JP3501682B2 - Color imaging apparatus and imaging system using the same - Google Patents
Color imaging apparatus and imaging system using the sameInfo
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Landscapes
- Color Television Image Signal Generators (AREA)
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明はカラー撮像装置及び
それを用いた撮像システムに係わり、特に各画素信号を
原信号で読出す動作と、加算して読出す動作を選択可能
なカラー撮像装置及びそれを用いた撮像システムに関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a color image pickup device and an image pickup system using the same, and more particularly, to a color image pickup device capable of selecting an operation of reading each pixel signal as an original signal and an operation of reading by addition. The present invention relates to an imaging system using the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】デジタルスチルカメラは２００万画素の
撮像素子が使用されるようになった。これは銀鉛写真画
質を追求した結果であって、静止画専用に用いられてい
た。従来ＮＴＳＣ用のビデオカメラは４０万画素程度で
あり、読出し速度はインタレース走査で約１３．５ＭＨ
ｚ、プログレッシブ走査で約２７ＭＨｚである。2. Description of the Related Art Digital still cameras have come to use image pickup devices having 2 million pixels. This was a result of pursuing silver-lead photo quality and was used exclusively for still images. Conventional NTSC video cameras have about 400,000 pixels, and the read speed is about 13.5 MH in interlaced scanning.
z, about 27 MHz in progressive scanning.
【０００３】２００万画素の撮像素子を動画で使用する
と、上記４０万画素の場合の５倍の読出し速度になる。When an image pickup device having 2 million pixels is used for a moving image, the read speed becomes 5 times as high as that of the above 400,000 pixels.
【０００４】このような読出し速度で読み出しを行う
と、消費電力が非常に増大し、また、かかる消費電力増
大によるノイズの悪化が生じ、さらに画像処理用のメモ
リの増大によるコストアップを招く問題があった。When reading is performed at such a reading speed, the power consumption is greatly increased, the noise is deteriorated due to the increased power consumption, and the cost is increased due to the increase in the memory for image processing. there were.
【０００５】この様な問題を解決するものとして、特開
平９−２４７６８９号公報に開示されたカラー撮像装置
がある。同公報に示される実施例（公報の図３）では、
４×４画素を単位として同一色を間引いて読み出し加算
している。To solve such a problem, there is a color image pickup device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 9-247689. In the embodiment shown in the publication (FIG. 3 of the publication),
The same color is thinned out in units of 4 × 4 pixels and read out and added.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】この場合、問題になる
のは４×４画素のなかで利用される有効画素が１／４に
なっていること、また全体の画素数で考えると１／１６
になっていることである。従って、２００万画素の素子
の場合２００万／１６≒１２．５万画素相当の解像度し
か得られない。即ち、利用効率が非常に悪くなり、実際
上モニタ程度にしか使うことができない。In this case, the problem is that the number of effective pixels used in 4 × 4 pixels is 1/4, and considering the total number of pixels, it is 1/16.
That is. Therefore, in the case of an element having 2 million pixels, only a resolution equivalent to 2 million / 16≈125,000 pixels can be obtained. That is, the utilization efficiency becomes very poor, and it can be practically used only as a monitor.
【０００７】さらに上記特開平９−２４７６８９号公報
の実施例（公報の図２）では複数の画素信号を混合して
読出すことが記載されているが、これをＣＣＤで行うに
は実現性がなく（ＣＣＤでは電荷転送なのでＸ−Ｙ走査
の読出しは困難）、また半導体スイッチと光ダイオード
で行うには、垂直信号線のＫＴＣノイズが大きく、良好
なＳ／Ｎが得られない問題がある。Further, in the embodiment of the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-247689 (FIG. 2 of the publication), a plurality of pixel signals are mixed and read out, but it is not feasible to perform this with a CCD. There is a problem (reading of XY scan is difficult because of charge transfer in CCD), and in performing with semiconductor switch and photodiode, there is a problem that good S / N cannot be obtained due to large KTC noise of vertical signal line.
【０００８】上述の様に従来技術では画素信号を間引
き、また４×４画素単位による読出しのため、充分な解
像度が得られない、Ｓ／Ｎが悪いという課題があった。As described above, the prior art has problems that the pixel signals are thinned out and read in units of 4 × 4 pixels, so that sufficient resolution cannot be obtained and S / N is poor.
【０００９】また、画素から信号を読み出す場合、従来
は１行目の画素信号を上側のメモリ、２行目の画素信号
を下側のメモリへ転送していた。従って水平方向の加算
は容易であったが垂直及び斜め方向の加算は困難であっ
た。Further, when reading a signal from a pixel, conventionally, the pixel signal of the first row is transferred to the upper memory and the pixel signal of the second row is transferred to the lower memory. Therefore, addition in the horizontal direction was easy, but addition in the vertical and diagonal directions was difficult.
【００１０】本発明は従来技術の課題を解決し、高精細
の画像と、それより低解像の動画像を良画質で撮影でき
るカラー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 solve the problems of the prior art and to provide a color image pickup apparatus capable of picking up a high-definition image and a moving image having a lower resolution than that with a good image quality.
【００１１】[0011]
【課題を解決するための手段】本発明のカラー撮像装置
は、マトリクス状に配列された複数の画素を有し、第１
の色フィルターを一の斜め方向に配列するとともに、第
２の色フィルターと第３の色フィルターとを該一の斜め
方向と交差する他の斜め方向に配列した２行２列の基本
配列を、前記複数の画素に対して水平方向及び垂直方向
に配置した撮像素子と、前記第１の色フィルターが配列
された、前記一の斜め方向に隣接した２以上の画素の信
号を加算する第１の加算手段と、前記第２の色フィルタ
ーが配列された、水平方向の２以上の画素の信号を加算
するとともに、前記第３の色フィルターが配列された、
水平方向の２以上の画素の信号を加算する第２の加算手
段と、を備えたものである。 A color image pickup device of the present invention has a plurality of pixels arranged in a matrix,
The color filters of are arranged in one diagonal direction and
The second color filter and the third color filter are diagonally connected to each other.
2-by-2 basic array arranged in other diagonal directions that intersect the direction
An array is arranged in the horizontal and vertical directions for the plurality of pixels.
Array of the image sensor and the first color filter
Signal of two or more pixels adjacent to each other in one diagonal direction.
Number adding means for adding signals, and the second color filter
Signals of two or more pixels in the horizontal direction in which
And the third color filter is arranged,
A second adder for adding signals of two or more pixels in the horizontal direction
And a step.
【００１２】[0012]
【００１３】[0013]
【００１４】本発明の撮像システムは、上記本発明のカ
ラー撮像装置と、該カラー撮像装置へ光を結像する光学
系と、該撮像装置からの出力信号を処理する信号処理回
路とを有することを特徴とするものである。An image pickup system of the present invention comprises the color image pickup apparatus of the present invention, an optical system for forming an image of light on the color image pickup apparatus, and a signal processing circuit for processing an output signal from the image pickup apparatus. It is characterized by.
【００１５】[0015]
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を用いて
詳細に説明する。Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
【００１６】図１に本発明のカラー撮像装置による画素
信号読出し方法を示す概略説明図である。図１では撮像
素子の出力は４チャンネルあり、撮像素子のマトリクス
状に配された各画素のカラーフィルターは市松模様状に
配置されており、Ｇ（緑）フィルターは市松模様の半分
に配され、Ｒ（赤）フィルター、Ｂ（青）フィルターは
市松模様の残りの半分にそれぞれ半分づつ配されてい
る。FIG. 1 is a schematic explanatory view showing a pixel signal reading method by the color image pickup device of the present invention. In FIG. 1, the image sensor has four outputs, the color filters of the pixels arranged in a matrix of the image sensor are arranged in a checkerboard pattern, and the G (green) filter is arranged in half of the checkerboard pattern. The R (red) filter and the B (blue) filter are each arranged in the other half of the checkered pattern.
【００１７】高精細読出しの場合（システム１）は各画
素信号が独立に読出される。すなわち、出力Ａからは読
み出し回路１１により画素信号Ｇ11，Ｇ13，Ｇ15・・・
が出力され、出力Ｂからは読み出し回路１１により画素
信号Ｇ22，Ｇ24，Ｇ26・・・が出力され、出力Ｃからは
読み出し回路１２により画素信号Ｂ21，Ｂ23，Ｂ25・・
・が出力され、出力Ｄからは読み出し回路１２により画
素信号Ｒ12，Ｒ14，Ｒ16・・・が出力される。In the case of high-definition reading (system 1), each pixel signal is read independently. That is, the pixel signals G11, G13, G15, ...
Are output, the output B outputs pixel signals G22, G24, G26 ... From the output C, and the read circuit 12 outputs pixel signals B21, B23, B25 ...
. Is output, and the output circuit D outputs the pixel signals R12, R14, R16 ...
【００１８】また、低解像読出し（システム２）では同
色画素信号が加算して読出され、Ｇフィルターが配され
た斜め方向の画素からの信号は読み出し回路１１により
２行分加算読み出しされ、Ｒ又はＢフィルターが配され
た水平方向の画素からの信号は読み出し回路１２により
２行分加算読み出しされる。すなわち、出力Ａからは読
み出し回路１１により画素信号Ｇ11＋Ｇ22，Ｇ13＋Ｇ2
4，・・・、及び画素信号Ｇ15＋Ｇ26，Ｇ17＋Ｇ18，・
・・が出力され、出力Ｃからは読み出し回路１２により
画素信号Ｂ21＋Ｂ23，Ｂ25＋Ｂ27，・・・が出力され、
出力Ｄからは読み出し回路１２により画素信号Ｒ12＋Ｒ
14，Ｒ16＋Ｒ18・・・が出力される。なお、ここでは出
力Ｂから信号が出力されていないが、出力Ａからは画素
信号Ｇ11＋Ｇ22，Ｇ15＋Ｇ26，・・・が出力され、出力
Ｂからは画素信号Ｇ13＋Ｇ24，Ｇ17＋Ｇ28・・・が出力
されるようにしてもよい。Further, in the low resolution reading (system 2), the same color pixel signals are added and read, and the signals from the diagonally arranged pixels to which the G filter is arranged are added and read for two rows by the reading circuit 11, and R is read. Alternatively, the signals from the horizontal pixels to which the B filter is arranged are added and read by the reading circuit 12 for two rows. That is, the pixel signals G11 + G22 and G13 + G2 are output from the output A by the readout circuit 11.
4, ..., and pixel signals G15 + G26, G17 + G18, ...
.. is output, and the pixel signal B21 + B23, B25 + B27, ... Is output from the output C by the readout circuit 12,
The pixel signal R12 + R is output from the output D by the readout circuit 12.
14, R16 + R18 ... Are output. Although no signal is output from the output B here, the pixel signal G11 + G22, G15 + G26, ... Is output from the output A, and the pixel signal G13 + G24, G17 + G28 ... is output from the output B. May be.
【００１９】撮像素子は画素数が１０００Ｖ×２０００
Ｈの２００万画素のハイビジョン用センサーとする。The image pickup device has a pixel number of 1000V × 2000.
H sensor with 2 million pixels for high definition.
【００２０】システム１のハイビジョン動画の場合は、
各出力（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）からは各色信号が約４０ＭＨ
ｚ（２００万画素×６０フィールド／秒×（４／３））
で出力される（４／３はブランキング期間を考慮したも
のである。）。システム１のハイビジョン静止画（デジ
タルスチルカメラ）の場合は、例えば６枚／秒の時は約
４ＭＨｚで出力される。In the case of the high-definition video of system 1,
Each color signal from each output (A, B, C, D) is about 40 MH
z (2 million pixels x 60 fields / sec x (4/3))
(The blanking period is taken into consideration in 4/3.). In the case of a high-definition still image (digital still camera) of the system 1, for example, when the number of images is 6 / sec, the output is about 4 MHz.
【００２１】次にシステム２はＮＴＳＣインタレース走
査とすると、４チャンネル出力では約１０ＭＨｚ（イン
タレース走査で１／２、加算で１／２）（Ｇの加算信号
を１チャンネルで出力する場合は約２０ＭＨｚ）とな
る。Next, assuming that the system 2 is an NTSC interlaced scan, it outputs about 10 MHz for 4-channel output (1/2 for interlaced scan, 1/2 for addition) (about 1 when outputting a G addition signal in one channel). 20 MHz).
【００２２】システム２の特徴は２つの画素行において
Ｇ信号は斜め加算、Ｒ，Ｂ信号は水平加算としたことで
ある。Ｇ信号を斜め加算することにより、Ｇ（緑）の解
像度はＲ（赤），Ｂ（青）より２倍の解像度が得られ
る。The feature of the system 2 is that the G signal is diagonally added and the R and B signals are horizontally added in two pixel rows. By diagonally adding the G signals, the resolution of G (green) is twice that of R (red) and B (blue).
【００２３】Ｇの高域成分を輝度信号の高域成分として
利用すれば高解像度が得られるとともに、間引きして捨
てる信号がなく、低速駆動で消費電力を減らすことがで
きる。If the high frequency component of G is used as the high frequency component of the luminance signal, high resolution can be obtained, and there is no signal to be thinned out and discarded, so that power consumption can be reduced by low speed driving.
【００２４】図２はＣＭＯＳセンサーおよび読み出し回
路を示す回路図である。ＣＭＯＳセンサーは各画素アン
プのバラツキとゲート部のリセットノイズがあるのでそ
のノイズを除去するため出力部に信号用メモリＣＴ1と
ノイズ用メモリＣＴ2を設けて、減算処理によりノイズ
を除去している。FIG. 2 is a circuit diagram showing a CMOS sensor and a readout circuit. Since the CMOS sensor has variations in each pixel amplifier and reset noise in the gate section, a signal memory CT 1 and a noise memory CT 2 are provided in the output section in order to remove the noise, and the noise is removed by subtraction processing. .
【００２５】図２において、破線領域はＣＭＯＳセンサ
ーの一画素部を示し、ＰＤはフォトダイオード、ＭTXは
転送用トランジスタ、ＭRESはリセット用トランジス
タ、ＭSELは画素アンプとなる増幅用トランジスタ、ＭS
ELは画素を選択する選択用トランジスタである。リセッ
ト用トランジスタＭRES、ＭRVをオンして画素部および
垂直出力線のリセットを行った後に画素アンプ、選択用
トランジスタＭSEL、トランジスタＭCT2を介してノイズ
用メモリＣＴ2にノイズ信号を蓄積する。また、転送用
トランジスタＭTXをオンして、フォトダイオードＰＤか
ら光電変換された信号が画素アンプとなる増幅用トラン
ジスタＭSELのゲートに転送され、画素アンプ、選択用
トランジスタＭSEL、トランジスタＭCT1を介して信号用
メモリＣＴ 1にノイズ信号成分を含む信号を蓄積する。
そして、信号用メモリＣＴ1に蓄積されたノイズ信号成
分を含む信号と、ノイズ用メモリＣＴ2に蓄積されたノ
イズ信号とを水平出力線に出力し、減算処理して画素ア
ンプのバラツキとゲート部のリセットノイズ等のノイズ
成分が除去された信号を得る。φSEL、φTX、φRES、φ
RV、φTS、φTNはそれぞれ増幅用トランジスタＭSEL、
転送用トランジスタＭTX、リセット用トランジスタＭRE
S，ＭRV、トランジスタＭCT1，ＭCT2を制御する制御信
号である。また、トランジスタＭLは画素アンプＭSFの
負荷である。φLはφSELと共通に駆動するか、常にＨレ
ベルとして抵抗としても良い。In FIG. 2, a broken line area indicates a CMOS sensor.
Shows one pixel part, PD is a photodiode, MTX is
Transfer transistor, MRES is reset transistor
, MSEL is an amplifying transistor that becomes a pixel amplifier, and MS
EL is a selection transistor that selects a pixel. Reset
Turning on the transistor MRES, MRV for
Pixel amplifier for selection after resetting the vertical output line
Noise through the transistor MSEL and transistor MCT2
Memory CT2The noise signal is stored in. Also for transfer
Turn on the transistor MTX to turn on the photodiode PD.
The signal for photoelectric conversion from the
Transferred to the gate of the transistor MSEL for pixel amplifier and selection
For signal via transistor MSEL and transistor MCT1
Memory CT 1A signal containing a noise signal component is stored in.
And the signal memory CT1Noise signal accumulated in the
Signal including minute and noise memory CT2Accumulated in
And the pixel signal is output to the horizontal output line and subtracted
Noise and noise such as gate reset noise
Obtain the signal with the components removed. φSEL, φTX, φRES, φ
RV, φTS, and φTN are amplification transistors MSEL and
Transfer transistor MTX, reset transistor MRE
Control signal for controlling S, MRV and transistors MCT1, MCT2
No. Further, the transistor ML is the pixel amplifier MSF.
Is a load. φL is driven in common with φSEL, or is always high
It may be used as a bell and as a resistance.
【００２６】図３は本発明のカラー撮像装置の回路構成
図である。なお図３の各画素部は図２に示したものと同
一構成である。ノイズ除去手段は簡略化のために省略さ
れているが図２と同様に、ノイズ用メモリとノイズ信号
出力用の水平出力線を設け、減算処理して画素アンプの
バラツキとゲート部のリセットノイズ等のノイズ成分が
除去された信号を得ることができる。FIG. 3 is a circuit diagram of the color image pickup device of the present invention. Each pixel portion in FIG. 3 has the same configuration as that shown in FIG. Although the noise removing means is omitted for simplification, as in FIG. 2, a noise memory and a horizontal output line for outputting a noise signal are provided, and subtraction processing is performed to cause variations in pixel amplifiers and reset noise in the gate section. It is possible to obtain a signal from which the noise component of is removed.
【００２７】図３の上側のメモリ回路は２行分のＧ信号
を蓄積する。また、下側のメモリ回路は２行分のＲ信号
とＢ信号を蓄積する。画素Ｇ11，Ｒ12，Ｂ21，Ｇ22の信
号読み出しを例にとって説明すると、画素Ｇ11からの信
号は切り換えトランジスタＭG11を介してメモリＣＧ11
に蓄積され、画素Ｇ22からの信号は切り換えトランジス
タＭG12を介してメモリＣＧ22に蓄積される。そして、
画素Ｂ21からの信号は切り換えトランジスタＭB11を介
してメモリＣＢ21に蓄積され、画素Ｒ12からの信号は切
り換えトランジスタＭR12を介してメモリＣＲ12に蓄積
される。トランジスタＭA1はメモリＣＧ11とメモリＣＧ
22とに蓄積された信号を加算するトランジスタ、トラン
ジスタＭA2はメモリＣＧ13とメモリＣＧ24とに蓄積され
た信号を加算するトランジスタ、トランジスタＭA3はメ
モリＣＢ21とメモリＣＢ23とに蓄積された信号を加算す
るトランジスタ、トランジスタＭA4はメモリＣＲ12とメ
モリＣＲ14とに蓄積された信号を加算するトランジスタ
である。φT1、φT2、φAは、それぞれトランジスタＭG
11，ＭG21，ＭR12，ＭR22、トランジスタＭG12，ＭG2
2，ＭB11，ＭB21、トランジスタＭA1〜ＭA4を制御する
制御信号である。また、φhcは水平出力線をリセットす
るトランジスタＭhc1〜Ｍhc4を制御する制御信号であ
る。The memory circuit on the upper side of FIG. 3 stores G signals for two rows. Further, the lower memory circuit stores R signals and B signals for two rows. The signal read from the pixels G11, R12, B21 and G22 will be described as an example. The signal from the pixel G11 is transferred to the memory CG11 via the switching transistor MG11.
The signal from the pixel G22 is stored in the memory CG22 via the switching transistor MG12. And
The signal from pixel B21 is stored in memory CB21 via switching transistor MB11, and the signal from pixel R12 is stored in memory CR12 via switching transistor MR12. The transistor MA1 is a memory CG11 and a memory CG.
22 is a transistor for adding the signals accumulated in the memory 22, a transistor MA2 is a transistor for adding the signals accumulated in the memories CG13 and CG24, a transistor MA3 is a transistor for adding the signals accumulated in the memories CB21 and CB23, The transistor MA4 is a transistor for adding the signals accumulated in the memories CR12 and CR14. φT1, φT2 and φA are transistor MG
11, MG21, MR12, MR22, transistors MG12, MG2
2, MB11, MB21 and control signals for controlling the transistors MA1 to MA4. Further, φhc is a control signal for controlling the transistors Mhc1 to Mhc4 which reset the horizontal output line.
【００２８】図４に画素信号をメモリへ転送するタイミ
ング図を示し、図５にメモリ信号を独立に読出す時と加
算して読出す時とのタイミング図を示す。FIG. 4 shows a timing chart for transferring the pixel signals to the memory, and FIG. 5 shows a timing chart for reading the memory signals independently and for reading them together.
【００２９】図４の期間ｔ1で第１行目の画素列の制御
信号φRES、φRVをＨレベルとしてリセット用トランジ
スタＭRES、ＭRVをオンして画素及び垂直出力線のリセ
ットを行う。In the period t 1 of FIG. 4, the control signals φRES and φRV of the first row pixel column are set to H level to turn on the reset transistors MRES and MRV to reset the pixels and the vertical output lines.
【００３０】次に、期間ｔ2で第１行目の画素列の制御
信号φTX，φSELをＨレベルとして転送用トランジスタ
ＭTX，ＭSELをオンし、さらにφT1をＨレベルとしてト
ランジスタＭG11，ＭG21，ＭR12，ＭR22，・・・をオン
して画素Ｇ11，Ｒ12，・・・，Ｇ1(n-1)，Ｒ1nで光電変
換された信号電荷に対応する信号をメモリＣＧ11〜ＣＧ
1(n-1)，ＣＲ12〜ＣＲ1nに転送する。なお、不図示のリ
セットノイズ等のノイズ信号の転送は期間ｔ1と期間ｔ2
との間に行う。Next, during the period t 2 , the control signals φTX and φSEL of the first row pixel column are set to H level to turn on the transfer transistors MTX and MSEL, and φT1 is set to H level to set the transistors MG11, MG21 and MR12, The signals corresponding to the signal charges photoelectrically converted by the pixels G11, R12, ..., G1 (n-1), R1n by turning on MR22 ,.
Transfer to 1 (n-1), CR12 to CR1n. Note that noise signals such as reset noise (not shown) are transferred during the periods t 1 and t 2.
And between.
【００３１】次に、期間ｔ3で第２行目の画素列の制御
信号φRES、φRVをＨレベルとしてリセット用トランジ
スタＭRES、ＭRVをオンして画素及び垂直出力線のリセ
ットを行う。Next, during the period t 3 , the control signals φRES and φRV of the second row pixel column are set to H level to turn on the reset transistors MRES and MRV to reset the pixels and the vertical output lines.
【００３２】次に期間ｔ4で第２行目の画素列の制御信
号φTX，φSELをＨレベルとして転送用トランジスタＭT
X，ＭSELをオンし、さらにφT2をＨレベルとしてトラン
ジスタＭB11，ＭB21，ＭG12，ＭG22をオンして画素Ｂ2
1，Ｇ22，・・・，Ｂ2(n-1)，Ｇ2nで光電変換された信
号電荷に対応する信号をメモリＣＢ21〜ＣＢ2(n-1)，Ｃ
Ｇ22〜ＣＧ2nに転送する。なお、不図示のリセットノイ
ズ等のノイズ信号の転送は期間ｔ3と期間ｔ4との間に行
う。Next, in the period t 4 , the control signals φTX and φSEL of the second row pixel column are set to the H level and the transfer transistor MT is set.
Pixel B2 is turned on by turning on X and MSEL, turning φT2 to H level and turning on transistors MB11, MB21, MG12 and MG22.
1, G22, ..., B2 (n-1), and signals corresponding to the signal charges photoelectrically converted by G2n are stored in the memories CB21 to CB2 (n-1), C.
Transfer to G22 to CG2n. Note that transfer of a noise signal such as reset noise (not shown) is performed between the period t 3 and the period t 4 .
【００３３】以上の動作で２行の画素信号のなかで斜め
方向に配列されたＧ画素からのＧ信号は上側のメモリへ
蓄積され、Ｒ，Ｂ信号は下側のメモリへ蓄積されたこと
になる。With the above operation, among the pixel signals of the two rows, the G signals from the G pixels arranged diagonally are stored in the upper memory, and the R and B signals are stored in the lower memory. Become.
【００３４】システム１は各画素信号の独立読出しなの
で、図５に示すようにφModeはＨレベルとなり、水平走
査回路（Ｈ・ＳＲ）からの水平シフトパルスｈ11〜ｈn1
とｈ12〜ｈn2は同相で駆動する。従って、２×２画素単
位のＲ，Ｂ，Ｇ信号が同相で水平出力線へ転送され、出
力アンプでノイズが除去され、出力される。Since the system 1 independently reads each pixel signal, .phi.Mode becomes H level as shown in FIG. 5, and the horizontal shift pulses h11 to hn1 from the horizontal scanning circuit (H.SR).
And h12 to hn2 are driven in phase. Therefore, the R, B, and G signals in units of 2 × 2 pixels are transferred to the horizontal output line in the same phase, noise is removed by the output amplifier, and the signal is output.
【００３５】システム２は加算読出しなので、φModeは
Ｌレベル、加算パルスφＡがＨレベルとなる。これによ
ってＧは隣接する２列の信号が加算され、ＲとＢは１列
おいた同色信号が加算される。この結果、Ｇは斜め加算
され、ＲとＢは水平方向で同色加算されたことになる。
すなわち、各々Ｇ11とＧ12、Ｇ13とＧ24、・・・、Ｇ1
(n-1)とＧ2nが加算され、各々Ｂ21とＢ23、・・・、Ｂ2
(n-3)とＢ2(n-1)が加算され、各々Ｒ12とＲ14、・・
・、Ｒ1(n-2)とＲ1nが加算されたことになる。水平出力
線への転送は、水平シフトパルスｈ11〜ｈ(n/2)1がＨレ
ベル、水平シフトパルスｈ12〜ｈ(n/2)2はＬレベルのま
まの状態で行われる。Since the system 2 is addition reading, φMode is at L level and the addition pulse φA is at H level. As a result, signals of two adjacent columns are added to G, and signals of the same color in one column are added to R and B. As a result, G is added diagonally, and R and B are added in the same color in the horizontal direction.
That is, G11 and G12, G13 and G24, ..., G1 respectively
(n-1) and G2n are added, and B21 and B23, ..., B2, respectively.
(n-3) and B2 (n-1) are added to obtain R12 and R14, ...
., R1 (n-2) and R1n are added. The transfer to the horizontal output line is performed with the horizontal shift pulses h11 to h (n / 2) 1 at the H level and the horizontal shift pulses h12 to h (n / 2) 2 at the L level.
【００３６】本実施例では、Ｇ信号はＡチャンネルへ、
Ｂ信号はＣチャンネルへ、Ｒ信号はＤチャンネルへ出力
される。Ｂチャンネルは信号が出力されず不使用なので
電源がオフに制御される。信号加算はメモリ上で行なっ
たが、加算方法はこれに限らず、メモリ信号を水平出力
線で加算してもよい。また画素上で加算しても良い。In this embodiment, the G signal goes to the A channel,
The B signal is output to the C channel and the R signal is output to the D channel. Since the B channel does not output a signal and is not used, the power is controlled to be off. Although the signal addition is performed on the memory, the addition method is not limited to this, and the memory signals may be added on the horizontal output line. Moreover, you may add on a pixel.
【００３７】図６は共通アンプ画素の例を示す図であ
る。図６に示すように、ａ11，ａ12，ａ21，ａ22は各画
素の光電変換部となるフォトダイオード、ＭSFは共通ア
ンプとなる増幅用トランジスタ、ＭTX1〜ＭTX4はフォト
ダイオードに蓄積された信号電荷を共通アンプの入力部
となるフローティングディフュージョン領域（ＦＤ領
域）に転送する転送用トランジスタ、ＭRESはＦＤ領域
をリセットするリセット用トランジスタ、ＭSELは共通
アンプ画素を選択する選択用トランジスタである。トラ
ンジスタＭSF，ＭSELはソースフォロア回路を構成す
る。かかる共通アンプ画素は４つのフォトダイオードか
らの信号が共通アンプを介して出力され、４画素で一つ
の単位セルを構成する。１つの画素はフォトダイオー
ド、転送用トランジスタを含み、共通アンプ，リセット
用トランジスタ、選択用トランジスタからなる共通回路
の一部を含んでいる。フォトダイオードａ11，ａ22にＧ
フィルター、フォトダイオードａ21にＢフィルター、フ
ォトダイオードａ12にＲフィルターを配し、転送トラン
ジスタＭTX1，ＭTX4をオンすると、フォトダイオードａ
11（Ｇ11）とフォトダイオードａ22（Ｇ22）からの信号
が共通アンプのゲートで加算され、出力される信号が２
倍になりＳ／Ｎが向上する。共通アンプを８画素単位に
すると共通アンプのゲートで各色毎（Ｒ，Ｂ，Ｇ毎）に
加算ができる。FIG. 6 is a diagram showing an example of a common amplifier pixel. As shown in FIG. 6, a11, a12, a21, and a22 are photodiodes serving as photoelectric conversion units of each pixel, MSF is an amplifying transistor serving as a common amplifier, and MTX1 to MTX4 share the signal charges accumulated in the photodiodes. A transfer transistor that transfers to a floating diffusion region (FD region) that serves as an input unit of the amplifier, MRES is a reset transistor that resets the FD region, and MSEL is a selection transistor that selects a common amplifier pixel. The transistors MSF and MSEL form a source follower circuit. In such a common amplifier pixel, signals from four photodiodes are output through the common amplifier, and the four pixels form one unit cell. One pixel includes a photodiode, a transfer transistor, and a part of a common circuit including a common amplifier, a reset transistor, and a selection transistor. G in the photodiodes a11 and a22
When a B filter is provided for the filter and the photodiode a21 and an R filter is provided for the photodiode a12, and the transfer transistors MTX1 and MTX4 are turned on, the photodiode a
The signals from 11 (G11) and the photodiode a22 (G22) are added by the gate of the common amplifier, and the output signal is 2
It doubles and S / N improves. If the common amplifier is set to a unit of 8 pixels, the gate of the common amplifier can perform addition for each color (for each R, B, G).
【００３８】図３のカラー撮像装置の走査としては、ノ
ンインタレース（プログレッシブ）走査では垂直走査回
路（Ｖ・ＳＲ）により水平信号線Ｖ１とＶ２を一組とし
て走査し、以後水平信号線Ｖ３とＶ４、水平信号線Ｖ５
とＶ６、のように２水平信号線を組として走査する。In the non-interlaced (progressive) scanning as the scanning of the color image pickup apparatus of FIG. 3, a pair of horizontal signal lines V1 and V2 is scanned by the vertical scanning circuit (V.SR), and then the horizontal signal line V3 is scanned. V4, horizontal signal line V5
And V6, two horizontal signal lines are scanned as a set.
【００３９】インタレース走査では、第一フィールドで
は水平信号線Ｖ１とＶ２、水平信号線Ｖ５とＶ６、水平
信号線Ｖ９とＶ１０、・・・の組で走査し、第二フィー
ルドでは水平信号線Ｖ３とＶ４、水平信号線Ｖ７とＶ
８、・・・の組で走査する。この様に走査し、画素信号
を加算読出し信号処理をすることで、垂直５００本の解
像度が得られる。In the interlaced scanning, horizontal signal lines V1 and V2, horizontal signal lines V5 and V6, horizontal signal lines V9 and V10, ... Are scanned in the first field, and horizontal signal line V3 is scanned in the second field. And V4, horizontal signal lines V7 and V
Scan with a set of 8 ... By scanning in this manner and subjecting pixel signals to additive read signal processing, a resolution of 500 vertical lines can be obtained.
【００４０】本実施例では２本の画素行で加算を行なっ
たが、それ以上の画素行を加算しても良い。また同様
に、水平方向の加算を２画素で行なったがそれ以上でも
良い。すなわち、システムの要請によって任意に設定す
ることができる。In this embodiment, the addition is performed with two pixel rows, but more pixel rows may be added. Similarly, the addition in the horizontal direction is performed with two pixels, but it may be more than that. That is, it can be arbitrarily set according to the request of the system.
【００４１】図７にシステム概略図を示す。同図に示す
ように、光学系７１を通って入射した画像光はＣＭＯＳ
センサー７２上に結像する。ＣＭＯＳセンサー７２上に
配置されている画素アレーによって光情報は電気信号へ
と変換される。その電気信号は信号処理回路７３によっ
て予め決められた方法によって信号変換処理され、出力
される。信号処理された信号は、記録系、通信系７４に
より情報記録装置により記録、あるいは情報転送され
る。記録、あるいは転送された信号は再生系７７により
再生される。ＣＭＯＳセンサー７２、信号処理回路７３
はタイミング制御回路７５により制御され、光学系７
１、タイミング制御回路７５、記録系・通信系７４、再
生系７７はシステムコントロール回路７６により制御さ
れる。タイミング制御回路７５により独立読出しか、加
算読出しかを選択することができる。FIG. 7 shows a schematic diagram of the system. As shown in the figure, the image light incident through the optical system 71 is CMOS
An image is formed on the sensor 72. Optical information is converted to electrical signals by a pixel array located on the CMOS sensor 72. The electric signal is subjected to signal conversion processing by a predetermined method by the signal processing circuit 73 and output. The signal processed signal is recorded or transferred by the information recording device by the recording system and the communication system 74. The recorded or transferred signal is reproduced by the reproducing system 77. CMOS sensor 72, signal processing circuit 73
Is controlled by the timing control circuit 75, and the optical system 7
1, the timing control circuit 75, the recording / communication system 74, and the reproduction system 77 are controlled by the system control circuit 76. The timing control circuit 75 can select independent reading or addition reading.
【００４２】前述した高画素読出し（全画素読出し）と
低画素読出し（加算読出し）とでは水平と垂直駆動パル
スが異なる。従って読出しモード毎にセンサーの駆動タ
イミング、信号処理回路の解像度処理、記録系の記録画
素数を変える必要がある。これらの制御はシステムコン
トロール回路７６で各読出しモードに応じて行われる。
また読出しモードで、加算により感度が異なる。例えば
高画素読出しに対し加算読出しでは信号量が２倍にな
る。このままではダイナミックレンジが１／２になるた
め不図示の絞りを半絞り小さく制御することにより適正
信号を得る。この結果、低照度時は１／２の明るさまで
撮影可能となる。信号処理回路及び記録系は高精細用と
動画像用に別に設けても良い。The above-described high pixel read (all pixel read) and low pixel read (additive read) have different horizontal and vertical drive pulses. Therefore, it is necessary to change the driving timing of the sensor, the resolution processing of the signal processing circuit, and the number of recording pixels of the recording system for each read mode. These controls are performed by the system control circuit 76 according to each read mode.
In addition, in the read mode, the sensitivity varies depending on the addition. For example, the signal amount in the addition reading is doubled as compared with the high pixel reading. Since the dynamic range is halved as it is, an appropriate signal can be obtained by controlling the aperture (not shown) to a small aperture. As a result, when the illuminance is low, it is possible to shoot up to half the brightness. The signal processing circuit and the recording system may be separately provided for high definition and moving images.
【００４３】[0043]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
画素信号の読出しを、独立読出しと加算読出しを選択す
ることにより、高精細画像と動画像（標準画像あるいは
低解像画像）とを切替えることができる。動画像では間
引き処理をしないためモアレが少なく、またＳ／Ｎが向
上し、低消費電力である。As described above, according to the present invention,
High-definition images and moving images (standard images or low-resolution images) can be switched by selecting independent reading or addition reading from the pixel signals. Since moving images are not thinned out, moire is reduced, S / N is improved, and power consumption is low.
【００４４】また本発明では２行の信号の一部を同一メ
モリへ転送できる様にしたのでメモリあるいは水平信号
線での加算ができるようになった。Further, in the present invention, since a part of the signals of two rows can be transferred to the same memory, it is possible to perform addition in the memory or the horizontal signal line.
【図１】本発明のカラー撮像装置による画素信号読出し
方法を示す概略説明図である。FIG. 1 is a schematic explanatory diagram showing a pixel signal reading method by a color imaging device of the present invention.
【図２】ＣＭＯＳセンサーおよび読み出し回路を示す回
路図である。FIG. 2 is a circuit diagram showing a CMOS sensor and a readout circuit.
【図３】本発明のカラー撮像装置の回路構成図である。FIG. 3 is a circuit configuration diagram of a color imaging device of the present invention.
【図４】画素信号をメモリへ転送するタイミングを示す
タイミングチャートである。FIG. 4 is a timing chart showing a timing of transferring a pixel signal to a memory.
【図５】メモリ信号を独立に読出す時と加算して読出す
時のタイミングを示すタイミングチャートである。FIG. 5 is a timing chart showing timings of reading a memory signal independently and adding and reading the memory signal.
【図６】共通アンプ画素の例を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing an example of a common amplifier pixel.
【図７】本発明による撮像システムの概略図である。FIG. 7 is a schematic diagram of an imaging system according to the present invention.
１１，１２ 読み出し回路 11,12 Readout circuit
Claims (7)
有し、第１の色フィルターを一の斜め方向に配列すると
ともに、第２の色フィルターと第３の色フィルターとを
該一の斜め方向と交差する他の斜め方向に配列した２行
２列の基本配列を、前記複数の画素に対して水平方向及
び垂直方向に配置した撮像素子と、 前記第１の色フィルターが配列された、前記一の斜め方
向に隣接した２以上の画素の信号を加算する第１の加算
手段と、 前記第２の色フィルターが配列された、水平方向の２以
上の画素の信号を加算するとともに、前記第３の色フィ
ルターが配列された、水平方向の２以上の画素の信号を
加算する第２の加算手段と、 を備えたカラー撮像装置。 1. A plurality of pixels arranged in a matrix
And having the first color filter arranged in one diagonal direction
Both the second color filter and the third color filter
Two rows arranged in the other diagonal direction intersecting the one diagonal direction
A two-column basic array is applied horizontally to the plurality of pixels.
And the image sensor arranged in the vertical direction and the first diagonal direction in which the first color filter is arranged.
First addition for adding signals of two or more adjacent pixels
Means and two or more in the horizontal direction in which the second color filters are arranged.
The signals of the upper pixels are added and the third color filter is added.
The signals of two or more pixels in the horizontal direction in which the
A color image pickup apparatus comprising: a second adding unit for adding .
て、前記第１の色フィルターはＧ（緑）色の色フィルタ
ーであり、前記第２及び第３の色フィルターはＲ（赤）
及びＢ（青）色の色フィルターであるカラー撮像装置。2. The color image pickup device according to claim 1, wherein the first color filter is a G (green) color filter, and the second and third color filters are R (red).
And a color image pickup device having B (blue) color filters.
て、前記Ｇ色の色フィルターが配された２以上の画素を
含む複数の画素で単位セルを構成し、該単位セル内でＧ
色の色フィルターが配された画素からの信号を加算する
ことを特徴とするカラー撮像装置。3. The color image pickup device according to claim 2, wherein a unit cell is composed of a plurality of pixels including two or more pixels in which the G color filter is arranged, and the unit cell includes G pixels.
A color image pickup device, wherein signals from pixels provided with color filters are added.
撮像装置において、各画素信号を独立に読出す手段と画
素信号をそれぞれ色ごとに加算して読出す手段とを切替
える切替手段を有することを特徴とするカラー撮像装
置。4. The color image pickup device according to claim 1, further comprising a switching unit for switching between a unit for independently reading out each pixel signal and a unit for adding and reading out pixel signals for each color. A color image pickup device having.
ラー撮像装置において、 前記撮像素子は、前記第１の色フィルターが配列された
複数の画素からの信号を順次読み出すための第１の共通
出力線と、前記複数の画素が配された領域について前記
第１の共通出力線と反対方向に設けられた、前記第２及
び第３の色フィルターが配列された複数の画素からの信
号を順次読み出すための第２の共通出力線とを有し、前
記第１の加算手段によって加算された信号は、前記第１
の共通出力線を介して出力し、前記第２の加算手段で加
算された信号は、前記第２の共通 出力線を介して出力す
ることを特徴とするカラー撮像装置。 5. The engine according to any one of claims 1 to 4.
Image pickup device, the first color filter is arranged in the image pickup device.
First common for sequentially reading signals from a plurality of pixels
Regarding the output line and the area where the plurality of pixels are arranged,
The second and second electrodes are provided in the opposite direction to the first common output line.
And signals from a plurality of pixels in which the third color filter is arranged.
A second common output line for sequentially reading the signals,
The signal added by the first adding means is the first
Output through the common output line of the
The calculated signal is output via the second common output line.
A color image pickup device comprising:
ラー撮像装置において、 前記撮像素子は、複数の画素からの信号を蓄積する複数
のメモリと、前記メモリ間を接続するトランジスタと、
前記複数のメモリからの信号を順次出力する共通出力線
とを有し、前記第１及び第２の加算手段は、前記トラン
ジスタを制御することにより、複数の画素からの信号の
加算を行うことを特徴とするカラー撮像装置。 6. A mosquito according to any one of claims 1 to 4.
Image pickup device, the image pickup device includes a plurality of image pickup devices that store signals from a plurality of pixels.
And a transistor connecting between the memories,
A common output line for sequentially outputting signals from the plurality of memories
And the first and second adding means are
By controlling the register, the signal from multiple pixels
A color imaging device characterized by performing addition.
のカラー撮像装置と、該カラー撮像装置へ光を結像する
光学系と、該撮像装置からの出力信号を処理する信号処
理回路とを有することを特徴とする撮像システム。A color imaging device according to any one of claims 7. The method of claim 1 to 6, an optical system for focusing light to said color imaging apparatus, signal processing for processing an output signal from the imaging device An imaging system comprising: a circuit.
Priority Applications (2)
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