JP3123415B2 - Single-chip color solid-state imaging device - Google Patents

Single-chip color solid-state imaging device

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JP3123415B2 JP07337328A JP33732895A JP3123415B2 JP 3123415 B2 JP3123415 B2 JP 3123415B2 JP 07337328 A JP07337328 A JP 07337328A JP 33732895 A JP33732895 A JP 33732895A JP 3123415 B2 JP3123415 B2 JP 3123415B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、感度を向上させた
単板カラー固体撮像装置に関する。
The present invention relates to a single-chip color solid-state imaging device with improved sensitivity.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、固体撮像装置は、特にCCD(ch
arge coupled device)素子を一つ使用した単板カラー
撮像装置では、図5のようにCCD素子の各感光部に対
しカラーフィルタを配置し、カラー映像信号を合成して
いる。即ち、上下隣合った画素の信号を足し合せながら
読み出す。
2. Description of the Related Art Conventionally, a solid-state image pickup device has a CCD (ch).
In a single-chip color imaging device using one arge coupled device, a color filter is arranged for each photosensitive portion of the CCD device as shown in FIG. 5 to synthesize a color video signal. That is, the signals are read out while adding up the signals of the vertically adjacent pixels.

【0003】上記従来例1の手順を図5に示した色フィ
ルタアレイの色配列例に基づいて以下に説明する。例え
ば、AフィールドではA1,A2の様なペアで電荷の混
合が行われ、BフィールドではBの様なペアとなる。従
って、A1ラインでは、(G+Cy),(Mg+Ye)
が順番に取り出され、A2ラインでは、(Cy+M
g),(G+Ye)の順に取り出される。
The procedure of the above-mentioned conventional example 1 will be described below based on an example of a color arrangement of a color filter array shown in FIG. For example, in the A field, charges are mixed in pairs like A1 and A2, and in the B field, pairs like B are formed. Therefore, in the A1 line, (G + Cy), (Mg + Ye)
Are taken out in order, and in the A2 line, (Cy + M
g) and (G + Ye).

【0004】取り出されたこれらに信号の隣り同士の画
素を加減算することにより、輝度信号(Y)および色差
信号(R−Y)と(B−Y)を得ることができる。演算
式を以下に示す。
A luminance signal (Y) and color difference signals (RY) and (BY) can be obtained by adding and subtracting the pixels adjacent to the signal to the extracted pixels. The arithmetic expression is shown below.

【0005】 Y={(G+Cy)+(Mg+Ye)}×(1/2) ={(G+Ye)+(Cy+Mg)}×(1/2) =(1/2)(2B+3G+2R) R−Y={(Mg+Ye)−(G+Cy)}=2R−G B−Y={(G+Ye)−(Mg+Cy)}=2B−GY = {(G + Cy) + (Mg + Ye)} × (1/2) = {(G + Ye) + (Cy + Mg)} × (1/2) = (1/2) (2B + 3G + 2R) R−Y = { (Mg + Ye) − (G + Cy)} = 2R−G BY = {(G + Ye) − (Mg + Cy)} = 2B−G

【0006】上記の演算式から解るように、輝度信号Y
は、A1,A2ラインで同一となる。また、色差信号R
−Y,B−Yは、一ラインおきに得られる。Bフィール
ドにおいても同様である。
As can be seen from the above equation, the luminance signal Y
Are the same for the A1 and A2 lines. Also, the color difference signal R
-Y and BY are obtained every other line. The same applies to the B field.

【0007】ところで、撮像装置の感度を上げる方法と
して、水平方向に並んだ2つの画素の信号を足し合わせ
る方法がある。これは、特にCCD素子をR,G,B三
チャンネル使用した撮像装置で用いられる方法で、水平
解像度を犠牲にして感度を2倍にするものである。
Incidentally, as a method of increasing the sensitivity of the imaging apparatus, there is a method of adding signals of two pixels arranged in the horizontal direction. This is a method used especially in an image pickup device using three channels of R, G, and B CCD devices, and doubles the sensitivity at the expense of horizontal resolution.

【0008】ところが、上記従来例1においては、感度
を2倍にするために水平方向に並んだ2画素の信号を足
し合わせる方法を用いることができない。その理由は、
前述のように単板カラー用CCD素子では各画素毎に違
った4種のカラーフィルタを配置しているため、水平方
向の画素を足し合せてしまうと正確な色分離ができなく
なるからである。
However, in the above-mentioned conventional example 1, it is impossible to use a method of adding signals of two pixels arranged in a horizontal direction in order to double the sensitivity. The reason is,
As described above, in the single-chip color CCD device, since four different color filters are arranged for each pixel, if the pixels in the horizontal direction are added, accurate color separation cannot be performed.

【0009】単板カラー用CCD素子を用いて画素間の
独立した信号を得る下記の方法が提案されている。従来
例2の特開昭63−267068号「固体撮像装置」で
は、単板色カラーカメラにおいて複数の読出しレジスタ
を設け、この複数の読出しレジスタによって複数の水平
ラインの信号電荷を同時化して読み出すことを行ってい
る。
The following method has been proposed for obtaining independent signals between pixels using a single-chip color CCD device. In Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-267068 "Solid-state imaging device", a plurality of readout registers are provided in a single-chip color camera, and signal charges of a plurality of horizontal lines are read out simultaneously by the plurality of readout registers. It is carried out.

【0010】また、従来例3の特開昭61−18978
7号「カラー固体撮像装置」では、所定の色フィルタ配
列を用いた固体撮像素子をフィールド蓄積モードで読出
し、さらに1水平走査期間の遅延線を用いることによ
り、演算なしで画素間の3種の独立信号を得ている。
Further, Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-18978 of the prior art 3 is disclosed.
No. 7 “color solid-state imaging device” reads out a solid-state imaging device using a predetermined color filter array in a field accumulation mode, and further uses a delay line for one horizontal scanning period, so that three types of pixels between pixels can be obtained without calculation. I have an independent signal.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来例
2および3は、回路構成が複雑となる。特に、撮像時間
を長期化した場合、従来例2では撮像時間の長期化に比
例してレジスタの容量が増大化する。また、従来例3で
は遅延線の時定数を大きく構成する必要が生じる。
However, the prior arts 2 and 3 have a complicated circuit configuration. In particular, when the imaging time is lengthened, in the second conventional example, the capacity of the register increases in proportion to the lengthening of the imaging time. In the third conventional example, it is necessary to increase the time constant of the delay line.

【0012】本発明は、回路構成の複雑化を抑え感度を
向上させた単板カラー固体撮像装置を提供することを目
的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a single-chip color solid-state imaging device in which the complexity of the circuit configuration is suppressed and the sensitivity is improved.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、本発明の単板カラー固体撮像装置は、各感光部に異
なる分光感度特性を有するカラーフィルタを配置した単
板カラー固体撮像素子と、単板カラー固体撮像素子によ
り撮像された画像信号をY、R−Y、B−Yの画像信号
色分離を行う色分離回路と、色分離後の異なる画素の
画像信号を水平加算し補間処理する演算回路とを有し、
複数画素の画素信号を水平加算することにより高感度の
撮像を可能としたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, a single-chip color solid-state imaging device according to the present invention includes a single-chip color solid-state imaging device in which color filters having different spectral sensitivity characteristics are arranged in each photosensitive portion; Image signals picked up by a single-chip color solid-state image sensor are converted into Y, RY, and BY image signals.
A color separation circuit that performs color separation, and an arithmetic circuit that horizontally adds and interpolates image signals of different pixels after color separation,
High sensitivity imaging is enabled by horizontally adding pixel signals of a plurality of pixels.

【0014】[0014]

【0015】さらに、単板カラー固体撮像装置はスイッ
チを有し、このスイッチの設定により加算の条件を変化
させ、撮像感度の変更を可能とするとよい。
Further, it is preferable that the single-chip color solid-state imaging device has a switch, and that the setting of the switch changes the addition condition so that the imaging sensitivity can be changed.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】次に添付図面を参照して本発明に
よる単板カラー固体撮像装置の実施の形態を詳細に説明
する。図1〜図4を参照すると本発明の単板カラー固体
撮像装置の一実施形態が示されている。図1は実施形態
のブロック構成図、図2〜図4は演算回路のタイミング
チャートであり、図2が入力信号、図3が感度アップO
FF時の出力信号レベル、図4が感度アップON時の出
力信号レベルである。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a perspective view showing a single-chip color solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention; 1 to 4 show an embodiment of a single-chip color solid-state imaging device according to the present invention. FIG. 1 is a block diagram of an embodiment, and FIGS. 2 to 4 are timing charts of an arithmetic circuit. FIG. 2 shows an input signal, and FIG.
FIG. 4 shows an output signal level when the FF is turned on, and FIG. 4 shows an output signal level when the sensitivity is increased.

【0017】図1において、本実施形態の単板カラー固
体撮像装置は、光電変換素子である撮像素子1、サンプ
ルホールド回路2、色分離回路3、A/D変換回路4、
演算回路5、D/A変換回路6、プロセスエンコーダ回
路7、制御回路8および感度アップON/OFFを切替
えるスイッチ9を有して構成される。
Referring to FIG. 1, a single-chip color solid-state imaging device according to the present embodiment includes an imaging element 1, which is a photoelectric conversion element, a sample and hold circuit 2, a color separation circuit 3, an A / D conversion circuit 4,
It comprises an arithmetic circuit 5, a D / A conversion circuit 6, a process encoder circuit 7, a control circuit 8, and a switch 9 for switching ON / OFF of sensitivity up.

【0018】上記により構成される単板カラー固体撮像
装置の各構成部において、撮像素子1から出力される撮
像信号は、サンプルホールド回路2および色分離回路3
により輝度信号Yおよび色差信号R−Y,B−Yに変換
される。
In each component of the single-chip color solid-state image pickup device constructed as described above, the image pickup signal output from the image pickup device 1 is supplied to the sample hold circuit 2 and the color separation circuit 3.
To convert into a luminance signal Y and color difference signals RY and BY.

【0019】次にA/D変換回路4によってディジタル
信号に変換され、さらに演算回路5に入力される。演算
回路5では水平加算と補間が行われ処理後の信号が出力
される。この演算回路5の出力信号Y’,R−Y’,B
−Y’は、D/A変換回路6によってアナログ信号にも
どされて出力される。
Next, the signal is converted into a digital signal by the A / D conversion circuit 4 and further input to the arithmetic circuit 5. The arithmetic circuit 5 performs horizontal addition and interpolation, and outputs a processed signal. The output signals Y ', RY', B of this arithmetic circuit 5
−Y ′ is converted back to an analog signal by the D / A conversion circuit 6 and output.

【0020】演算回路5の出力信号は、プロセスエンコ
ーダ回路7へ入力される。プロセスエンコーダ回路7に
おいて、アナログ化された信号は、ガンマ補正・ホワイ
トクリップ・ブラッククリップ等の処理が行われ、通常
の復号映像信号として出力される。制御回路8は、演算
回路5における水平加算および補間処理動作を制御す
る。
The output signal of the arithmetic circuit 5 is input to the process encoder circuit 7. In the process encoder circuit 7, the analog signal is subjected to processes such as gamma correction, white clipping, and black clipping, and is output as a normal decoded video signal. The control circuit 8 controls horizontal addition and interpolation processing operations in the arithmetic circuit 5.

【0021】次に、本実施形態の単板カラー固体撮像装
置の動作について図2〜図4を参照して説明する。図2
〜図4は図1の演算回路5の入出力の関係を示してい
る。これらのうちの図2は、輝度信号Yおよび色差信号
R−Y,B−Yの入力信号レベルを示している。制御回
路8によって感度アップ“OFF”の設定時に、通常モ
ードが選択されている場合には、演算回路5の出力は図
3、即ち図2と同一の入出力信号がそのまま出力され
る。
Next, the operation of the single-chip color solid-state imaging device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG.
4 show the relationship between the input and output of the arithmetic circuit 5 of FIG. FIG. 2 shows the input signal levels of the luminance signal Y and the color difference signals RY and BY. When the normal mode is selected when the control circuit 8 sets the sensitivity up to “OFF”, the output of the arithmetic circuit 5 is the same as the input / output signal shown in FIG. 3, that is, FIG.

【0022】感度アップ“ON”の設定時に、2倍モー
ドが選択されている場合には、演算回路5の出力は図4
となる。つまり2倍モードでは、水平方向の信号が加算
され、さらにその信号を2画素信号期間保持している。
よって、感度は約2倍となり、水平解像度は1/2倍と
なる。こうした処理をすることにより、水平解像度は落
ちるが感度を約2倍とすることが可能となる。
When the sensitivity increase "ON" is set and the double mode is selected, the output of the arithmetic circuit 5 is shown in FIG.
Becomes That is, in the double mode, signals in the horizontal direction are added, and the signals are held for two pixel signal periods.
Therefore, the sensitivity becomes about twice and the horizontal resolution becomes 1/2 times. By performing such processing, the horizontal resolution is reduced, but the sensitivity can be approximately doubled.

【0023】上記の実施形態によれば、色分離回路から
出力された信号Y,RーY,B−Yは、それぞれA/D
変換される。演算回路において水平方向に並んだ2画素
が加算され、さらに2画素分の補間が行われる。さらに
D/A変換回路によりアナログ信号にもどり、後段の回
路で通常の映像信号となる。よって、単板カラー固体撮
像装置において水平画素加算による感度向上が行える。
それは、色分離回路の直後に、水平画素加算と補間を行
う演算回路を有しているからである。また、感度アップ
の条件は2倍にこだわらない。この条件の変更は容易に
行い得る。
According to the above embodiment, the signals Y, RY, and BY output from the color separation circuit are respectively A / D
Is converted. In the arithmetic circuit, two pixels arranged in the horizontal direction are added, and interpolation for two pixels is further performed. Further, the signal is returned to an analog signal by a D / A conversion circuit, and becomes a normal video signal in a subsequent circuit. Therefore, in a single-chip color solid-state imaging device, sensitivity can be improved by horizontal pixel addition.
This is because there is an arithmetic circuit that performs horizontal pixel addition and interpolation immediately after the color separation circuit. Further, the condition for increasing the sensitivity is not limited to twice. This condition can be easily changed.

【0024】[0024]

【発明の効果】以上の説明より明かなように、本発明の
単板カラー固体撮像装置は、単板カラー固体撮像素子の
各感光部に異なる分光感度特性を有するカラーフィルタ
を配置し、撮像された画像信号の色分離を行い、色分離
後の異なる画素の画像信号を加算し補間処理する。よっ
て、単板カラー固体像装置において複数画素信号の加算
により、感度向上が可能となる。
As is apparent from the above description, the single-chip color solid-state imaging device according to the present invention has a single-chip color solid-state imaging device in which color filters having different spectral sensitivity characteristics are arranged at respective photosensitive portions, and an image is picked up. Then, the image signals of the different pixels after the color separation are added and subjected to interpolation processing. Therefore, the sensitivity can be improved by adding a plurality of pixel signals in the single-plate color solid-state image device.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の単板カラー固体撮像装置の実施形態を
示すブロック構成図である。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a single-chip color solid-state imaging device according to the present invention.

【図2】演算回路のタイミングチャート1である。FIG. 2 is a timing chart 1 of the arithmetic circuit.

【図3】演算回路のタイミングチャート2である。FIG. 3 is a timing chart 2 of the arithmetic circuit.

【図4】演算回路のタイミングチャート3である。FIG. 4 is a timing chart 3 of the arithmetic circuit.

【図5】従来の色フィルタアレイの色配列例を示した図
である。
FIG. 5 is a diagram showing a color arrangement example of a conventional color filter array.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 撮像素子 2 サンプルホールド回路 3 色分離回路 4 A/D変換回路 5 演算回路 6 D/A変換回路 7 プロセスエンコーダ回路 8 制御回路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Image sensor 2 Sample hold circuit 3 Color separation circuit 4 A / D conversion circuit 5 Operation circuit 6 D / A conversion circuit 7 Process encoder circuit 8 Control circuit

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 各感光部に異なる分光感度特性を有する
カラーフィルタを配置した単板カラー固体撮像素子と、 前記単板カラー固体撮像素子により撮像された画像信号
をY、R−Y、B−Yの画像信号に色分離を行う色分離
回路と、 前記色分離後の異なる画素の画像信号を水平加算し補間
処理する演算回路とを有し、 複数画素の画素信号を水平加算することにより高感度の
撮像を可能としたことを特徴とする単板カラー固体撮像
装置。
1. A single-chip color solid-state imaging device in which color filters having different spectral sensitivity characteristics are arranged in respective photosensitive units, and an image signal captured by the single-chip color solid-state imaging device
A color separation circuit for performing color separation on Y, RY, and BY image signals; and an arithmetic circuit for horizontally adding and interpolating image signals of different pixels after the color separation, and A single-chip color solid-state imaging device characterized in that high-sensitivity imaging is enabled by horizontally adding pixel signals.
【請求項2】 前記単板カラー固体撮像装置は、スイッ
チを有し、 該スイッチの設定により水平加算の条件を変化させ、撮
像感度の変更を可能としたことを特徴とする請求項1記
載の単板カラー固体撮像装置。
Wherein said single-plate color solid-state imaging device includes a switch, changing the conditions of the horizontal addition the setting of the switch, according to claim 1 Symbol, characterized in that it possible to change the imaging sensitivity < single-chip color solid-state imaging device.
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