JP2817581B2 - 固体撮像装置 - Google Patents
固体撮像装置Info
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- JP2817581B2 JP2817581B2 JP5191053A JP19105393A JP2817581B2 JP 2817581 B2 JP2817581 B2 JP 2817581B2 JP 5191053 A JP5191053 A JP 5191053A JP 19105393 A JP19105393 A JP 19105393A JP 2817581 B2 JP2817581 B2 JP 2817581B2
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- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
- H04N23/80—Camera processing pipelines; Components thereof
- H04N23/84—Camera processing pipelines; Components thereof for processing colour signals
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
- H04N25/10—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof for transforming different wavelengths into image signals
- H04N25/11—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics
- H04N25/13—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics characterised by the spectral characteristics of the filter elements
- H04N25/134—Arrangement of colour filter arrays [CFA]; Filter mosaics characterised by the spectral characteristics of the filter elements based on three different wavelength filter elements
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は固体撮像装置に関し、特
に空間絵素ずらしを利用した３板式カラーカメラの感度
向上、ダイナミックレンジの拡大を可能にした固体撮像
装置に関する。
に空間絵素ずらしを利用した３板式カラーカメラの感度
向上、ダイナミックレンジの拡大を可能にした固体撮像
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体の微細加工技術の進歩に伴い固体
撮像素子の高画素化も急速に進んでいる。しかしなが
ら、高画素化に伴う１画素当りの面積の減少は感度の低
下につながる。そこでオンチップアンプの変換利得の改
善や、図６に示すようにフォトダイオード１１の上にオ
ンチップマイクロレンズ１０を設け見掛け上の開口率を
向上させるといった手段が講じられているまた、図７
（ａ）に示すようにフォトダイオード１１から読出され
垂直転送レジスタ１にて転送された電荷を水平転送レジ
スタ２により加算し、図７（ｂ）に示すように垂直転送
レジスタ１及び水平転送レジスタ２にて加算する組み合
わせをフィールド毎に変えて，，，の順に４フ
ィールドで全てのサンプリング点を構成し、感度とダイ
ナミックレンジを改善する方法も提案されている（大竹
他、プリプロセス型ＣＣＤカメラ、テレビジョン学会技
術報告、Ｖｏｌ１５，Ｎｏ．６２）。
撮像素子の高画素化も急速に進んでいる。しかしなが
ら、高画素化に伴う１画素当りの面積の減少は感度の低
下につながる。そこでオンチップアンプの変換利得の改
善や、図６に示すようにフォトダイオード１１の上にオ
ンチップマイクロレンズ１０を設け見掛け上の開口率を
向上させるといった手段が講じられているまた、図７
（ａ）に示すようにフォトダイオード１１から読出され
垂直転送レジスタ１にて転送された電荷を水平転送レジ
スタ２により加算し、図７（ｂ）に示すように垂直転送
レジスタ１及び水平転送レジスタ２にて加算する組み合
わせをフィールド毎に変えて，，，の順に４フ
ィールドで全てのサンプリング点を構成し、感度とダイ
ナミックレンジを改善する方法も提案されている（大竹
他、プリプロセス型ＣＣＤカメラ、テレビジョン学会技
術報告、Ｖｏｌ１５，Ｎｏ．６２）。
【０００３】一方、放送業務用カラーカメラは、図８
（ａ）のようにレンズ１４を通過した光をプリズム１６
により色分解を行い赤（Ｒ）、青（Ｂ）、緑（Ｇ）の３
原色にそれぞれ３枚の固体撮像素子を割り当てる３板式
がもっぱら用いられている。さらに、水平解像度向上の
為に図８（ｂ）のように、ＧとＲ及びＢの固体撮像素子
のフォトダイオードを空間的にオフセットさせてサンプ
リングポイントを増加させる空間絵素ずらし法も一般的
になっている。
（ａ）のようにレンズ１４を通過した光をプリズム１６
により色分解を行い赤（Ｒ）、青（Ｂ）、緑（Ｇ）の３
原色にそれぞれ３枚の固体撮像素子を割り当てる３板式
がもっぱら用いられている。さらに、水平解像度向上の
為に図８（ｂ）のように、ＧとＲ及びＢの固体撮像素子
のフォトダイオードを空間的にオフセットさせてサンプ
リングポイントを増加させる空間絵素ずらし法も一般的
になっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】空間絵素ずらしを行っ
た場合、図６に示したオンチップマイクロレンズの開口
率（ｄ／ａ×１００％）は５０％で１００％相当になる
がそのＭＴＦは図５（ａ）（イ）のようになりナイキス
ト周波数ｆN においても約６３％の変調度があり、折り
返し雑音の抑制のためにナイキスト周波数ｆN にゼロ点
を持つ光学ローパスフィルタが併用される。したがっ
て、オンチップマイクロレンズの開口率は１００％すな
わち２００％相当でも実質的なＭＴＦに大きな差は発生
しない。この時のＭＴＦを図５（ａ）（ロ）に示す。し
かしながら、オンチップマイクロレンズは半導体のパタ
ーン形成技術を用いて製作されるのでその最小寸法に制
限があり、図６のｂに示す無効領域が必ず発生する。ま
た開校率を高くすると、レンズ収差の影響が無視できな
くなりケラレによる感度低下も発生するため２倍近い感
度をうることは極めて困難である。
た場合、図６に示したオンチップマイクロレンズの開口
率（ｄ／ａ×１００％）は５０％で１００％相当になる
がそのＭＴＦは図５（ａ）（イ）のようになりナイキス
ト周波数ｆN においても約６３％の変調度があり、折り
返し雑音の抑制のためにナイキスト周波数ｆN にゼロ点
を持つ光学ローパスフィルタが併用される。したがっ
て、オンチップマイクロレンズの開口率は１００％すな
わち２００％相当でも実質的なＭＴＦに大きな差は発生
しない。この時のＭＴＦを図５（ａ）（ロ）に示す。し
かしながら、オンチップマイクロレンズは半導体のパタ
ーン形成技術を用いて製作されるのでその最小寸法に制
限があり、図６のｂに示す無効領域が必ず発生する。ま
た開校率を高くすると、レンズ収差の影響が無視できな
くなりケラレによる感度低下も発生するため２倍近い感
度をうることは極めて困難である。
【０００５】他方、図７のような水平方向の単純な画素
の加算はｆN ／２の周波数の於ける変調度がゼロとなっ
てしまうため、空間絵素ずらしの効果がまったく生かせ
ず解像度の低下が顕著になるといった欠点がある。
の加算はｆN ／２の周波数の於ける変調度がゼロとなっ
てしまうため、空間絵素ずらしの効果がまったく生かせ
ず解像度の低下が顕著になるといった欠点がある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の固体撮像装置
は、複数の固体撮像素子を用い、固体撮像素子の光電変
換素子列を空間オフセットさせ、かつそれぞれの固体撮
像素子の光電変換素子のｎビット（ｎ≧２）を加算する
ことにより１フィールドのサンプリングポイントを光電
変換素子数の１／ｎとし、ｎフィールドにて光電変換素
子数と同数のポイントのサンプリングを行うこととし、
さらに複数の固体撮像素子の加算されたｎビットの重心
位置を同一点とし輝度信号を得るようにしている。
は、複数の固体撮像素子を用い、固体撮像素子の光電変
換素子列を空間オフセットさせ、かつそれぞれの固体撮
像素子の光電変換素子のｎビット（ｎ≧２）を加算する
ことにより１フィールドのサンプリングポイントを光電
変換素子数の１／ｎとし、ｎフィールドにて光電変換素
子数と同数のポイントのサンプリングを行うこととし、
さらに複数の固体撮像素子の加算されたｎビットの重心
位置を同一点とし輝度信号を得るようにしている。
【０００７】
【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。図１，図２は本発明の一実施例のサンプリング構成
図である。Ｇ用の固体撮像素子とＲ及びＢ用の固体撮像
素子が水平方向１／２ピッチオフセットしている。図で
太線で囲われた画素が加算されることを示している。第
１フィールドを示す図１（ａ）では、Ｇ用固体撮像素子
では縦方向に２画素、横方向に２画素計４画素の加算を
おこなっており、Ｒ及びＢ用固体撮像素子では縦方向に
４画素の加算がおこなわれている。第２フィールドの図
１（ｂ）では、逆にＧ用固体撮像素子では縦方向に４画
素の加算、Ｒ及びＢ固体撮像素子では縦方向２画素、横
方向に２画素計４画素の加算がおこなわれている。
る。図１，図２は本発明の一実施例のサンプリング構成
図である。Ｇ用の固体撮像素子とＲ及びＢ用の固体撮像
素子が水平方向１／２ピッチオフセットしている。図で
太線で囲われた画素が加算されることを示している。第
１フィールドを示す図１（ａ）では、Ｇ用固体撮像素子
では縦方向に２画素、横方向に２画素計４画素の加算を
おこなっており、Ｒ及びＢ用固体撮像素子では縦方向に
４画素の加算がおこなわれている。第２フィールドの図
１（ｂ）では、逆にＧ用固体撮像素子では縦方向に４画
素の加算、Ｒ及びＢ固体撮像素子では縦方向２画素、横
方向に２画素計４画素の加算がおこなわれている。
【０００８】第３フィールド、第４フィールドではそれ
ぞれ図２（ａ），（ｂ）に示すように画素の加算方法は
第１フィールド、第２フィールドと同じだがサンプリン
グポイントの組合わせが異なっている。したがって、そ
れぞれの固体撮像素子の画素加算の重心は一致してお
り、かつ４フィールドで素子の画素数と同数のサンプリ
ングポイントを実現していることになる。この時、単独
素子での開口率を５０％としたとき水平方向の実質的な
開口形状は図５（ａ）（ハ）のようになり、図５（ａ）
（ロ）の１００％開口のＭＴＦに対しｃｏｓの項が乗算
されただけの形となる。これはすなわち絵素ずらしを行
っても限界解像度をほとんど低下させることなく感度、
ダイナミックレンジを２倍に出来ることを示している。
ぞれ図２（ａ），（ｂ）に示すように画素の加算方法は
第１フィールド、第２フィールドと同じだがサンプリン
グポイントの組合わせが異なっている。したがって、そ
れぞれの固体撮像素子の画素加算の重心は一致してお
り、かつ４フィールドで素子の画素数と同数のサンプリ
ングポイントを実現していることになる。この時、単独
素子での開口率を５０％としたとき水平方向の実質的な
開口形状は図５（ａ）（ハ）のようになり、図５（ａ）
（ロ）の１００％開口のＭＴＦに対しｃｏｓの項が乗算
されただけの形となる。これはすなわち絵素ずらしを行
っても限界解像度をほとんど低下させることなく感度、
ダイナミックレンジを２倍に出来ることを示している。
【０００９】図３は本発明の画素加算を行うための水平
転送レジスタの構造の一例を示したものである。水平転
送レジスタ電極はΦＨ１Ａ７，ΦＨ１Ｂ８，ΦＨ２Ａ
５，ΦＨ２Ｂ６の４電極から構成され、ΦＨ１Ｂ８、Φ
Ｈ２Ｂ６の電極はΦ１Ａ７、ΦＨ２Ａ５のバリヤになっ
ており２相駆動も可能である。また垂直転送レジスタの
最終段にはストレージ電極ΦＳ４がありΦＨ１Ａ７，Φ
Ｈ２Ａ５がハイレベルの時のみ転送可能なようにバイア
スされている。
転送レジスタの構造の一例を示したものである。水平転
送レジスタ電極はΦＨ１Ａ７，ΦＨ１Ｂ８，ΦＨ２Ａ
５，ΦＨ２Ｂ６の４電極から構成され、ΦＨ１Ｂ８、Φ
Ｈ２Ｂ６の電極はΦ１Ａ７、ΦＨ２Ａ５のバリヤになっ
ており２相駆動も可能である。また垂直転送レジスタの
最終段にはストレージ電極ΦＳ４がありΦＨ１Ａ７，Φ
Ｈ２Ａ５がハイレベルの時のみ転送可能なようにバイア
スされている。
【００１０】画素加算動作を図４のタイミングチャート
を用いて説明する。縦方向の２画素の加算は垂直転送レ
ジスタを４相駆動とすれば容易に実現できるので個々で
は説明しない。図４（ａ）は縦方向２画素加算されたも
のを横方向に加算するものである。ｔ１において画素の
電荷はそれぞれΦＨ１Ａ７，ΦＨ２Ａ５に転送され、ｔ
２においてΦＨ１Ａ７の電荷がΦＨ２Ａ５に転送される
ことにより加算動作が完了する。一方、１水平期間後の
ｔ４からｔ５の加算では逆にΦＨ２Ａ５の電荷がΦＨ１
Ａ７に転送されて行われラインオフセット動作を実現し
ている。また、縦方向の加算は図４（ｂ）に示すよう
に、ｔ７ではΦＨ２Ａ５、ｔ９ではΦＨ１Ａ７のみに電
荷転送されるためストレージ電極ΦＳ４において加算が
行われ、同時にラインオフセットも行っている。
を用いて説明する。縦方向の２画素の加算は垂直転送レ
ジスタを４相駆動とすれば容易に実現できるので個々で
は説明しない。図４（ａ）は縦方向２画素加算されたも
のを横方向に加算するものである。ｔ１において画素の
電荷はそれぞれΦＨ１Ａ７，ΦＨ２Ａ５に転送され、ｔ
２においてΦＨ１Ａ７の電荷がΦＨ２Ａ５に転送される
ことにより加算動作が完了する。一方、１水平期間後の
ｔ４からｔ５の加算では逆にΦＨ２Ａ５の電荷がΦＨ１
Ａ７に転送されて行われラインオフセット動作を実現し
ている。また、縦方向の加算は図４（ｂ）に示すよう
に、ｔ７ではΦＨ２Ａ５、ｔ９ではΦＨ１Ａ７のみに電
荷転送されるためストレージ電極ΦＳ４において加算が
行われ、同時にラインオフセットも行っている。
【００１１】本発明はこのように簡単な構成、かつ容易
な駆動にて実現できる。またＭＴＦは低下するものの単
独素子の開口率を５０％以上とすればさらに感度の上昇
も期待できる。
な駆動にて実現できる。またＭＴＦは低下するものの単
独素子の開口率を５０％以上とすればさらに感度の上昇
も期待できる。
【００１２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は複数の固
体撮像素子の光電変換素子列を空間オフセットさせた固
体撮像装置において、それぞれの固体撮像素子の光電変
換素子のｎビット（ｎ≧２）を加算することにより１フ
ィールドのサンプリングポイントを光電変換素子数の１
／ｎとし、ｎフィールドにて光電変換素子数と同数のポ
イントのサンプリングを行い、かつ複数の固体撮像素子
の加算されたｎビットの重心位置を同一点とし輝度信号
を得るようにし、解像度を劣化させることなく感度、ダ
イナミックレンジを改善することができる。
体撮像素子の光電変換素子列を空間オフセットさせた固
体撮像装置において、それぞれの固体撮像素子の光電変
換素子のｎビット（ｎ≧２）を加算することにより１フ
ィールドのサンプリングポイントを光電変換素子数の１
／ｎとし、ｎフィールドにて光電変換素子数と同数のポ
イントのサンプリングを行い、かつ複数の固体撮像素子
の加算されたｎビットの重心位置を同一点とし輝度信号
を得るようにし、解像度を劣化させることなく感度、ダ
イナミックレンジを改善することができる。
【図１】（ａ），（ｂ）は本発明の一実施例のサンプリ
ング構成図である。
ング構成図である。
【図２】（ａ），（ｂ）は本発明の一実施例のサンプリ
ング構成図である。
ング構成図である。
【図３】本発明の一実施例の水平レジスタ構成図であ
る。
る。
【図４】（ａ），（ｂ）は本発明の一実施例の画素加算
タイミングチャートを示す図である。
タイミングチャートを示す図である。
【図５】（ａ），（ｂ）はアパーチャー形状およびＭＴ
ＦとＭＴＦのグラフである。
ＦとＭＴＦのグラフである。
【図６】オンチップマイクロレンズの構成図である。
【図７】（ａ），（ｂ）は従来の画素加算構成図であ
る。
る。
【図８】（ａ），（ｂ）は３板式カラーカメラとその絵
素ずらし構成を示す図である。
素ずらし構成を示す図である。
１ 垂直転送レジスタ ２ 水平転送レジスタ ３ 垂直転送レジスタ電極 ４ ストレージ電極 ５，６，７，８ 水平転送レジスタ電極 ９ 遮光膜 １０ オンチップマイクロレンズ １１ フォトダイオード １２ チャネルストップ １３ 出力アンプ １４ レンズ １５ 固体撮像素子 １６ プリズム
Claims (1)
- 【請求項１】 複数の固体撮像素子を用い、前記固体撮
像素子の光電変換素子列を空間オフセットさせた固体撮
像装置において、それぞれの固体撮像素子の光電変換素
子のｎビット（ｎ≧２）を加算することにより１フィー
ルドのサンプリングポイントを光電変換素子数の１／ｎ
とし、ｎフィールドにて前記光電変換素子数と同数のポ
イントのサンプリングを行い、かつ複数の固体撮像素子
の加算されたｎビットの重心位置を同一点とし輝度信号
を得るようにしたことを特徴とする固体撮像装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5191053A JP2817581B2 (ja) | 1993-08-02 | 1993-08-02 | 固体撮像装置 |
| US08/284,203 US5485204A (en) | 1993-08-02 | 1994-08-02 | Solid state image sensor and imaging method using spatial pixel offset |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5191053A JP2817581B2 (ja) | 1993-08-02 | 1993-08-02 | 固体撮像装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0746608A JPH0746608A (ja) | 1995-02-14 |
| JP2817581B2 true JP2817581B2 (ja) | 1998-10-30 |
Family
ID=16268114
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5191053A Expired - Fee Related JP2817581B2 (ja) | 1993-08-02 | 1993-08-02 | 固体撮像装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5485204A (ja) |
| JP (1) | JP2817581B2 (ja) |
Families Citing this family (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6018363A (en) * | 1994-04-28 | 2000-01-25 | Canon Kabushiki Kaisha | Image sensing apparatus with optical-axis deflecting device |
| US6166831A (en) * | 1997-12-15 | 2000-12-26 | Analog Devices, Inc. | Spatially offset, row interpolated image sensor |
| KR100265364B1 (ko) | 1998-06-27 | 2000-09-15 | 김영환 | 넓은 동적 범위를 갖는 씨모스 이미지 센서 |
| JP3967500B2 (ja) * | 1999-09-08 | 2007-08-29 | 富士フイルム株式会社 | 固体撮像装置および信号読出し方法 |
| JP4294810B2 (ja) * | 1999-09-10 | 2009-07-15 | 富士フイルム株式会社 | 固体撮像装置および信号読出し方法 |
| US7218348B2 (en) * | 2000-06-02 | 2007-05-15 | Fujifilm Corporation | Solid-state electronic imaging device and method of controlling opertion thereof |
| EP1176808A3 (en) | 2000-07-27 | 2003-01-02 | Canon Kabushiki Kaisha | Image sensing apparatus |
| US20040210107A1 (en) * | 2003-03-31 | 2004-10-21 | Pentax Corporation | Endoscope system for fluorescent observation |
| JP4228947B2 (ja) | 2003-05-20 | 2009-02-25 | 日産自動車株式会社 | 撮像装置 |
| JP4324502B2 (ja) * | 2004-03-29 | 2009-09-02 | 富士フイルム株式会社 | Ｃｃｄ型固体撮像素子及びデジタルカメラ |
| JP4517896B2 (ja) * | 2005-03-08 | 2010-08-04 | カシオ計算機株式会社 | 撮像装置及びその画素補間方法 |
| US20110317048A1 (en) | 2010-06-29 | 2011-12-29 | Aptina Imaging Corporation | Image sensor with dual layer photodiode structure |
| US8988564B2 (en) * | 2011-09-09 | 2015-03-24 | Apple Inc. | Digital camera with light splitter |
| JP6013039B2 (ja) * | 2012-06-25 | 2016-10-25 | ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 | 固体撮像装置およびその制御方法、並びに、電子機器 |
| JP2014164174A (ja) * | 2013-02-26 | 2014-09-08 | Toshiba Corp | 固体撮像装置、携帯情報端末、および固体撮像システム |
| US9491442B2 (en) * | 2014-04-28 | 2016-11-08 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Image processing device and mobile computing device having the same |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4541010A (en) * | 1983-06-17 | 1985-09-10 | Polaroid Corporation | Electronic imaging camera |
| DE3686358T2 (de) * | 1985-05-27 | 1993-02-25 | Sony Corp | Optischer tiefpassfilter fuer eine festkoerper-farbkamera. |
| JPS61184076A (ja) * | 1985-09-27 | 1986-08-16 | Hitachi Ltd | カラ−固体撮像装置 |
| US4876590A (en) * | 1988-06-17 | 1989-10-24 | Eastman Kodak Company | Low resolution verifier for a still video image |
| US5374955A (en) * | 1993-12-03 | 1994-12-20 | Hitachi, Ltd. | High-definition imaging device, and apparatuses for recording and playing back high-definition picture information |
-
1993
- 1993-08-02 JP JP5191053A patent/JP2817581B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1994
- 1994-08-02 US US08/284,203 patent/US5485204A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5485204A (en) | 1996-01-16 |
| JPH0746608A (ja) | 1995-02-14 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19980721 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |