、本発明による撮像装置によれば、撮影モードの異なる領域の境界部分に生じうるアーティファクトを軽減し、画面全体の画質を向上させることができる。 According to the image sensor of the present invention, even in an imaging scene where a fast-moving object and a high-definition object are simultaneously captured on the same screen, local high frame rate imaging or high resolution imaging is realized for each imaging area. can. Further, according to the imaging device according to the present invention, it is possible to reduce artifacts that may occur at the boundary between areas in different shooting modes, and improve the image quality of the entire screen.
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(実施の形態)
図1は、本発明の一実施形態に係る撮像装置の構成例である。撮像装置は、レンズ10、4板プリズム20、フィードバック信号(モード選択信号)生成部30、駆動信号生成部40、各チャンネルの撮像素子100、及び、信号処理部50を備える。なお、フィードバック信号生成部30は、撮像装置と独立した装置として構成されてもよい。
(Embodiment)
FIG. 1 is a configuration example of an imaging device according to an embodiment of the present invention. The imaging device includes a
レンズ10は、被写体からの入射光を集光し、4板プリズム20に導く。4板プリズム20は、入射光を色ごとに分解し、R、G1、G2、Bの4チャンネル(ch)の光信号とする。G1、G2はビームスプリッタ等でG信号を2分割するなどして得られる同一の波長帯域を有するG信号である。フィードバック信号(モード選択信号)生成部30は、映像に応じたフィードバック信号(モード選択信号)Fを生成する。駆動信号生成部40は、フィードバック信号Fを受信し、各chの撮像素子100にフィードバック信号Fに応じた駆動信号(R、G1、G2、B)を出力する。
The
撮像素子100は、R、G1、G2、Bの各chの光信号に対応して4個配置される。各chの撮像素子100は、後述のとおり、2×2画素を単位として構成される撮像素子100であり、駆動信号生成部40から受信した駆動信号に基づいて被写体像を撮像素子出力信号に変換し、信号処理部50へ送信する。信号処理部50は、撮像素子出力信号(R、G1、G2、B)とフィードバック信号Fを受信し、映像信号を生成し出力する。
Four
本実施形態では、4板プリズム20を用いて、R、G1、G2、Bの4chに対応する4つの撮像素子100を使用しているが、本発明の撮像装置は、カラー映像を取得するための任意の光学系を採用することができる。なお、本実施形態では、R、G1、G2、Bの4chの映像信号を処理することにより、後述のとおり、既存のベイヤー配列に関する信号処理を利用することができる。
In this embodiment, four
以下に、各構成要素及び撮像装置の動作原理の詳細を述べる。 Below, details of each component and the operating principle of the imaging device will be described.
(1)撮像素子
図2は、本発明の一実施形態に係る撮像素子100の構成例である。撮像素子100は、画素アレイ110、行選択回路120、読出列制御回路130、及び列読出回路140を備えている。
(1) Image sensor FIG. 2 is a configuration example of an
画素アレイ110は、隣接する水平2画素×垂直2画素(2×2画素と略す。)を単位(以下「画素ブロック」という。)とする水平H個×垂直V個の画素ブロック111(水平2H個×垂直2V個の画素)で構成され、画素ブロック111ごとに制御することができる。本実施形態では、画素ブロック1列ごとに1本の信号読出し線PIXOUTと4本の読出列制御信号線(TXA~TXD)が垂直方向に配線される。読出列制御回路130は、読出列制御信号線(TXA~TXD)を制御し、信号読出し線PIXOUTは、それぞれの列に対応する列読出回路140(141,142・・・)に接続される。列読出回路140は、各画素ブロックの信号を読み出し、ADC、デジタルCDS等の信号処理を行う。また、画素ブロック1行ごとに行選択SL、転送ゲート制御TX、リセットRTの3種類の信号線が行選択回路120から水平に配線され、行選択回路120は、それらの信号線を垂直方向に走査して画素ブロック111を1行ずつ駆動する。
The
図3は、撮像素子100の画素ブロック111の回路構成の一例である。画素ブロック111は、4画素に対応する4個の光電変換部(本実施形態では、フォトダイオード)PD(A)~PD(D)を備える。4個のフォトダイオードPD(A)~PD(D)が、フローティングディフュージョン(FD)ノードを共有している。各フォトダイオードPDの電荷転送用トランジスタTGTのゲート電極には、転送動作制御用トランジスタTGCのソース・ドレイン端子を介して行選択回路120からの転送ゲート制御信号(TX信号)が入力される。転送動作制御用トランジスタTGCのゲート電極には、読出列制御信号線(TXA~TXD)が接続されており、PD(A)~PD(D)ごとに転送ゲート制御信号(TX信号)の有効/無効を切り替えることができる。フローティングディフュージョン(FD)ノードの電位は、電源PIXVDDに接続されたソースフォロアトランジスタSFTのゲート電極に入力される。行選択信号(SL信号)によって制御される選択トランジスタSLTが導通することにより、ソースフォロアトランジスタSFTの出力信号が信号読出し線PIXOUTに出力される。なお、リセットトランジスタRTTは、リセット信号(RT信号)によって制御され、導通することにより、フローティングディフュージョンFDに蓄積した電荷を排出する。
FIG. 3 is an example of a circuit configuration of the
図4は、画素ブロック111の各読出動作における駆動信号のタイミングチャートの例である。画素ブロック111は、5種類の読出動作を有する。各読出動作(TXF,TXA,TXB,TXC,TXD)に対応する図4の各タイミングチャートは、1フレームにおいて1つの画素ブロック行が選択されている時間(1/ff/V秒)内の各信号を示している。
FIG. 4 is an example of a timing chart of drive signals in each readout operation of the
行選択信号(SL信号)は各読出動作で共通であり、画素ブロック行が選択されている期間(1/ff/V秒)常に選択トランジスタSLTを導通させるレベル(本実施形態では、各トランジスタを導通させる信号をHighとする。)となる。また、リセット信号(RT信号)も各読出動作で共通であり、フォトダイオードPDの読み出しが行われる(電荷転送用トランジスタTGTが導通する)前のいずれかのタイミングでHighとなり、フローティングディフュージョンFDの電荷を排出する。 The row selection signal (SL signal) is common to each readout operation, and is at a level that always makes the selection transistor SLT conductive during the period when a pixel block row is selected (1/f f /V seconds) (in this embodiment, each transistor The signal that makes it conductive is High.). In addition, the reset signal (RT signal) is common to each readout operation, and becomes High at some timing before the photodiode PD is read out (charge transfer transistor TGT conducts), and the charge of the floating diffusion FD is discharge.
読出動作TXFは、高速撮影(高フレームレート撮影)時に使用される読出動作であり、所定のタイミングで、転送ゲート制御信号(TX信号)と、4つのフォトダイオードPD(A)~PD(D)の転送動作制御用トランジスタTGCの制御信号(TXA~TXD)が全てHighとなる。したがって、読出動作TXFでは、全てのフォトダイオードPD(A)~PD(D)の電荷(ここでは、1フレーム期間に蓄積した電荷)が、フローティングディフュージョンFDに読み出される。こうして、フレームごとに画素ブロック111の4画素の光電変換部に蓄積された全ての電荷をビニングして読み出すことができる。
Readout operation TXF is a readout operation used during high-speed shooting (high frame rate shooting), and at a predetermined timing, a transfer gate control signal (TX signal) and four photodiodes PD(A) to PD(D) are read out. The control signals (TXA to TXD) of the transfer operation control transistor TGC all become High. Therefore, in the read operation TXF, the charges of all the photodiodes PD(A) to PD(D) (here, the charges accumulated during one frame period) are read out to the floating diffusion FD. In this way, all charges accumulated in the photoelectric conversion sections of the four pixels of the
読出動作TXAは、高解像度撮影時に使用される読出動作であり、所定のタイミングで、転送ゲート制御信号(TX信号)と、1つのフォトダイオードPD(A)の転送動作制御用トランジスタTGCの制御信号(TXA)がHighとなる。したがって、読出動作TXAでは、フォトダイオードPD(A)のみの電荷が、フローティングディフュージョンFDに読み出される。なお、この期間、他のフォトダイオードPD(B)~PD(D)は、光電荷の蓄積を続ける。後述のとおり、読出動作TXA~TXDは順に行われ、4フレームごとに読出動作TXAが行われることから、本読出動作では、4フレーム期間に蓄積されたフォトダイオードPD(A)の電荷が読み出される。 The readout operation TXA is a readout operation used during high-resolution imaging, and at a predetermined timing, a transfer gate control signal (TX signal) and a control signal for the transfer operation control transistor TGC of one photodiode PD(A) are read out. (TXA) becomes High. Therefore, in the read operation TXA, the charge of only the photodiode PD(A) is read out to the floating diffusion FD. Note that during this period, the other photodiodes PD(B) to PD(D) continue to accumulate photocharges. As described later, the read operations TXA to TXD are performed in order, and the read operation TXA is performed every 4 frames, so in this read operation, the charge of the photodiode PD(A) accumulated during the 4 frame period is read out. .
読出動作TXBは、高解像度撮影時に使用される読出動作であり、所定のタイミングで、転送ゲート制御信号(TX信号)と、1つのフォトダイオードPD(B)の転送動作制御用トランジスタTGCの制御信号(TXB)がHighとなる。したがって、読出動作TXBでは、フォトダイオードPD(B)のみの電荷(ここでは、4フレーム期間に蓄積した電荷)が、フローティングディフュージョンFDに読み出される。なお、この期間、他のフォトダイオードPD(A)、PD(C)、PD(D)は、光電荷の蓄積を続ける。 The readout operation TXB is a readout operation used during high-resolution imaging, and at a predetermined timing, a transfer gate control signal (TX signal) and a control signal for the transfer operation control transistor TGC of one photodiode PD(B) are read out. (TXB) becomes High. Therefore, in the read operation TXB, the charge of only the photodiode PD(B) (here, the charge accumulated over four frame periods) is read out to the floating diffusion FD. Note that during this period, the other photodiodes PD(A), PD(C), and PD(D) continue to accumulate photocharges.
読出動作TXCは、高解像度撮影時に使用される読出動作であり、所定のタイミングで、転送ゲート制御信号(TX信号)と、1つのフォトダイオードPD(C)の転送動作制御用トランジスタTGCの制御信号(TXC)がHighとなる。したがって、読出動作TXCでは、フォトダイオードPD(C)のみの電荷(ここでは、4フレーム期間に蓄積した電荷)が、フローティングディフュージョンFDに読み出される。なお、この期間、他のフォトダイオードPD(A)、PD(B)、PD(D)は、光電荷の蓄積を続ける。 The readout operation TXC is a readout operation used during high-resolution imaging, and at a predetermined timing, a transfer gate control signal (TX signal) and a control signal for the transfer operation control transistor TGC of one photodiode PD(C) are read out. (TXC) becomes High. Therefore, in the read operation TXC, the charge of only the photodiode PD(C) (here, the charge accumulated over four frame periods) is read out to the floating diffusion FD. Note that during this period, the other photodiodes PD(A), PD(B), and PD(D) continue to accumulate photocharges.
読出動作TXDは、高解像度撮影時に使用される読出動作であり、所定のタイミングで、転送ゲート制御信号(TX信号)と、1つのフォトダイオードPD(D)の転送動作制御用トランジスタTGCの制御信号(TXD)がHighとなる。したがって、読出動作TXDでは、フォトダイオードPD(D)のみの電荷(ここでは、4フレーム期間に蓄積した電荷)が、フローティングディフュージョンFDに読み出される。なお、この期間、他のフォトダイオードPD(A)~PD(C)は、光電荷の蓄積を続ける。 The readout operation TXD is a readout operation used during high-resolution imaging, and at a predetermined timing, a transfer gate control signal (TX signal) and a control signal for the transfer operation control transistor TGC of one photodiode PD(D) are read out. (TXD) becomes High. Therefore, in the read operation TXD, the charge of only the photodiode PD(D) (here, the charge accumulated over four frame periods) is read out to the floating diffusion FD. Note that during this period, the other photodiodes PD(A) to PD(C) continue to accumulate photocharges.
なお、フィードバック信号を高速撮影モードから高解像度撮影モードに切り換えた直後は、各画素に蓄積された電荷は4フレーム期間に満たない場合があるが、高解像度撮影モードの定常状態においては、読出動作TXA~TXDが順に繰り返され、各画素から4フレーム分の電荷が読み出される。 Immediately after switching the feedback signal from high-speed imaging mode to high-resolution imaging mode, the charge accumulated in each pixel may be less than 4 frame periods, but in the steady state of high-resolution imaging mode, the readout operation TXA to TXD are repeated in order, and charges for four frames are read out from each pixel.
図5は、撮像素子100のある列の動作タイミングの一例である。この図は、1つのチャンネル(例えば、Rch)の撮像素子100のある特定の画素ブロック列(k列目)に対して、m1行目からm2行目のみ高解像度撮影行い、その他の行は高速撮影を行う場合の動作タイミングを一例として示している。図5は、横軸が時間軸であり、縦軸が行の位置であって、斜めのラインは、各時点でどの行が何の読出動作で動作しているかを示している。
FIG. 5 is an example of the operation timing of a certain column of the
行選択回路120は、1フレームの期間Tf=1/ff(秒)に画素ブロック1行目からV行目までの走査を行う。読出列制御回路130からの制御信号TXA~TXDは、図4に示すように4フレーム周期(f1~f4)でフレームごとに異なる。すなわち、m1からm2行目までの読出動作において、第1フレーム(f1)では読出動作TXA、第2フレーム(f2)では読出動作TXB、第3フレーム(f3)では読出動作TXC、第4フレーム(f4)では読出動作TXDを行い、その他の行の読出し動作ではフレームに関わらず読出動作TXFを行う。
The
上記動作を行うことでm1からm2行目までは画素ブロック111の一つの画素の光電変換部に蓄積された複数フレーム分の電荷が、1フレームごとに1画素ずつ順に読み出される。すなわち、フォトダイオードPD(A)~PD(D)に蓄積される電荷それぞれに対して、露光時間が4/ffとなる映像信号を得られるため、画素に対応した解像度の高解像度映像が実現される。
By performing the above operation, charges for a plurality of frames accumulated in the photoelectric conversion unit of one pixel of the
その他の行ではフォトダイオードPD(A)~PD(D)に蓄積される電荷はビニングされ、画素ブロック111ごとにフレームレートffの映像信号が得られるため、高速(高フレームレート)撮影が実現される。
In other rows, the charges accumulated in the photodiodes PD(A) to PD(D) are binned, and a video signal with a frame rate f f is obtained for each
図5ではm1からm2行目までを高解像度モードで撮影する場合を例示したが、行ごとに動作モードは任意に指定でき、かつ列ごとに独立して動作モードを設定できるため、2×2画素の画素ブロック111を単位として高解像度撮影と高速撮影の動作モードを自由に設定することができる。すなわち、撮像素子100は、画素ブロック111ごとに、フィードバック信号(モード選択信号)Fに応じて、高速撮影と高解像度撮影を切り換える機能を有する。
In Figure 5, an example is shown in which images are taken in high resolution mode from m1 to m2 rows, but since the operation mode can be arbitrarily specified for each row and can be set independently for each column, two The operation modes of high-resolution photography and high-speed photography can be freely set for each pixel block 111 of ×2 pixels. That is, the
(2)フィードバック信号(モード選択信号)生成部
フィードバック信号(モード選択信号)生成部30は、フィードバック信号Fを出力する。なお、フィードバック信号Fは、各画素ブロックの動作モードを選択(指定)する信号であり、モード選択信号ということがある。フィードバック信号Fは、例えば、画素ブロック111の配列に対応するV行H列の配列であらわされ、配列の要素Fmnの値によって高速撮影を行うか、高解像度撮影を行うかを画素ブロック111ごとに指定する。すなわち要素Fmnにより、m行n列目の画素ブロック111の動作モードを指定できる。本実施形態では一例として、Fmn=0のとき高速撮影、Fmn=1のとき高解像度撮影と定義するが、モード指定の定義はこれに限られない。
(2) Feedback signal (mode selection signal) generation unit The feedback signal (mode selection signal)
フィードバック信号Fの要素Fmnの生成手法は、本発明において限定されない。ただし、実効的な画質を向上させるためには、静止した物体を高解像度撮影、動体を高速撮影で行うことが望ましい。例えば被写体の動き推定等を用いて映像の各領域の特徴(動き)を取得し、この特徴に基づく適切な動作モードを、フィードバック信号Fとして撮像素子100にフィードバックすることが望ましい。また、本実施形態では、図5に示すように高解像度撮影では、4つの読出動作TXA~TXDをセットとして映像信号を取得することから、要素Fmnは4フレームに1回の周期で更新されることが望ましい。
The method of generating the element F mn of the feedback signal F is not limited in the present invention. However, in order to improve the effective image quality, it is desirable to capture static objects at high resolution and capture moving objects at high speed. For example, it is desirable to obtain the characteristics (movement) of each region of the image using motion estimation of the subject, and to feed back an appropriate operation mode based on the characteristics to the
図1に示すように、フィードバック信号(モード選択信号)生成部30は、各chの撮像素子100を制御する駆動信号生成部40と信号処理部50に同一のフィードバック信号Fを供給する。なお、フィードバック信号生成部30は、撮像装置の外部に設けられてもよい。さらに、フィードバック信号は生成部30を設けることに代えて、外部信号として入力してもよいし、手動等で自由に設定することとしてもよい。
As shown in FIG. 1, the feedback signal (mode selection signal)
フィードバック信号Fの生成手法は、さらに、以下(a)~(c)に示すような手法が考えられる。 Further possible methods for generating the feedback signal F include the following methods (a) to (c).
(a)ユーザーが任意に設定した値を固定値若しくはある更新頻度で更新される値として入力する。例えば、静止物、動きのある物体等の位置が画面上固定されていれば、その領域のモードを固定値としてフィードバック信号を設定できる。 (a) A value arbitrarily set by the user is input as a fixed value or a value that is updated at a certain update frequency. For example, if the position of a stationary object, a moving object, etc. is fixed on the screen, a feedback signal can be set using the mode of that area as a fixed value.
(b)距離センサで取得した被写体の位置・位置情報とレンズパラメータ(フォーカス位置・焦点距離・f値)などから画面の注目領域やフォーカス合焦領域、被写体移動速度等を判断し、その結果をもとにリアルタイムにフィードバック信号を生成する。 (b) Determine the area of interest on the screen, focus area, subject movement speed, etc. from the subject's position/location information acquired by the distance sensor and lens parameters (focus position, focal length, f-number), etc., and display the results. A feedback signal is generated in real time based on the
(c)オブジェクト認識等の画像解析技術を用いて被写体ごとに領域を分け、それぞれの被写体の特性(推定される空間周波数成分や移動速度)に応じた適切なFmnを自動で与える。例えば、画像解析により被写体が何であるかを認識して、被写体が動くものであれば高速撮影モード、動かないものであれば高解像度撮影モードを各領域に自動的に設定する。 (c) Using image analysis technology such as object recognition, regions are divided for each subject, and an appropriate F mn is automatically given according to the characteristics of each subject (estimated spatial frequency components and moving speed). For example, by recognizing the subject through image analysis, high-speed photography mode is automatically set for each area if the subject is moving, and high-resolution photography mode is automatically set for each area if the subject is stationary.
なお、フィードバック信号Fは4フレームに1回の周期で更新することが望ましいが、被写体の移動速度や撮影シーンの時間変化速度に応じて適切な更新周期を選択してよい。 Although it is preferable that the feedback signal F be updated once every four frames, an appropriate update period may be selected depending on the moving speed of the subject and the speed of change over time of the photographed scene.
図6は、フィードバック信号Fと対応する画素ブロック111の出力信号の例である。ここでは、1つの撮像素子(例えば、Rch)のフィードバック信号Fによる制御を示している。図6(a)は、フィードバック信号(モード選択信号)Fの一例である。フィードバック信号Fの要素Fmnが0若しくは1の値をとることによって、画素アレイ110の画素ブロック111が動作モードの異なる2種類の撮像領域に分けられる。
FIG. 6 is an example of the output signal of the
図6(b)は、各フレーム(f1~f4)における各画素ブロックの出力信号を示す。フィードバック信号F(要素Fmn)が0の領域では、フレームごとに、露光時間が1/ffのPD(A)~PD(D)に蓄積した電荷をビニングした信号が得られるため、局所的な高フレームレート撮像(高速撮影)が実現できる。要素Fmnが1の領域は、フレームごとに図示した画素位置の信号が出力される。すなわち、露光時間が4/ffの各フォトダイオードPD(A)~PD(D)に蓄積した電荷信号をそれぞれ独立に、フレームごとに取得できるため、局所的な高解像度撮影を実現することができる。 FIG. 6(b) shows the output signal of each pixel block in each frame (f 1 to f 4 ). In the region where the feedback signal F (element F mn ) is 0, a signal obtained by binning the charges accumulated in PD(A) to PD(D) with an exposure time of 1/ ff is obtained for each frame, so that the local High frame rate imaging (high-speed shooting) can be achieved. In the area where the element F mn is 1, a signal at the pixel position shown in the figure is output for each frame. In other words, the charge signals accumulated in each photodiode PD(A) to PD(D) with an exposure time of 4/f f can be acquired independently for each frame, making it possible to achieve local high-resolution imaging. can.
以上のとおり、本実施形態に係る撮像素子100によれば、解像度若しくはフレームレートのうちどちらの性能を優先するかを、フィードバック信号(モード選択信号)Fによって画素ブロック111ごとに指定することができる。したがって、同一画面内に動きの速い被写体と高精細な被写体が同時に映り込むような撮像シーンにおいても局所的な高フレームレート撮影若しくは高解像度撮影を実現することで、画面全体の画質を向上させることができる。
As described above, according to the
(3)駆動信号生成部
駆動信号生成部40は、図1に示すように、フィードバック信号(モード選択信号)Fを受信し、各chの撮像素子100にフィードバック信号Fに応じた駆動信号(R、G1、G2、B)を出力する。駆動信号(R、G1、G2、B)は、各chの撮像素子100の各画素ブロック111の動作モード(読出動作)を制御する。
(3) Drive Signal Generation Unit As shown in FIG. 1, the drive
以下、カラー画像全体の画質を向上させるための、各chの制御について説明する。 The control of each channel to improve the image quality of the entire color image will be described below.
図7は、フレーム期間f1~f4ごとの各chの出力動作の一例を示している。ここでは、特定の画素ブロック111について、各フレームでどの画素(光電変換部)の出力がなされるか、各ch(R、G1、G2、B)の関係が示されている。フィードバック信号(モード選択信号)Fは全chで共通であるので、各chの対応する位置の画素ブロック111は、撮影モード(高速撮影又は高解像度撮影)が一致している。ただし、高解像度撮影モードのとき、駆動信号生成部40は、各chの撮像素子100の対応する画素ブロック111が、互いに異なる読出動作(TXA~TXD)で動作するように、駆動信号(R、G1、G2、B)により制御する。
FIG. 7 shows an example of the output operation of each channel for each frame period f 1 to f 4 . Here, for a
高速撮影モードの画素ブロック111では、図7(a)に示すように、全chで読出動作TXFによる読出しを行う。すなわち、フレーム期間f1~f4ごとに、全chの画素ブロック111から、露光時間1/ffのPD(A)~PD(D)に蓄積した電荷をビニングした信号が出力される。
In the
高解像度撮影モードの画素ブロック111では、図7(b)に示すように、各フレーム期間f1~f4で、各ch(R、G1、G2、B)の読出動作TXA~TXDが異なっている。したがって、各フレーム期間f1~f4で、各chで互いに位置の異なるフォトダイオードPD(A)~PD(D)に蓄積した電荷信号(露光時間が4/ffの電荷信号)が読み出される。駆動信号生成部40の制御により、各chは、フレーム期間f1~f4における読出動作TXA~TXDの位相が互いにずれた読み出しを行う。
In the
なお、高解像度撮影モードの各フレーム期間f1~f4において、各chから出力される信号は、画素位置がずれているが、露光期間は同一であり、全ch(R、G1、G2、B)の出力信号を組み合わせたとき、ベイヤー配列の画像と等価の画像が得られる。 In addition, in each frame period f 1 to f 4 of the high-resolution shooting mode, the pixel positions of the signals output from each channel are shifted, but the exposure period is the same, and all channels (R, G1, G2, When the output signals of B) are combined, an image equivalent to a Bayer array image is obtained.
(4)信号処理部
信号処理部50は、撮像素子100の撮像素子出力信号及びフィードバック信号(モード選択信号)Fを受信し、信号Fの要素Fmnにより指定されたm行n列目画素ブロックの動作モードに基づいて、撮像素子100の各画素ブロックに対応する出力信号に対し、信号Fに応じた演算を行い、映像信号を生成する。信号処理の具体例について、以下に説明する。
(4) Signal Processing Unit The
(i)Fmn=0 (高速撮影)のとき
信号処理部50は、各chの撮像素子100から出力される当該画素ブロック(m行n列の画素ブロック)の出力信号を、そのまま高速撮影映像信号として出力する。すなわち、光電変換部PD(A)~PD(D)に蓄積した電荷をビニングした露光時間1/ffの信号を、解像度V×H画素、フレームレートffの信号として出力する。なお、信号処理部50は、さらに、当該信号を表示装置に対応した映像信号に適宜変換することができる。例えば、信号処理部50は、当該画素ブロックの出力信号に対し、2V×2H画素の表示装置に表示するために、任意のアップコンバート処理を適用することができる。
(i) When F mn = 0 (high-speed shooting) The
(ii)Fmn=1 (高解像度撮影)のとき
各chの撮像素子100からは、図7(b)に示される画素に対応する信号が出力される。したがって、当該画素ブロック(m行n列の画素ブロック)からは、カラー信号として、図8、図9で示すように単板式カメラのベイヤー配列のカラーフィルタを用いたときに得られる画像信号と同様の信号が1/ffの周期で取得される。信号処理部50は、得られた信号に対して以下に示す(a)アーティファクト軽減方式、若しくは(b)フル解像度方式のいずれかの方式を選択して信号処理を行うことで映像信号を生成する。
(ii) When F mn =1 (high resolution imaging) The
(a)アーティファクト軽減方式
図8は、アーティファクト軽減方式の信号処理の一例を説明する図である。信号処理部50は、各フレーム期間f1~f4において出力されるベイヤー配列に相当する4chの信号に対して、フレームごとにデモザイク(デモザイキング)処理を行い、露光時間4/ff、フレームレートff、解像度2H×2Vの映像信号を生成する。デモザイク処理のアルゴリズムは、任意の処理を用いることができ、限定されない。この場合、ベイヤー配列の画像(全画素に対し、R,Bは1/4、Gは1/2)からデモザイク処理により全chの全画素の画素値を推定するため、厳密な高精細映像ではないが、その代わりにフレームレートffの高フレームレートの映像が得られる。すなわち、この方式で得られた映像は、高速撮影と高解像度撮影の中間的な位置づけとなる。
(a) Artifact Reduction Method FIG. 8 is a diagram illustrating an example of signal processing of the artifact reduction method. The
ここで、各フレーム期間で得られるR、G1、G2、Bの各chの信号は、露光期間が一致しており、動きのある被写体に対しても、画像位置のずれがない。したがって、各フレーム期間の全chの信号をデモザイク処理して得られた映像は、アーティファクトの発生が軽減される。 Here, the signals of R, G1, G2, and B channels obtained in each frame period have the same exposure period, and there is no deviation in image position even for a moving subject. Therefore, the occurrence of artifacts is reduced in the video obtained by demosaicing the signals of all channels in each frame period.
(b)フル解像度方式
図9は、フル解像度方式の信号処理の一例を説明する図である。信号処理部50は、フレーム期間f1~f4において出力されるベイヤー配列状の信号から、フレームメモリ等を用いてchごと(R、G1、G2、Bごと)に光電変換部PD(A)~PD(D)信号値を取り出して集めることで、露光時間4/ff、フレームレートff/4、解像度2H×2Vの画像を生成する。得られた画像のうち同じ位置のG1とG2の信号は、加算平均することでG信号を得る。上記の信号処理により、フル解像度のRGB信号が映像信号として生成される。この方式により、静止した被写体に対して、鮮明な高解像度の映像が得られる。
(b) Full resolution method FIG. 9 is a diagram illustrating an example of signal processing using the full resolution method. The
上記の2つの方式の選択について、補足説明する。(b)のフル解像度方式により映像信号を取得した場合、光電変換部PD(A)~PD(D)の露光時間の中心位置にそれぞれ1/ffずつの差異があるため、被写体が静止している場合は問題とならないが、被写体が少しでも動くと露光時間のずれと被写体の動きに起因したアーティファクトが発生し、著しく画質を劣化させてしまう問題が生じる。このアーティファクトは、例えば被写体の動き推定を用いて領域ごとのモード指定を行う場合、動き推定の誤差が生じやすい高速撮影モードと高解像度撮影モードの境界部分で発生しやすい。本実施形態では、(b)方式の信号処理において上記のような事態が発生した際の対策手法として、(a)のアーティファクト軽減方式の信号処理を用いることで、アーティファクトの発生による著しい画質劣化を抑制することができる。 A supplementary explanation will be given regarding the selection of the above two methods. When a video signal is acquired using the full resolution method in (b), there is a difference of 1/f f in the center position of the exposure time of the photoelectric conversion units PD(A) to PD(D), so the subject may be stationary. This is not a problem if the subject moves even slightly, but if the subject moves even slightly, artifacts due to the exposure time shift and subject movement will occur, causing a problem that will significantly degrade the image quality. For example, when specifying a mode for each region using subject motion estimation, this artifact tends to occur at the boundary between the high-speed shooting mode and the high-resolution shooting mode, where errors in motion estimation tend to occur. In this embodiment, as a countermeasure when the above situation occurs in the signal processing of the method (b), by using the signal processing of the artifact reduction method of (a), it is possible to prevent significant image quality deterioration due to the occurrence of artifacts. Can be suppressed.
(a)方式と(b)方式の選択は、信号処理部50にどちらの方式を選択するかの信号を入力してもよいし、高解像度撮影モードが選択された領域の内、少なくとも高速撮影モードの領域との境界部分の画素ブロックを(a)アーティファクト軽減方式とし、他の領域を(b)フル解像度方式として、自動的に方式を選択するように設定してもよい。さらに、(a)方式と(b)方式の選択は、高解像度撮影モードによる撮影を行った後に行うことができるため、例えば、撮像素子100からの出力信号をメモリ等に保存しておき、それぞれの方式による生成画像を比較して、好ましいと判断される信号処理方式を選択してもよい。
The selection of the (a) method and (b) method may be made by inputting a signal to the
上記のとおり、本実施形態の撮像装置によれば、撮像領域ごとに局所的な高フレームレート撮影若しくは高解像度撮影による撮像を実現し、かつ撮影モードの異なる領域の境界部分に生じうるアーティファクトを軽減し、画面全体の画質を向上させることができる。 As described above, according to the imaging device of the present embodiment, it is possible to achieve local high frame rate shooting or high resolution shooting for each imaging area, and reduce artifacts that may occur at the boundaries between areas with different shooting modes. This can improve the overall image quality of the screen.
(実施形態の変形例)
本実施形態の撮像素子100は、次のような変形例として構成してもよい。
(Modified example of embodiment)
The
・制御単位の変形例
図2では、画素ブロックの制御単位は、最小の場合としてフローティングディフュージョンFDを共有する画素(2×2画素)とする場合を例示したが、制御単位の大きさは任意である。例えば8×8画素(4×4画素ブロック)を制御単位とすれば、読出列制御信号線(TXA~TXD)の本数が1/4に削減できる。また、転送動作制御用トランジスタTGCを4×4画素ブロックで共有することができ、それらの個数を1/16に削減できることから、画素面積の大幅な縮小ができる。
- Modified example of control unit In Figure 2, the control unit of a pixel block is illustrated as a minimum case of pixels (2 x 2 pixels) that share a floating diffusion FD, but the size of the control unit can be arbitrary. be. For example, if 8×8 pixels (4×4 pixel block) is used as a control unit, the number of readout column control signal lines (TXA to TXD) can be reduced to 1/4. Further, the transfer operation control transistor TGC can be shared by 4×4 pixel blocks, and the number of transistors can be reduced to 1/16, so the pixel area can be significantly reduced.
・列読出回路の変形例
図2に示す実施形態では、画素アレイ110の下側にH個の列読出回路140を設け、画素ブロック列に対して並列に列読出回路を接続していたが、画素ブロック列に対する列読出回路の並列数は任意である。すなわち、1画素ブロック列に対応して2個の列読出回路(全体で2H個)を設ければ、1個の列読出回路140で処理する画素ブロック111の数が半数となる。また、さらに多くの列読出回路を設けることもできる。これにより、ADCの処理時間を十分にとることができ、ADCの性能向上を図ることができる。
- Modified Example of Column Readout Circuit In the embodiment shown in FIG. 2, H
また、上記の実施の形態では、撮像素子及び撮像装置の構成と動作について説明したが、本発明はこれに限らず、映像信号を生成する撮像方法として構成されてもよい。すなわち、図1のデータの流れに従って、撮像装置の各ブロックにより高速撮影又は高解像度撮影の映像信号を生成する方法として構成されても良い。 Further, in the above embodiments, the configuration and operation of the image sensor and the image capturing apparatus have been described, but the present invention is not limited to this, and may be configured as an image capturing method that generates a video signal. That is, the present invention may be configured as a method of generating a video signal for high-speed imaging or high-resolution imaging using each block of the imaging device according to the data flow shown in FIG.
上述の実施形態は代表的な例として説明したが、本発明の趣旨及び範囲内で、多くの変更及び置換ができることは当業者に明らかである。したがって、本発明は、上述の実施形態によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形又は変更が可能である。例えば、実施形態に記載の各ブロック、各ステップ等に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の構成ブロック、ステップ等を1つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。 Although the embodiments described above have been described as representative examples, it will be apparent to those skilled in the art that many modifications and substitutions can be made within the spirit and scope of the invention. Therefore, the present invention should not be construed as being limited to the above-described embodiments, and various modifications and changes can be made without departing from the scope of the claims. For example, functions included in each block, each step, etc. described in the embodiments can be rearranged so as not to be logically contradictory, and multiple constituent blocks, steps, etc. can be combined into one, or divided into one. It is possible to do so.
10 レンズ
20 4板プリズム
30 フィードバック信号生成部
40 駆動信号生成部
50 信号処理部
100 撮像素子
110 画素アレイ
111 画素ブロック
120 行選択回路
130 読出列制御回路
140 列読出回路
10
Claims (8)
前記画素ブロックの列に対応して設けられ、各画素ブロックの出力信号を読み出す列読出回路とを備え、
前記画素ブロックごとに設定されたモード選択信号に応じて、1フレームごとに前記画素ブロックの4画素の光電変換部に蓄積された全ての電荷をビニングして読み出すか、前記画素ブロックの一つの画素の光電変換部に蓄積された複数フレーム分の電荷を1フレームごとに1画素ずつ順に読み出すか、を切り換える機能を有する、撮像素子。 A pixel array constituted by the pixel blocks, in which each 2×2 adjacent pixel includes a pixel including a photoelectric conversion unit, and one pixel block is formed of the pixel block;
a column readout circuit that is provided corresponding to the column of the pixel block and reads out an output signal of each pixel block;
Depending on the mode selection signal set for each pixel block, all charges accumulated in the photoelectric conversion units of the four pixels of the pixel block are binned and read out for each frame, or one pixel of the pixel block is binned and read out. An image sensor having a function of switching between sequentially reading out charges for multiple frames, one pixel at a time, for each frame.
前記撮像素子の出力信号に対して、前記モード選択信号に応じた演算を各画素ブロックに対応する出力信号ごとに行い、映像信号を生成する信号処理部と、
を備える、撮像装置。 An image sensor according to claim 1;
a signal processing unit that performs an operation according to the mode selection signal on the output signal of the image sensor for each output signal corresponding to each pixel block, and generates a video signal;
An imaging device comprising:
前記信号処理部は、1フレームごとに前記画素ブロックの4画素の光電変換部に蓄積された全ての電荷をビニングして読み出した出力信号に基づいて、1フレームごとに信号を出力する高速撮影モードの映像信号を生成し、
前記画素ブロックの一つの画素の光電変換部に蓄積された複数フレーム分の電荷を1フレームごとに1画素ずつ順に読み出した出力信号に基づいて、前記画素ブロックの画素に対応した解像度の高解像度撮影モードの映像信号を生成する、撮像装置。 The imaging device according to claim 2,
The signal processing section outputs a signal for each frame based on an output signal read out by binning all the charges accumulated in the photoelectric conversion sections of the four pixels of the pixel block for each frame. generates a video signal of
High-resolution imaging with a resolution corresponding to the pixel of the pixel block is performed based on an output signal that sequentially reads out charges for multiple frames stored in the photoelectric conversion unit of one pixel of the pixel block, one pixel at a time for each frame. An imaging device that generates a mode video signal.
入射光を色ごとに分解するプリズムと、
前記プリズムにより分解された色に対応して配置された複数の前記撮像素子と、
前記モード選択信号に応じて前記撮像素子に駆動信号を出力する駆動信号生成部と、
を備え、
前記信号処理部は、複数の前記撮像素子の出力信号に対して、前記モード選択信号に応じた演算を各画素ブロックに対応する出力信号ごとに行い、映像信号を生成する、撮像装置。 The imaging device according to claim 2 or 3,
A prism that separates incident light into each color,
a plurality of the imaging elements arranged corresponding to the colors separated by the prism;
a drive signal generation unit that outputs a drive signal to the image sensor according to the mode selection signal;
Equipped with
The signal processing unit may perform an operation according to the mode selection signal on the output signals of the plurality of image sensors for each output signal corresponding to each pixel block, and generate a video signal.
前記プリズムは4板プリズムであり、
前記撮像素子は、Rch,G1ch,G2ch,Bchに対応して4個配置され、
前記駆動信号生成部は、高解像度撮影モードの画素ブロックについて、複数の前記撮像素子の対応する画素ブロックが、出力する画素の位置を撮像素子ごとに互いにずらして出力するように制御する、撮像装置。 The imaging device according to claim 4,
The prism is a four-plate prism,
The four image sensors are arranged corresponding to Rch, G1ch, G2ch, and Bch,
The drive signal generation unit controls the pixel blocks in the high-resolution imaging mode so that corresponding pixel blocks of the plurality of image sensors output the pixels by shifting the position of the output pixel for each image sensor. .
前記駆動信号生成部は、前記高解像度撮影モードの画素ブロックについて、複数の前記撮像素子の対応する画素ブロックが、合わせてベイヤー配列となる画素位置の信号を出力するように制御する、撮像装置。 The imaging device according to claim 5,
The drive signal generation unit controls the pixel blocks in the high-resolution imaging mode to output signals at pixel positions where corresponding pixel blocks of the plurality of image sensors collectively form a Bayer array.
前記信号処理部は、前記高解像度撮影モードにおいて、複数の前記撮像素子の1フレームごとに1画素ずつ順に読み出した出力信号を1フレームごとにデモザイク処理して映像信号を生成する方式、及び前記撮像素子の前記画素ブロックの各画素に対応する出力信号を4フレームごとに各画素位置の信号として集めて映像信号を生成する方式のいずれかを選択する、撮像装置。 The imaging device according to claim 6,
The signal processing unit includes a method of generating a video signal by performing demosaic processing on a frame-by-frame basis on output signals sequentially read out one pixel per frame from the plurality of image sensors in the high-resolution shooting mode; An imaging device that selects one of the methods of generating a video signal by collecting output signals corresponding to each pixel of the pixel block of the element as a signal at each pixel position every four frames.
前記信号処理部は、前記高解像度撮影モードが選択された前記画素ブロックの内、少なくとも高速撮影モードの画素ブロックとの境界部分の前記画素ブロックを1フレームごとにデモザイク処理して映像信号を生成する方式とする、撮像装置。
The imaging device according to claim 7,
The signal processing unit generates a video signal by performing demosaic processing on a frame-by-frame basis at least at a boundary portion of the pixel block with a pixel block in the high-speed imaging mode among the pixel blocks in which the high-resolution imaging mode is selected. An imaging device that uses a method.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2022103007A JP2024003688A (en) | 2022-06-27 | 2022-06-27 | Imaging element and imaging device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2022103007A JP2024003688A (en) | 2022-06-27 | 2022-06-27 | Imaging element and imaging device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2024003688A true JP2024003688A (en) | 2024-01-15 |
Family
ID=89534058
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2022103007A Pending JP2024003688A (en) | 2022-06-27 | 2022-06-27 | Imaging element and imaging device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2024003688A (en) |
-
2022
- 2022-06-27 JP JP2022103007A patent/JP2024003688A/en active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5163935B2 (en) | Image sensor | |
US8059174B2 (en) | CMOS imager system with interleaved readout for providing an image with increased dynamic range | |
JP5319347B2 (en) | Imaging apparatus and control method thereof | |
US7679657B2 (en) | Image sensing apparatus having electronic zoom function, and control method therefor | |
US10270990B2 (en) | Imaging element, imaging apparatus, and imaging signal processing method | |
US9661210B2 (en) | Image pickup device and image pickup apparatus | |
JP2008131407A (en) | Solid-state imaging element and imaging apparatus using same | |
US8111298B2 (en) | Imaging circuit and image pickup device | |
US20160309130A1 (en) | Apparatus, system, and signal processing method for image pickup using resolution data and color data | |
KR20150084638A (en) | Solid-state imaging device and camera system | |
JP2004282552A (en) | Solid state imaging device and solid state imaging apparatus | |
JP2018182543A (en) | Imaging apparatus, imaging system, and control method for imaging element | |
US20220201179A1 (en) | Image sensor and imaging device | |
US8964087B2 (en) | Imaging device, method for controlling imaging device, and storage medium storing a control program | |
US20150036033A1 (en) | Solid-state imaging device | |
US20160205335A1 (en) | Solid-state imaging device | |
JP2017216649A (en) | Imaging device, imaging apparatus and imaging signal processing method | |
JP2011244351A (en) | Imaging apparatus and drive control method of solid state image sensor | |
JP2011166515A (en) | Imaging apparatus | |
JP2024003688A (en) | Imaging element and imaging device | |
JP2004194248A (en) | Image pickup element and image pickup device | |
JP7329136B2 (en) | Imaging device | |
JP2024064273A (en) | Imaging device | |
US20190379826A1 (en) | Image capturing apparatus and method of controlling the same | |
KR20150098547A (en) | Solid-state imaging apparatus and camera system |