JP4424101B2

JP4424101B2 - 固体撮像装置

Info

Publication number: JP4424101B2
Application number: JP2004205640A
Authority: JP
Inventors: 昇司宋
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-07-13
Filing date: 2004-07-13
Publication date: 2010-03-03
Anticipated expiration: 2024-07-13
Also published as: JP2006033129A

Description

本発明は、静止画と動画の両方に対応した３板固体撮像装置に関するものである。

近年、ビデオカメラやデジタルスチルカメラでは、静止画／動画対応の固体撮像素子の多画素化が進んでいる。動画の場合、出力の規格（ＮＴＳＣ，ＰＡＬ）が決まっており、特に多画素固体撮像素子では出力規格を満足させるために固体撮像素子側で間引き／画素加算を行い動作周波数を下げる必要がある。図４は一般に使用されている単板固体撮像素子の色フィルタを示したものであり、補色系フィルタの図４（ａ）、原色系フィルタの図４（ｂ）のように２行２列単位のフィルタ構成になっている。そのため、同じ色の画素を等間隔で画素間引きや画素混合することができない。その対策として、静止画／動画対応の単板固体撮像素子として、図５や図６のように２行８列単位の色フィルタ（公開番号：特開２０００−３０８０７８）や行毎に色フィルタをかえるストライプフィルタ（公開番号：特開２０００−３０８０７５）が提案されている。

一方、図７に一般的な画素ずらしした３板固体撮像装置を示す。

図７（ａ）のようにレンズ１０１を通過した光をプリズム１０２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１０３を割り当てる。さらに水平・垂直解像度をあげるために図７（ｂ）のように固体撮像素子の水平および垂直方向の画素配列間隔をそれぞれＰｈ、Ｐｖとするとき、前記Ｇ用の撮像素子を前記ＲおよびＢ用の撮像素子に対し、水平・垂直方向にそれぞれ（Ｐｈ／２）、（Ｐｖ／２）だけずらして配置する斜め画素ずらし法が一般的になっている。このように画素ずらしした３板固体撮像装置は、単板固体撮像素子よりも少ない画素数で高い周波数帯域が得られる。しかし、静止画の画素数を上げるために固体撮像素子の画素数を増やしていくと単板固体撮像素子と同様動画時の処理として間引きや画素加算が必須になる。図７（ｃ）のように画素ずらししたＲＧＢ用３枚の板固体撮像素子を円で囲まれた画素の２行２列画素加算した場合、ＲＧＢＲＧＢ用それぞれの固体撮像素子出力の重心は、図７（ｄ）のようになり、空間的に均等配置にならず間欠部分が多数存在する。そのため、画素ずらしした３板固体撮像装置の偶数画素の加算や間引きは解像度劣化の原因になり対策回路が増加するという欠点を有していた。
特開２０００−３０８０７８号公報特開２０００−３０８０７５号公報

しかしながら、従来の画素ずらしした３板固体撮像装置では、動画時に固体撮像素子で画素混合する場合、単純にＲＢＧＢ用固体撮像素子の画素加算をそれぞれ同じようにじように加算すると重心が空間的に均等配置にならず、間欠部分が多数発生するため必要な周波数を確保できなかった。

本発明は上記課題を解決するために、ＲＧＢにそれぞれ専用の撮像素子を用いる３板方式撮像装置であり、前記撮像素子の水平および垂直方向の画素配列間隔をそれぞれＰｈ、Ｐｖとするとき、前記Ｇ用の撮像素子を前記ＲおよびＢ用の撮像素子に対し、水平・垂直方向にそれぞれ（Ｐｈ／２）、（Ｐｖ／２）だけずらして配置する斜め画素ずらし配置を行う撮像装置であって、前期それぞれの固体撮像素子の光電変換素子のｎビット（ｎは２以上）を水平方向に加算する場合、Ｒ用の撮像素子の出力の重心がＢ用の撮像素子の出力の重心に対して水平・垂直方向それぞれにおいて交互に存在するように加算するものである。

これにより、画素ずらしした３板固体撮像装置を使用して画素加算を行う場合、ＲＧＢ用の固体撮像素子の画素加算結果のそれぞれの重心が水平垂直とも市松配置でありかつＲＢ用の固体撮像素子の画素加算結果のそれぞれの重心が水平垂直とも交互に配置されるになるように水平ライン毎に画素の組み合わせを変えて加算することを最も主要な特徴とする。

本発明の３板固体撮像装置は、動画出力時の水平方向の偶数画素加算時はにＲＧＢ用の固体撮像素子の画素加算結果のそれぞれの重心が水平垂直とも市松配置でありかつＲＢ用の固体撮像素子の画素加算結果のそれぞれの重心が水平垂直とも交互に配置されるになるように水平ライン毎に画素の組み合わせを変えて加算するため、加算後の水平方向の画素数が従来の２倍になり、ＲＧＢ用固体撮像素子それぞれの出力の重心が市松配置になるため後段の信号処理で空間的に欠落している部分の画素データを簡単な構成で補間でき周波数帯域を確保できるという利点がある。

請求項１に記載の発明は、ＲＧＢにそれぞれ専用の撮像素子を用いる３板方式撮像装置であり、前記撮像素子の水平および垂直方向の画素配列間隔をそれぞれＰｈ、Ｐｖとするとき、前記Ｇ用の撮像素子を前記ＲおよびＢ用の撮像素子に対し、水平・垂直方向にそれぞれ（Ｐｈ／２）、（Ｐｖ／２）だけずらして配置する斜め画素ずらし配置を行う撮像装置であって、前期それぞれの固体撮像素子の光電変換素子のｎビット（ｎは２以上）を水平方向に加算する場合、Ｒ用の撮像素子の出力の重心がＢ用の撮像素子の出力の重心に対して水平・垂直方向それぞれにおいて交互に存在するように加算するものであり、これにより、画素ずらしした３板固体撮像装置素子で動画時に画素混合をしつつ周波数帯域の確保を実現した。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

（実施の形態１）
図１は本発明の３板固体撮像装置に使用している固体撮像素子１０３の一例を示す図であるり、図７（ａ）に示すように図１記載の固体撮像素子を赤（Ｒ）、青（Ｂ）、緑（Ｇ）として３つ使用する。本実施形態に使用している固体撮像素子１０３は、インターライン型の固体撮像素子であり、１０は画素であり、通常フォトダイオードで構成する。１２は垂直転送部であり、１１は画素１０に蓄積した信号（画素信号）を垂直転送部１２に転送するための転送部であるが、垂直転送部１２のゲートと共通化している。垂直転送部１２は、その４相ゲートにハイ、ミドル、ローの３レベルからなる３値パルスを入力して駆動するが、画素１０から画素信号の垂直転送部への読み出しは、ハイレベルを供給することによって行ない、垂直転送部内における転送の際は、ミドル、ローレベルの２値パルスによる４相駆動によって行なう。なお、前期垂直転送部１２は１画素あたり２ゲートの構成となっており、転送できる画素数は垂直画素数の半分である。また、本発明の３板固体撮像素子は、図７（ａ）に示すように本発明の３板固体撮像装置で、図１に示す固体撮像素子を赤（Ｒ）、青（Ｂ）、緑（Ｇ）として３つ使用している。本撮像素子の基本的な動作は、一般的なインターライン型のＣＣＤと同様であるが、その概要をビデオ信号生成のための動画撮像の場合の例を説明する。垂直部ランキング期間中に画素信号を垂直転送部１２に読み出し、垂直転送部では水平のブランキング期間に画素信号を垂直方向に順次転送する。水平転送部では垂直転送部から転送された１ライン分の画素信号を、出力アンプ１４を介して出力端子１５より水平走査期間中に順次出力する。

図２は、本発明の実施形態１において３板固体撮像装置の加算方法の一例を示すものであり、２行２列の画素加算を実施した場合である。図２において、Ｖ１，Ｖ２，ＢＶ３，Ｖ４は垂直転送部１２入力する４相かつ３値の垂直転送パルスであり、Ｈ１，Ｈ２は水平転送部１３に入力する２相の水平駆動パルスである。また、Ｇ，Ｒ＿ＲｅｓｅｔはＧとＲ用の固体撮像素子に入力される出力アンプのリセットパルスであり、Ｂ＿Ｒｅｓｅｔは、Ｂ用の固体撮像素子に入力される出力アンプのリセットパルスである。一般的な動画対応固体撮像素子で実施されている垂直方向の加算の一例であるＰＤミックスについては一般的なので説明を省略する。それ以外の垂直方向の画素加算の一例を説明する。

垂直方向の加算をしない通常転送時は水平駆動パルスＨ１，Ｈ２が停止している水平ブランキング期間に垂直転送を１回のみ実施する。しかし、図２（ａ）に示すように垂直２画素加算時は水平ブランキング期間に垂直転送を垂の直転送１および垂直転送２の期間にそれぞれ１回ずつ垂直転送部１２から水平転送部１３に画素信号を転送することにより水平転送部１３で２画素混合が実施される。

次に水平方向の加算について説明する。図２は出力アンプ１４に入力するリセットパルス（Ｒｅｓｅｔ）を制御して水平方向の加算を実施する時のタイミングチャートを示す。通常の水平転送では１水平駆動期間（ｔ１−ｔ２，ｔ２−ｔ３，ｔ３−ｔ４，ｔ４−ｔ５のそれぞれの期間）毎にリセットパルスを入力し、１画素毎の転送を実施するが、図２（ｂ）に示すように２水平駆動期間毎にリセットパルス（Ｇ，Ｒ＿Ｒｅｓｅｔ，Ｂ＿Ｒｅｓｅｔ）を入力し、出力アンプ１４で水平方向の２画素混合を実施する。図２（ｂ）ではＧとＲ用の固体撮像素子１０３のリセットパルス（Ｇ，Ｒ＿Ｒｅｓｅｔ）をｔ１，ｔ３に入力することによりｔ１からｔ３，ｔ３からｔ５に転送される２画素分の信号が加算されて出力される。Ｂ用の固体撮像素子のリセットパルス（Ｂ＿Ｒｅｓｅｔ）は、Ｇ，とＲ用の固体撮像素子と異なるｔ２，ｔ４にリセットを入力することによりｔ２からｔ４の２画素分の信号が加算されて出力される。ＧとＲ用の固体撮像素子１０３の出力の重心がＢ用の固体撮像素子の出力の重心に対して水平・垂直方向それぞれにおいて交互に存在するように加算するようにするため、それぞれのリセットパルスは１水平駆動期間毎に水平基準に対して逆の位相で入力される。異なる画素の混合になるように切り替えて入力される。

図３は、本発明の実施形態１において３板固体撮像素子装置の加算方法の一例を示すものである。

図３（ｃ）の円で囲まれた画素の混合を実施し、Ｒ用の固体撮像素子１０３の出力の重心がＢ用の固体撮像素子１０３の出力の重心に対して水平・垂直方向それぞれにおいて交互に存在するように加算することにより、図３（ｄ）のようにＲＧＢ用固体撮像素子のそれぞれの出力の重心が市松配置になりかつ水平方向の画素数も２倍になり、解像度の劣化を低減する効果がある。

このようにＶ垂直転送パルスや水平駆動パルス、リセットパルスの制御を変更するだけで既存の固体撮像素子を用いて水平・垂直の画素混合が簡単にできる。

なお、画素混合を垂直や水平転送段の構造を変えた固体撮像素子をしよう使用することにより駆動周波数を低くしても実現できる。

本発明にかかる３板固体撮像装置は、Ｒ用の撮像素子の出力の重心がＢ用の撮像素子の出力の重心に対して水平・垂直方向それぞれにおいて交互に存在するように加算することにより空間位置的なサンプルポイントが増加し解像度の劣化を低減できる。

本発明の実施の形態１に於ける固体撮像素子の構造を示した説明図本発明の実施の形態１に於ける３板固体撮像装置の実施方法を示した説明図本発明の実施の形態１に於ける３板固体撮像装置の画素混合の一例を示した説明図従来の単板撮像装置の色フィルタを示した模式図従来の静止画／動画対応の単板撮像装置の色フィルタを示した模式図従来の静止画／動画対応の単板撮像装置の色フィルタを示した模式図従来の静止画／動画対応の画素ずらしした３板撮像装置を示した模式図

符号の説明

１０画素
１１転送部
１２垂直転送部
１３水平転送部
１４出力アンプ
１０１レンズ
１０２プリズム
１０３固体撮像素子

Claims

ＲＧＢにそれぞれ専用の撮像素子を用いる３板方式撮像装置であり、前記撮像素子の水平および垂直方向の画素配列間隔をそれぞれＰｈ、Ｐｖとするとき、前記Ｇ用の撮像素子を前記ＲおよびＢ用の撮像素子に対し、水平・垂直方向にそれぞれ（Ｐｈ／２）、（Ｐｖ／２）だけずらして配置する斜め画素ずらし配置を行う撮像装置であって、前期それぞれの固体撮像素子の光電変換素子のｎビット（ｎは２以上）を水平方向に加算する場合、Ｒ用の撮像素子の出力の重心がＢ用の撮像素子の出力の重心に対して水平・垂直方向それぞれにおいて交互に存在するように加算することを特徴とする固体撮像装置。