JP4626706B2 - Solid-state imaging device, signal processing method for solid-state imaging device, and imaging device - Google Patents

Solid-state imaging device, signal processing method for solid-state imaging device, and imaging device Download PDF

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Description

本発明は、固体撮像装置、固体撮像装置の信号処理方法および撮像装置に関する。   The present invention relates to a solid-state imaging device, a signal processing method for the solid-state imaging device, and an imaging device.

固体撮像装置において、高感度化を目的として、輝度信号の主成分となる色、例えば白色(W;White)を用いたカラーコーディングの色フィルタアレイやその信号処理に関して、これまで数多くの提案がなされてきている(例えば、特許文献1参照)。白色を用いたカラーコーディングとしては、特に白色を市松状に配列した白色市松のカラーコーディングが多い。   In a solid-state imaging device, many proposals have been made so far regarding color coding color filter arrays using a color that is a main component of a luminance signal, for example, white (W), and signal processing for the purpose of increasing sensitivity. (For example, see Patent Document 1). As color coding using white, there are many color coding of white checkered in which white is arranged in a checkered pattern.

白色を用いた色フィルタアレイは、従来から広く使われてきたRGBベイヤ配列の色フィルタアレイに比べて出力電圧が高くなることから、固体撮像装置の高感度化を図ることができる。ここで、RGBベイヤ配列は、緑色(G;Green)を市松状に配置し、残りの部分に赤色(R;Red)、青色(B;Blue)を市松状に配列したカラーコーディングである。   Since the color filter array using white has a higher output voltage than the color filter array of the RGB Bayer array that has been widely used heretofore, the sensitivity of the solid-state imaging device can be increased. Here, the RGB Bayer arrangement is color coding in which green (G; Green) is arranged in a checkered pattern and red (R; Red) and blue (B: Blue) are arranged in a checkered pattern in the remaining part.

一方、RGBベイヤ配列の色フィルタアレイを用いた固体撮像装置において、RGBの信号からYUVの信号(Y:輝度信号、U,V:色差信号)に変換する場合などには輝度信号Yを生成するのに演算処理が必要となる。その演算処理として、例えば、Y=0.29891×R+0.58661×G+0.11448×Bの演算が行われる。これらの演算処理は、一般的に、固体撮像装置の基板(センサチップ)外に設けられるDSP(Digital Signal Processor;デジタル信号処理回路)で行われている。   On the other hand, in a solid-state imaging device using an RGB Bayer array color filter array, a luminance signal Y is generated when converting an RGB signal into a YUV signal (Y: luminance signal, U, V: color difference signal). Therefore, an arithmetic process is required. As the calculation process, for example, a calculation of Y = 0.29891 × R + 0.58661 × G + 10.1448 × B is performed. These arithmetic processes are generally performed by a DSP (Digital Signal Processor) provided outside the substrate (sensor chip) of the solid-state imaging device.

特開2007−287891号公報JP 2007-287891 A

上述したように、色フィルタアレイに輝度信号の主成分となる白色フィルタを用いることで、固体撮像装置の高感度化を図ることができる。この白色フィルタを用いた色フィルタアレイにおいてさらに、その色配列あるいは信号処理に工夫を加えることで、解像度の低下を抑えながら、即ち解像度を極力落とさずに、感度を上げることができる。   As described above, by using the white filter that is the main component of the luminance signal in the color filter array, it is possible to increase the sensitivity of the solid-state imaging device. In addition, in the color filter array using the white filter, the sensitivity can be increased while suppressing a decrease in resolution, that is, without reducing the resolution as much as possible, by devising the color arrangement or signal processing.

そこで、本発明は、解像度を極力落とさずに、感度を上げることができる新規な色配列の色フィルタアレイを有する固体撮像装置、当該固体撮像装置の信号処理方法および当該固体撮像装置を有する撮像装置を提供することを目的とする。
Accordingly, the present invention provides a solid-state imaging device having a color filter array having a novel color arrangement that can increase sensitivity without reducing the resolution as much as possible, a signal processing method for the solid-state imaging device, and an imaging device having the solid-state imaging device The purpose is to provide.

上記目的を達成するために、本発明は、
画素が行列状に2次元配置された画素アレイ部上に設けられ、輝度信号の主成分となる第1色のフィルタが市松状に配置され、輝度信号の主成分となる第2色のフィルタが斜め方向、縦方向または横方向において4画素単位でストライプ状に配列された色配列の色フィルタ部を有する固体撮像装置において、
前記画素アレイ部の各画素から出力される前記色フィルタ部の色配列に対応した信号に対して、前記第1色のフィルタの画素に隣接する前記第2色のフィルタの画素の信号を前記第1色のフィルタの画素の信号に加算する処理を行う
構成を採っている。
In order to achieve the above object, the present invention provides:
Pixels are provided on a pixel array section that is two-dimensionally arranged in a matrix, the first color filter that is the main component of the luminance signal is arranged in a checkered pattern, and the second color filter that is the main component of the luminance signal is In a solid-state imaging device having a color filter portion of a color arrangement arranged in a stripe pattern in units of four pixels in an oblique direction, a vertical direction or a horizontal direction,
In response to the signal corresponding to the color arrangement of the color filter unit output from each pixel of the pixel array unit, the signal of the pixel of the second color filter adjacent to the pixel of the filter of the first color is the first signal. It adopts a configuration that performs processing to add to the signal of the pixel of one color filter.

輝度信号の主成分となる第1色、第2色のフィルタは、他の色のフィルタに比較して感度が高い。したがって、第1色のフィルタが市松状に配置され、第2色のフィルタが斜め方向、縦方向または横方向において4画素単位でストライプ状に配列された色配列において、第1色のフィルタの画素に隣接する第2色のフィルタの画素の信号を第1色のフィルタの画素の信号に加算して輝度信号の主成分とすることで輝度信号量が増大する。
The first color and second color filters, which are the main components of the luminance signal, have higher sensitivity than other color filters. Therefore, in the color arrangement in which the first color filters are arranged in a checkered pattern and the second color filters are arranged in a stripe pattern in units of four pixels in the diagonal direction, the vertical direction, or the horizontal direction, the pixels of the first color filter The amount of the luminance signal is increased by adding the signal of the pixel of the filter of the second color adjacent to the signal of the pixel of the filter of the first color to be the main component of the luminance signal.

本発明によれば、第1色のフィルタの画素に隣接する第2色のフィルタの画素の信号を第1色のフィルタの画素の信号に加算して輝度信号の主成分に利用することで、輝度信号量を増大させることができるため、解像度を極力落とさずに感度を上げることができる。
According to the present invention, the signal of the pixel of the second color filter adjacent to the pixel of the filter of the first color is added to the signal of the pixel of the filter of the first color and used as the main component of the luminance signal, Since the luminance signal amount can be increased, the sensitivity can be increased without reducing the resolution as much as possible.

以下、発明を実施するための最良の形態(以下、「実施形態」と記述する)について図面を用いて詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。

1.第1実施形態(センサチップ上での色変換処理の場合)
2.第2実施形態(センサチップ外での色変換処理の場合)
3.変形例
4.適用例(撮像装置)
Hereinafter, the best mode for carrying out the invention (hereinafter referred to as “embodiment”) will be described in detail with reference to the drawings. The description will be given in the following order.

1. First embodiment (in the case of color conversion processing on a sensor chip)
2. Second embodiment (in the case of color conversion processing outside the sensor chip)
3. Modified example 4. Application example (imaging device)

<1.第1実施形態>
[システム構成]
図1は、本発明の第1実施形態に係る固体撮像装置、例えばX−Yアドレス型固体撮像装置の一種であるCMOSイメージセンサの構成の概略を示すシステム構成図である。
<1. First Embodiment>
[System configuration]
FIG. 1 is a system configuration diagram showing an outline of the configuration of a solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention, for example, a CMOS image sensor which is a kind of XY address type solid-state imaging device.

本実施形態に係るCMOSイメージセンサ10Aは、半導体基板(以下、単に「センサチップ」と記述する場合もある)11上に形成された画素アレイ部12と、当該画素アレイ部12と同じ半導体基板11上に集積された周辺回路部とを有する構成となっている。周辺回路部としては、例えば、垂直駆動部13、カラム処理部14、水平駆動部15、変換処理部16およびシステム制御部18が設けられている。   The CMOS image sensor 10 </ b> A according to the present embodiment includes a pixel array unit 12 formed on a semiconductor substrate (hereinafter sometimes simply referred to as “sensor chip”) 11, and the same semiconductor substrate 11 as the pixel array unit 12. And a peripheral circuit portion integrated thereon. As the peripheral circuit unit, for example, a vertical driving unit 13, a column processing unit 14, a horizontal driving unit 15, a conversion processing unit 16, and a system control unit 18 are provided.

画素アレイ部12には、入射する可視光をその光量に応じた電荷量に光電変換する光電変換素子を含む図示せぬ単位画素(以下、単に「画素」と記述する場合もある)が行列状に2次元配置されている。単位画素の具体的な回路構成については後述する。この画素アレイ部12の受光面(光入射面)側には、色フィルタアレイ30が設けられている。本実施形態では、この色フィルタアレイ30のカラーコーディングを特徴の一つとしており、その詳細については後述する。   In the pixel array unit 12, unit pixels (not shown) including a photoelectric conversion element that photoelectrically converts incident visible light into a charge amount corresponding to the amount of light (hereinafter sometimes simply referred to as “pixel”) are arranged in a matrix. Are two-dimensionally arranged. A specific circuit configuration of the unit pixel will be described later. A color filter array 30 is provided on the light receiving surface (light incident surface) side of the pixel array unit 12. In this embodiment, the color coding of the color filter array 30 is one of the features, and details thereof will be described later.

画素アレイ部12にはさらに、行列状の画素配列に対して行ごとに画素駆動線18が図の左右方向(画素行の画素配列方向/水平方向)に沿って配線され、列ごとに垂直信号線19が図の上下方向(画素列の画素配列方向/垂直方向)に沿って形成されている。図1では、画素駆動線18について1本として示しているが、1本に限られるものではない。画素駆動線18の一端は、垂直駆動部13の各行に対応した出力端に接続されている。   The pixel array unit 12 is further provided with a pixel drive line 18 for each row of the matrix-like pixel arrangement along the horizontal direction (pixel arrangement direction / horizontal direction of the pixel row) for each row, and a vertical signal for each column. A line 19 is formed along the vertical direction (pixel array direction / vertical direction of the pixel column) in the figure. In FIG. 1, one pixel drive line 18 is shown, but the number is not limited to one. One end of the pixel drive line 18 is connected to an output end corresponding to each row of the vertical drive unit 13.

垂直駆動部13は、シフトレジスタやアドレスデコーダなどによって構成されている。ここでは、具体的な構成については図示を省略するが、垂直駆動部13は、読出し走査系と掃出し走査系とを有する構成となっている。読出し走査系は、信号を読み出す単位画素について行単位で順に選択走査を行う。   The vertical drive unit 13 includes a shift register, an address decoder, and the like. Here, although the illustration of a specific configuration is omitted, the vertical drive unit 13 has a configuration including a readout scanning system and a sweep scanning system. The readout scanning system sequentially performs selective scanning in units of rows for unit pixels from which signals are read out.

一方、掃出し走査系は、読出し走査系によって読出し走査が行われる読出し行に対し、その読出し走査よりもシャッタスピードの時間分だけ先行して当該読出し行の単位画素の光電変換素子から不要な電荷を掃き出す(リセットする)掃出し走査を行う。この掃出し走査系による不要電荷の掃き出し(リセット)により、いわゆる電子シャッタ動作が行われる。ここで、電子シャッタ動作とは、光電変換素子の光電荷を捨てて、新たに露光を開始する(光電荷の蓄積を開始する)動作のことを言う。   On the other hand, the sweep-out scanning system removes unnecessary charges from the photoelectric conversion elements of the unit pixels of the readout row preceding the readout scan by the time of the shutter speed with respect to the readout row where the readout scanning is performed by the readout scanning system. Sweep out (reset) sweep scanning. A so-called electronic shutter operation is performed by sweeping (reset) unnecessary charges by the sweep scanning system. Here, the electronic shutter operation refers to an operation in which the photoelectric charge of the photoelectric conversion element is discarded and a new exposure is started (photocharge accumulation is started).

読出し走査系による読出し動作によって読み出される信号は、その直前の読出し動作または電子シャッタ動作以降に入射した光量に対応するものである。そして、直前の読出し動作による読出しタイミングまたは電子シャッタ動作による掃出しタイミングから、今回の読出し動作による読出しタイミングまでの期間が、単位画素における光電荷の蓄積時間(露光時間)となる。   The signal read by the reading operation by the reading scanning system corresponds to the amount of light incident after the immediately preceding reading operation or electronic shutter operation. The period from the read timing by the previous read operation or the sweep timing by the electronic shutter operation to the read timing by the current read operation is the photocharge accumulation time (exposure time) in the unit pixel.

垂直駆動部13によって選択走査された画素行の各単位画素から出力される信号は、垂直信号線19の各々を通してカラム処理部14に供給される。カラム処理部14は、画素アレイ部12の画素列ごとに、選択行の各画素から出力されるアナログの画素信号に対してあらかじめ定められた信号処理を行う。   A signal output from each unit pixel of the pixel row selectively scanned by the vertical driving unit 13 is supplied to the column processing unit 14 through each of the vertical signal lines 19. The column processing unit 14 performs predetermined signal processing on the analog pixel signal output from each pixel in the selected row for each pixel column of the pixel array unit 12.

カラム処理部14での信号処理としては、例えばCDS(Correlated Double Sampling;相関二重サンプリング)処理が挙げられる。CDS処理は、選択行の各画素から出力されるリセットレベルと信号レベルとを取り込み、これらのレベル差を取ることによって1行分の画素の信号を得るとともに、画素の固定パターンノイズを除去する処理である。カラム処理部14に、アナログの画素信号をデジタル化するA/D変換機能を持たせる場合もある。   Examples of signal processing in the column processing unit 14 include CDS (Correlated Double Sampling) processing. In the CDS process, a reset level and a signal level output from each pixel in a selected row are captured, and a signal of pixels for one row is obtained by taking a difference between these levels, and a fixed pattern noise of the pixel is removed. It is. The column processing unit 14 may be provided with an A / D conversion function for digitizing an analog pixel signal.

水平駆動部15は、シフトレジスタやアドレスデコーダなどによって構成され、カラム処理部14の画素列に対応した回路部分を順番に選択走査する。この水平駆動部15による選択走査により、カラム処理部14で画素列ごとに信号処理された画素信号が順番に出力される。   The horizontal driving unit 15 includes a shift register, an address decoder, and the like, and selectively scans circuit portions corresponding to the pixel columns of the column processing unit 14 in order. By the selective scanning by the horizontal driving unit 15, pixel signals that are signal-processed for each pixel column by the column processing unit 14 are sequentially output.

変換処理部16は、画素アレイ部12からカラム処理部14を経由して出力される、先述した色フィルタアレイ(色フィルタ部)30の色配列に対応した信号を、演算処理にてベイヤ配列に対応した信号に変換する処理を行う。本実施形態では、この変換処理部16を画素アレイ部12と同じ基板、即ちセンサチップ11上に設け、当該センサチップ11上で色変換処理を行ってベイヤ配列に対応した信号をセンサチップ11外へ出力する点をもう一つの特徴としている。変換処理部16での具体的な変換処理の詳細については後で詳細に説明する。   The conversion processing unit 16 converts the signal corresponding to the color array of the color filter array (color filter unit) 30 output from the pixel array unit 12 via the column processing unit 14 into a Bayer array by arithmetic processing. Performs conversion to the corresponding signal. In the present embodiment, the conversion processing unit 16 is provided on the same substrate as the pixel array unit 12, that is, the sensor chip 11, and color conversion processing is performed on the sensor chip 11 to output a signal corresponding to the Bayer array outside the sensor chip 11. Another feature is the point of output to. Details of specific conversion processing in the conversion processing unit 16 will be described later in detail.

ここで、ベイヤ配列とは、周知の通り、高解像度が必要な輝度信号の主成分となる色を市松状に配置し、残りの部分に比較的解像度が要求されない、色情報成分となる2種類の色を市松状に配列した色配列を言う。ベイヤ配列の基本形としては、輝度信号の寄与する割合の大きい緑色(G)を市松状に配置し、残りの部分にR(赤色)/B(青色)を市松状に配列した色配列のカラーコーディングが挙げられる。   Here, as is well known, the Bayer array is two types of color information components in which colors that are the main components of a luminance signal that requires high resolution are arranged in a checkered pattern, and the remaining portions do not require a relatively high resolution. A color arrangement in which the colors of are arranged in a checkered pattern. As a basic form of the Bayer arrangement, color coding of a color arrangement in which green (G), which has a large contribution ratio of the luminance signal, is arranged in a checkered pattern and R (red) / B (blue) is arranged in a checkered pattern in the remaining part. Is mentioned.

システム制御部17は、センサチップ11の外部から与えられるクロックや、動作モードを指令するデータなどを受け取り、また、本CMOSイメージセンサ10の内部情報などのデータを出力する。システム制御部17はさらには、各種のタイミング信号を生成するタイミングジェネレータを有し、当該タイミングジェネレータで生成された各種のタイミング信号を基に垂直駆動部13、カラム処理部14、水平駆動部14および変換処理部16などの駆動制御を行う。   The system control unit 17 receives a clock given from the outside of the sensor chip 11, data for instructing an operation mode, and the like, and outputs data such as internal information of the CMOS image sensor 10. The system control unit 17 further includes a timing generator that generates various timing signals, and based on the various timing signals generated by the timing generator, the vertical driving unit 13, the column processing unit 14, the horizontal driving unit 14, and the like. Drive control of the conversion processing unit 16 and the like is performed.

(単位画素の回路構成)
図2は、単位画素20の回路構成の一例を示す回路図である。図2に示すように、本回路例に係る単位画素20は、光電変換素子、例えばフォトダイオード21と、例えば転送トランジスタ22、リセットトランジスタ23、増幅トランジスタ24および選択トランジスタ25の4つのトランジスタとを有する構成となっている。
(Circuit configuration of unit pixel)
FIG. 2 is a circuit diagram illustrating an example of a circuit configuration of the unit pixel 20. As shown in FIG. 2, the unit pixel 20 according to this circuit example includes a photoelectric conversion element, for example, a photodiode 21, and four transistors, for example, a transfer transistor 22, a reset transistor 23, an amplification transistor 24, and a selection transistor 25. It has a configuration.

ここでは、4つのトランジスタ22〜25として、例えばNチャネルのMOSトランジスタを用いている。ただし、ここで例示した転送トランジスタ22、リセットトランジスタ23、増幅トランジスタ24および選択トランジスタ25の導電型の組み合わせは一例に過ぎず、これらの組み合わせに限られるものではない。   Here, as the four transistors 22 to 25, for example, N-channel MOS transistors are used. However, the conductivity type combinations of the transfer transistor 22, the reset transistor 23, the amplification transistor 24, and the selection transistor 25 illustrated here are merely examples, and are not limited to these combinations.

この単位画素20に対して、画素駆動線18として、例えば、転送線181、リセット線182および選択線183の3本の駆動配線が同一画素行の各画素について共通に設けられている。これら転送線181、リセット線182および選択線183の各一端は、垂直駆動部13の各画素行に対応した出力端に、画素行単位で接続されている。   For the unit pixel 20, as the pixel drive line 18, for example, three drive wirings of a transfer line 181, a reset line 182 and a selection line 183 are provided in common for each pixel in the same pixel row. One end of each of the transfer line 181, the reset line 182, and the selection line 183 is connected to the output end corresponding to each pixel row of the vertical drive unit 13 in units of pixel rows.

フォトダイオード21は、アノード電極が負側電源(例えば、グランド)に接続されており、受光した光をその光量に応じた電荷量の光電荷(ここでは、光電子)に光電変換する。フォトダイオード21のカソード電極は、転送トランジスタ22を介して増幅トランジスタ24のゲート電極と電気的に接続されている。増幅トランジスタ24のゲート電極と電気的に繋がったノード26をFD(フローティングディフュージョン)部と呼ぶ。   The photodiode 21 has an anode electrode connected to a negative power source (for example, ground), and photoelectrically converts received light into photocharge (here, photoelectrons) having a charge amount corresponding to the light amount. The cathode electrode of the photodiode 21 is electrically connected to the gate electrode of the amplification transistor 24 through the transfer transistor 22. A node 26 electrically connected to the gate electrode of the amplification transistor 24 is referred to as an FD (floating diffusion) portion.

転送トランジスタ22は、フォトダイオード21のカソード電極とFD部26との間に接続されている。転送トランジスタ22のゲート電極には、高レベル(例えば、Vddレベル)がアクティブ(以下、「Highアクティブ」と記述する)の転送パルスφTRFが転送線181を介して与えられる。転送パルスφTRFが与えられることで、転送トランジスタ22はオン状態となってフォトダイオード21で光電変換された光電荷をFD部26に転送する。   The transfer transistor 22 is connected between the cathode electrode of the photodiode 21 and the FD portion 26. A transfer pulse φTRF in which the high level (for example, Vdd level) is active (hereinafter referred to as “High active”) is applied to the gate electrode of the transfer transistor 22 via the transfer line 181. When the transfer pulse φTRF is applied, the transfer transistor 22 is turned on and the photoelectric charge photoelectrically converted by the photodiode 21 is transferred to the FD unit 26.

リセットトランジスタ23は、ドレイン電極が画素電源Vddに、ソース電極がFD部26にそれぞれ接続されている。リセットトランジスタ23のゲート電極には、フォトダイオード21からFD部26への信号電荷の転送に先立って、HighアクティブのリセットパルスφRSTがリセット線182を介して与えられる。リセットパルスφRSTが与えられることで、リセットトランジスタ23はオン状態となり、FD部26の電荷を画素電源Vddに捨てることによって当該FD部26をリセットする。   The reset transistor 23 has a drain electrode connected to the pixel power source Vdd and a source electrode connected to the FD unit 26. A high active reset pulse φRST is applied to the gate electrode of the reset transistor 23 via the reset line 182 prior to the transfer of the signal charge from the photodiode 21 to the FD unit 26. When the reset pulse φRST is given, the reset transistor 23 is turned on, and the FD unit 26 is reset by discarding the charge of the FD unit 26 to the pixel power supply Vdd.

増幅トランジスタ24は、ゲート電極がFD部26に、ドレイン電極が画素電源Vddにそれぞれ接続されている。そして、増幅トランジスタ24は、リセットトランジスタ23によってリセットした後のFD部26の電位をリセット信号(リセットレベル)Vresetとして出力する。増幅トランジスタ24はさらに、転送トランジスタ22によって信号電荷を転送した後のFD部26の電位を光蓄積信号(信号レベル)Vsigとして出力する。   The amplification transistor 24 has a gate electrode connected to the FD unit 26 and a drain electrode connected to the pixel power source Vdd. Then, the amplification transistor 24 outputs the potential of the FD unit 26 after being reset by the reset transistor 23 as a reset signal (reset level) Vreset. The amplification transistor 24 further outputs the potential of the FD unit 26 after the transfer of the signal charge by the transfer transistor 22 as a light accumulation signal (signal level) Vsig.

選択トランジスタ25は、例えば、ドレイン電極が増幅トランジスタ24のソース電極に、ソース電極が垂直信号線17にそれぞれ接続されている。選択トランジスタ25のゲート電極には、Highアクティブの選択パルスφSELが選択線163を介して与えられる。選択パルスφSELが与えられることで、選択トランジスタ25はオン状態となって単位画素20を選択状態とし、増幅トランジスタ24から出力される信号を垂直信号線17に中継する。   For example, the selection transistor 25 has a drain electrode connected to the source electrode of the amplification transistor 24 and a source electrode connected to the vertical signal line 17. A high active selection pulse φSEL is applied to the gate electrode of the selection transistor 25 via a selection line 163. When the selection pulse φSEL is given, the selection transistor 25 is turned on, the unit pixel 20 is selected, and the signal output from the amplification transistor 24 is relayed to the vertical signal line 17.

なお、選択トランジスタ25については、画素電源Vddと増幅トランジスタ24のドレインとの間に接続した回路構成を採ることも可能である。   Note that the selection transistor 25 may have a circuit configuration connected between the pixel power supply Vdd and the drain of the amplification transistor 24.

また、単位画素20としては、上記構成の4つのトランジスタからなる画素構成のものに限られるものではない。例えば、増幅トランジスタ24と選択トランジスタ25とを兼用した3つのトランジスタからなる画素構成のものなどであっても良く、その画素回路の構成は問わない。   In addition, the unit pixel 20 is not limited to the pixel configuration including the four transistors having the above configuration. For example, a pixel configuration including three transistors that serve as both the amplification transistor 24 and the selection transistor 25 may be used, and the configuration of the pixel circuit is not limited.

ところで、一般的に、動画撮像のときにはフレームレートを上げるために、隣接する複数の画素の信号を加算して読み出す画素加算が行われる。画素内や、信号線上や、カラム処理部14や、後段の信号処理部で行うことができる。ここで、一例として、例えば上下左右に隣接する4画素の信号を画素内で加算する場合の画素構成について説明する。   By the way, in general, pixel addition is performed to add and read signals from a plurality of adjacent pixels in order to increase the frame rate when capturing a moving image. This can be performed in the pixel, on the signal line, in the column processing unit 14, or in the subsequent signal processing unit. Here, as an example, a pixel configuration in the case where signals of four pixels adjacent vertically and horizontally are added within the pixel will be described.

図3は、隣接4画素加算を画素内で行う場合の回路構成の一例を示す回路図であり、図中、図2と同等部分には同一符号を付して示している。   FIG. 3 is a circuit diagram showing an example of a circuit configuration in the case where adjacent four-pixel addition is performed within a pixel. In FIG. 3, the same parts as those in FIG.

図3において、上下左右に隣接する4画素のフォトダイオード21を、フォトダイオード21−1,21−2,21−3,21−4とする。これらフォトダイオード21−1,21−2,21−3,21−4に対して、4個の転送トランジスタ22−1,22−2,22−3,22−4が設けられ、リセットトランジスタ23、増幅トランジスタ24および選択トランジスタ25が1個ずつ設けられている。   In FIG. 3, the four-pixel photodiodes 21 that are adjacent vertically and horizontally are referred to as photodiodes 21-1, 21-2, 21-3, and 21-4. For these photodiodes 21-1, 21-2, 21-3, 21-4, four transfer transistors 22-1, 22-2, 22-3, 22-4 are provided, and reset transistors 23, One amplification transistor 24 and one selection transistor 25 are provided.

すなわち、転送トランジスタ22−1,22−2,22−3,22−4は、各一方の電極がフォトダイオード21−1,21−2,21−3,21−4の各カソード電極に接続され、各他方の電極が増幅トランジスタ24のゲート電極に共通に接続されている。この増幅トランジスタ24のゲート電極には、フォトダイオード21−1,21−2,21−3,21−4に対して共通のFD部26が電気的に接続されている。リセットトランジスタ23は、ドレイン電極が画素電源Vddに、ソース電極がFD部26にそれぞれ接続されている。   That is, each of the transfer transistors 22-1, 22-2, 22-3, and 22-4 has one electrode connected to each cathode electrode of the photodiodes 21-1, 21-2, 21-3, and 21-4. The other electrode is connected in common to the gate electrode of the amplification transistor 24. A common FD section 26 is electrically connected to the photodiodes 21-1, 21-2, 21-3, and 21-4 at the gate electrode of the amplification transistor 24. The reset transistor 23 has a drain electrode connected to the pixel power source Vdd and a source electrode connected to the FD unit 26.

上記構成の隣接4画素加算に対応した画素構成において、4個の転送トランジスタ22−1,22−2,22−3,22−4に対して同じタイミングで転送パルスφTRFを与えることで、隣接する4画素間での画素加算を実現できる。すなわち、フォトダイオード21−1,21−2,21−3,21−4から転送トランジスタ22−1,22−2,22−3,22−4によってFD部26に転送された信号電荷は、当該FD部26において加算されることになる。   In the pixel configuration corresponding to the addition of adjacent four pixels in the above configuration, the transfer pulses φTRF are applied to the four transfer transistors 22-1, 22-2, 22-3, and 22-4 at the same timing so as to be adjacent to each other. Pixel addition between four pixels can be realized. That is, the signal charges transferred from the photodiodes 21-1, 21-2, 21-3, 21-4 to the FD unit 26 by the transfer transistors 22-1, 22-2, 22-3, 22-4 are The FD unit 26 adds the values.

一方、転送トランジスタ22−1,22−2,22−3,22−4に対して異なるタイミングで転送パルスφTRFを与えることで、画素単位での信号出力も実現できる。すなわち、動画撮像時には画素加算を行うことによってフレームレートの向上を図ることができるに対して、静止画撮像時には全画素の信号を独立して読み出すことで、解像度の向上を図ることができる。
On the other hand, by supplying the transfer pulse φTRF to the transfer transistors 22-1, 22-2, 22-3, and 22-4 at different timings, signal output in units of pixels can be realized. That is, the frame rate can be improved by performing pixel addition at the time of moving image capturing, whereas the resolution can be improved by reading the signals of all the pixels independently at the time of still image capturing.

[色フィルタアレイのカラーコーディング]
続いて、本実施形態の特徴の一つとしている色フィルタアレイ30のカラーコーディングについて説明する。
[Color coding of color filter array]
Next, color coding of the color filter array 30 as one of the features of the present embodiment will be described.

本実施形態に係る色フィルタアレイ30は、輝度信号の主成分となる第1色のフィルタが市松状に配置され、輝度信号の主成分となる第2色のフィルタが斜め方向、縦方向または横方向において4画素単位でストライプ状に配列された色配列となっている。ここで、輝度信号の主成分となる第1色、第2色のフィルタとしては、W/Gのフィルタが挙げられる。   In the color filter array 30 according to the present embodiment, the first color filters that are the main components of the luminance signal are arranged in a checkered pattern, and the second color filters that are the main components of the luminance signal are oblique, vertical, or horizontal. The color arrangement is arranged in stripes in units of four pixels in the direction. Here, as a filter of the first color and the second color which are the main components of the luminance signal, a W / G filter may be mentioned.

輝度信号の主成分となるW/Gの各フィルタは、他の色(具体的には、R/Bの各フィルタ)に比べて感度が高い。特に、Wフィルタは、Gフィルタの2倍程度と感度が高い。したがって、W/Gの各フィルタ、特にWのフィルタを市松配列にすることで、感度(S/N)の向上を図ることができる。ただし、Wフィルタは、各種の色情報を含んでいるために、被写体の本来の色とは違う色を再現するいわゆる色偽が出やすい。逆に、Gフィルタは、Wフィルタに比べて感度が低いものの色偽が出にくい。すなわち、感度と色偽はトレードオフの関係にある。   Each W / G filter, which is a main component of the luminance signal, has higher sensitivity than other colors (specifically, R / B filters). In particular, the W filter has a sensitivity as high as about twice that of the G filter. Therefore, the sensitivity (S / N) can be improved by arranging the W / G filters, particularly the W filters, in a checkered pattern. However, since the W filter includes various types of color information, so-called color falsification that reproduces a color different from the original color of the subject is likely to occur. Conversely, the G filter is less sensitive than the W filter, but is less likely to produce color falsification. That is, sensitivity and color falsity are in a trade-off relationship.

Wフィルタを輝度信号の主成分となる色として市松状に配置する場合は、残りの部分に配列される色情報成分となる複数色のフィルタはR/G/Bの各フィルタとなる。一方、Gフィルタを輝度信号の主成分となる色として市松状に配置する場合は、残りの部分に配列される色情報成分となる複数色のフィルタはR/Bの各フィルタとなる。   When the W filter is arranged in a checkered pattern as the main component of the luminance signal, the multiple color filters that are color information components arranged in the remaining portion are R / G / B filters. On the other hand, when the G filters are arranged in a checkered pattern as the main component of the luminance signal, the multiple color filters that are color information components arranged in the remaining portions are R / B filters.

このように、色フィルタアレイ30として、特にWフィルタが輝度信号の主成分となる色として市松状に配置されたカラーコーディングのものを用いることで、当該Wフィルタの感度が他の色に比べて高いため、CMOSイメージセンサ10の高感度化を図ることができる。一方、色フィルタアレイ30として、Gフィルタが輝度信号の主成分となる色として市松状に配置されたカラーコーディングのものを用いることで、当該GフィルタがWフィルタに比べて色偽が出にくいため、CMOSイメージセンサ10の色再現性の向上を図ることができる。   Thus, by using the color filter array 30 that is color-coded in which the W filter is arranged in a checkered pattern as the color that is the main component of the luminance signal, the sensitivity of the W filter is higher than that of other colors. Since it is high, the sensitivity of the CMOS image sensor 10 can be increased. On the other hand, since the color filter array 30 uses a color coding array in which the G filter is arranged in a checkered pattern as the main component of the luminance signal, the G filter is less prone to color falsification than the W filter. The color reproducibility of the CMOS image sensor 10 can be improved.

そして、本実施形態に係るCMOSイメージセンサ10Aでは、いずれのカラーコーディングの色フィルタアレイ30を用いる場合にも、これらの色配列に対応した信号を、センサチップ11上でベイヤ配列に対応した信号に変換するようにする。このとき、輝度信号の主成分となる色が市松状に配置されていることで、当該主成分となる色の信号を用いてその上下左右の他の色の信号を復元できるために、変換処理部16での色変換の変換効率を高くできる。   In the CMOS image sensor 10 </ b> A according to the present embodiment, signals corresponding to these color arrays are converted into signals corresponding to the Bayer array on the sensor chip 11 when any color coding color filter array 30 is used. Try to convert. At this time, since the colors that are the main components of the luminance signal are arranged in a checkered pattern, the signals of the other main colors can be restored using the color signals that are the main components. The conversion efficiency of the color conversion in the unit 16 can be increased.

また、センサチップ11からベイヤ配列に対応した信号が出力されることで、後段の信号処理部として既存のベイヤ配列用のDSPを用いることができる。このベイヤ配列用のDSPは、センサチップ11から出力されるベイヤ配列に対応した信号を基に輝度信号Yおよび2つの色差信号U(B−Y),V(R−Y)を生成する処理を基本的な処理としている。   Further, by outputting a signal corresponding to the Bayer array from the sensor chip 11, an existing DSP for the Bayer array can be used as a signal processing unit at the subsequent stage. The DSP for the Bayer array performs a process of generating the luminance signal Y and the two color difference signals U (B−Y) and V (R−Y) based on the signal corresponding to the Bayer array output from the sensor chip 11. Basic processing.

このように、既存のベイヤ配列用のDSPを用いることができることで、色フィルタアレイ30のカラーコーディングを変更しても、莫大な開発コストがかかるDSPを新規に開発する必要がなくなる。これにより、DSPを含むカメラモジュールの低コスト化および特にWフィルタを用いたカラーコーディングの色フィルタアレイ30の普及に寄与できることになる。
As described above, since the existing DSP for the Bayer array can be used, even if the color coding of the color filter array 30 is changed, it is not necessary to newly develop a DSP that requires enormous development costs. As a result, the cost of the camera module including the DSP can be reduced, and in particular, the color filter array 30 for color coding using the W filter can be contributed.

[色フィルタアレイのカラーコーディングの具体例]
次に、輝度信号の主成分となる色フィルタが市松状に配置された色配列に対応した信号から、RGBベイヤ配列に対応した信号への変換が容易なカラーコーディングの具体例について説明する。
[Specific example of color coding of color filter array]
Next, a specific example of color coding that facilitates conversion from a signal corresponding to a color array in which color filters, which are main components of a luminance signal, are arranged in a checkered pattern to a signal corresponding to an RGB Bayer array will be described.

(第1具体例)
図4は、第1具体例に係るカラーコーディングを示す色配列図である。図4に示すように、第1具体例に係るカラーコーディングは、Wフィルタが市松状に配置され、R/Bの各フィルタが縦横2画素ピッチの市松配列で、且つR/Bの各フィルタ間が斜め1画素ズレで、残りがGフィルタとなっている。
(First example)
FIG. 4 is a color arrangement diagram showing color coding according to the first specific example. As shown in FIG. 4, in the color coding according to the first specific example, the W filters are arranged in a checkered pattern, the R / B filters are arranged in a checkered pattern with two vertical and horizontal pixel pitches, and between the R / B filters. Is one pixel shift, and the rest is a G filter.

具体的には、縦4画素、横4画素を単位としたときに、Wフィルタが市松状に配置されている。Rフィルタは2行目の1列目と4行目の3列目に配置され、Bフィルタは1行目の2列目と3行目の4列目に配置されている。この配列が、縦横2画素ピッチの市松配列である。そして、残りの画素位置にGフィルタが配置されている。このとき、Gフィルタは斜めストライブ状の配列となっている。   Specifically, the W filters are arranged in a checkered pattern when the vertical 4 pixels and the horizontal 4 pixels are used as a unit. The R filter is arranged in the first column of the second row and the third column of the fourth row, and the B filter is arranged in the second column of the first row and the fourth column of the third row. This arrangement is a checkered arrangement with a vertical and horizontal two-pixel pitch. Then, G filters are arranged at the remaining pixel positions. At this time, the G filter has an oblique stripe arrangement.

(第2具体例)
図5は、第2具体例に係るカラーコーディングを示す色配列図である。図5に示すように、第2具体例に係るカラーコーディングは、Wフィルタが市松状に配置され、R/Bの各フィルタが縦横4画素ピッチの正方配列で、且つR/Bの各フィルタ間が斜め方向に2画素単位で並び、残りがGフィルタとなっている。
(Second specific example)
FIG. 5 is a color arrangement diagram showing color coding according to the second specific example. As shown in FIG. 5, in the color coding according to the second specific example, the W filters are arranged in a checkered pattern, the R / B filters are arranged in a square with a vertical and horizontal pixel pitch of 4 pixels, and the R / B filters are interleaved. Are arranged in units of two pixels in an oblique direction, and the rest is a G filter.

具体的には、縦4画素、横4画素を単位としたときに、Wフィルタが市松状に配置されている。Rフィルタは3行目の4列目と4行目の3列目に配置され、Bフィルタは1行目の2列目と2行目の1列目に配置されている。この配列が、縦横4画素ピッチの正方配列である。そして、残りの画素位置にGフィルタが配置されている。このとき、Gフィルタは斜めストライブ状の配列となっている。   Specifically, the W filters are arranged in a checkered pattern when the vertical 4 pixels and the horizontal 4 pixels are used as a unit. The R filter is arranged in the fourth column of the third row and the third column of the fourth row, and the B filter is arranged in the second column of the first row and the first column of the second row. This arrangement is a square arrangement with a vertical and horizontal 4-pixel pitch. Then, G filters are arranged at the remaining pixel positions. At this time, the G filter has an oblique stripe arrangement.

上述した第1、第2具体例に係るカラーコーディングはいずれも、輝度信号の主成分となる色フィルタとして、出力レベルが最も高くなるWフィルタが市松状に配置された色配列となっている。Wフィルタが市松状に配置されていることで、WフィルタはR/G/Bの各色成分を含んでいるために、RGBベイヤ配列に対応した信号への変換精度を高めることができる。   Each of the color codings according to the first and second specific examples described above has a color arrangement in which W filters having the highest output level are arranged in a checkered pattern as color filters that are the main components of the luminance signal. Since the W filter is arranged in a checkered pattern, the W filter includes R / G / B color components, so that the conversion accuracy into a signal corresponding to the RGB Bayer array can be improved.

これらのカラーコーディングでは、後述する色変換処理において、Wフィルタの画素についてGフィルタに置き換えたときに、R/Bの各フィルタがベイヤ配列におけるR/Bの各フィルタの位置の一部に合致することを特長としている。そして、合致しない抜けた部分については、Wフィルタの画素の情報を用いることで、R/Bの各画素の情報を復元することができるために変換効率が非常に良いと言える。   In these color codings, when a W filter pixel is replaced with a G filter in a color conversion process described later, each R / B filter matches a part of the position of each R / B filter in the Bayer array. It has the feature. For missing portions that do not match, it can be said that the conversion efficiency is very good because the information of each pixel of R / B can be restored by using the information of the pixel of the W filter.

また、第1、第2具体例に係るカラーコーディングはいずれも、Wフィルタが市松状に配置され、且つGフィルタの一部が4画素単位で斜め方向にストライプ状に配列されていることを特長としている。このカラーコーディングにおいて、Wフィルタの画素に隣接するGフィルタの画素の信号をWフィルタの画素の信号に加算して輝度信号の主成分とすることで、輝度信号量を増大させることができるため、感度(S/N)の向上を図ることができる。そして、特に第1具体例に係るカラーコーディングの場合には、R/Bの各フィルタが縦横2画素ピッチの市松配列で、R/Bの各フィルタ間が斜め1画素ずれた配列であるために、ベイヤ配列に対応した信号への変換効率を高めることができる。   In addition, the color codings according to the first and second specific examples are characterized in that the W filters are arranged in a checkered pattern, and a part of the G filter is arranged in a stripe pattern in an oblique direction in units of four pixels. It is said. In this color coding, the luminance signal amount can be increased by adding the signal of the G filter pixel adjacent to the pixel of the W filter to the signal of the pixel of the W filter to be the main component of the luminance signal. The sensitivity (S / N) can be improved. In particular, in the case of color coding according to the first specific example, the R / B filters are arranged in a checkered pattern with two vertical and horizontal pixel pitches, and the R / B filters are shifted one pixel diagonally. The conversion efficiency into signals corresponding to the Bayer array can be increased.

また、第1、第2具体例に係るカラーコーディングはいずれも、Gフィルタが斜め方向に4画素単位でストライプ配列となっている。したがって、これらのカラーコーディングの場合には、後述する色変換処理において、W画素に隣接するG画素の信号を当該W画素の信号に加算して輝度信号の主成分に利用することで、解像度の低下を抑えつつ高感度化(高S/N化)を実現できる。この作用効果については、Gフィルタが斜め方向に4画素単位でストライプ配列となっている場合に限らず、縦方向または横方向において4画素単位でストライプ状に配列されている場合にも同様のことが言える。
In both color codings according to the first and second specific examples, the G filters are arranged in stripes in units of four pixels in an oblique direction. Therefore, in the case of these color codings, in the color conversion processing described later, the G pixel signal adjacent to the W pixel is added to the signal of the W pixel and used as the main component of the luminance signal. Higher sensitivity (higher S / N) can be realized while suppressing the decrease. This effect is not limited to the case where the G filters are arranged in stripes in units of 4 pixels in the oblique direction, but the same applies to cases where the G filters are arranged in stripes in units of 4 pixels in the vertical or horizontal direction. I can say.

[W:G:R:Bの感度比]
ここで、W:G:R:Bの感度比について説明する。Wフィルタを含むカラーコーディングでは、出力信号レベルが高いWフィルタの画素が他の色フィルタの画素よりも早く飽和してしまう。したがって、Wフィルタの画素の感度を落とし、相対的に他の色フィルタの画素の感度を上げることで、W:G:R:Bの各画素間で感度のバランスをとる、即ちW:G:R:Bの各画素の感度比を調整する必要がある。
[Sensitivity ratio of W: G: R: B]
Here, the sensitivity ratio of W: G: R: B will be described. In color coding including a W filter, pixels of the W filter having a high output signal level are saturated earlier than pixels of other color filters. Therefore, by reducing the sensitivity of the pixels of the W filter and relatively increasing the sensitivity of the pixels of the other color filters, the sensitivity of each W: G: R: B pixel is balanced, that is, W: G: It is necessary to adjust the sensitivity ratio of each pixel of R: B.

この感度比の調整には、周知の露光制御の技術を用いることができる。具体的には、色フィルタアレイ30の外側に画素単位で設けられるオンチップマイクロレンズのサイズを調整することで、各色の画素間で入射光量のバランスをとる技術がある(例えば、特開平9−116127号公報等参照)。この技術を活用し、W画素のオンチップマイクロレンズのサイズを他の色の画素よりも小さくすることで、Wフィルタの画素の感度を落とし、相対的に他の色フィルタの画素の感度を上げることができる。   A known exposure control technique can be used to adjust the sensitivity ratio. Specifically, there is a technique for balancing the amount of incident light among pixels of each color by adjusting the size of an on-chip microlens provided in units of pixels outside the color filter array 30 (for example, Japanese Patent Laid-Open No. Hei 9- 116127). Utilizing this technology, the size of the on-chip microlens of the W pixel is made smaller than that of the other color pixels, thereby reducing the sensitivity of the W filter pixels and relatively increasing the sensitivity of the other color filter pixels. be able to.

他の露光制御の技術として、Wフィルタを含むカラーコーディングにおいて、W画素のオンチップマイクロレンズを無くすことで、感度差を縮めると同時に、色感度を上げて色S/Nを改善する技術がある(例えば、特開2007−287891号公報等参照)。この技術を活用することによっても、Wフィルタの画素の感度を落とし、相対的に他の色フィルタの画素の感度を上げることができる。   As another exposure control technique, in color coding including a W filter, there is a technique for reducing the sensitivity difference by eliminating the on-chip microlens of the W pixel and at the same time increasing the color sensitivity to improve the color S / N. (For example, refer to JP 2007-287891 A). By utilizing this technique, it is possible to reduce the sensitivity of the pixels of the W filter and relatively increase the sensitivity of the pixels of the other color filters.

また、R/Bの各フィルタの画素の露光時間に比べて、Gフィルタの画素の露光時間を短くするシャッタ露光制御を行うことで色バランスが崩れるのを防止する技術がある(例えば、特開2003−60992号公報参照)。このシャッタ露光制御の技術を受光面積の制御と組み合わせることによっても、Wフィルタの画素の感度を落とし、相対的に他の色フィルタの画素の感度を上げることができるとともに、特に動体の輪郭部分での色つきを無くすことができる。その結果、外部の信号処理部(DSP)での色消し処理が不要になる。   In addition, there is a technique for preventing color balance from being lost by performing shutter exposure control that shortens the exposure time of the G filter pixels as compared to the exposure time of the R / B filter pixels (for example, Japanese Patent Laid-Open 2003-60992 gazette). Combining this shutter exposure control technique with the control of the light receiving area can also reduce the sensitivity of the pixels of the W filter and relatively increase the sensitivity of the pixels of other color filters. The coloring of can be eliminated. As a result, an achromatic process in an external signal processor (DSP) is not necessary.

なお、ここで挙げた感度比の調整に活用する露光制御の技術は一例に過ぎず、上記の3例に限られるものではない。   The exposure control technique used for adjusting the sensitivity ratio mentioned here is merely an example, and is not limited to the above three examples.

ここで、前者のW画素のオンチップマイクロレンズのサイズを調整する場合のサイズ案について一例を示す。W/G/B/Rの各画素の出力レベルのおおよその割合は、W:G:B:R=2:1:0.5:0.5である。   Here, an example of the size proposal when the size of the former W pixel on-chip microlens is adjusted will be described. The approximate ratio of the output level of each pixel of W / G / B / R is W: G: B: R = 2: 1: 0.5: 0.5.

W画素のオンチップマイクロレンズについて、1.1μm画素で±0.1μmサイジングで、2倍の面積差になるために、2倍の感度差で、同サイズ時でW画素の出力レベル=G画素の出力レベル×2であったものを完全に同レベルに補正できる。1.1μm画素で±0.05μmサイジングでも、1.42倍の面積差になるために、感度差を1.42倍に縮めることができる。このとき、残りの差分(感度差)については、シャッタ露光制御との併用によって補正するようにしてもよい。
For the on-chip microlens of W pixel, the area difference is doubled by ± 0.1 μm sizing with 1.1 μm pixel, so the output level of W pixel is equal to G pixel at the same size with double sensitivity difference Can be completely corrected to the same level. Even if the size is 1.1 μm and ± 0.05 μm sizing, the area difference is 1.42 times, so the sensitivity difference can be reduced to 1.42 times. At this time, the remaining difference (sensitivity difference) may be corrected together with the shutter exposure control.

[色変換処理]
次に、変換処理部16による色変換処理にてRGBベイヤ配列に対応した信号に変換する処理(色変換処理)の詳細について説明する。
[Color conversion processing]
Next, details of a process (color conversion process) for converting into a signal corresponding to the RGB Bayer array by the color conversion process by the conversion processing unit 16 will be described.

色変換処理については、全画素を走査する静止画撮像時(フルスキャン時)の色変換処理と、隣接する複数の画素の信号を加算する動画撮像時(画素加算時)の色変換処理とに分けられる。第1具体例および第2具体例に係るカラーコーディングはいずれも、先述したように、高感度化を実現可能な色変換処理であり、低照度モードを採ることができることから、フルスキャン時の色変換処理について2つ色変換処理に分けることができる。   Regarding color conversion processing, color conversion processing at the time of still image imaging (at the time of full scanning) that scans all pixels and color conversion processing at the time of video imaging (at the time of pixel addition) that adds the signals of a plurality of adjacent pixels Divided. As described above, the color coding according to the first specific example and the second specific example is a color conversion process that can realize high sensitivity, and can adopt a low illumination mode. The conversion process can be divided into two color conversion processes.

2つの色変換処理の一つは、入射光輝度があらかじめ定められた基準輝度よりも高い高輝度時の色変換処理であり、これを色変換処理1と呼ぶこととする。他の一つは、基準輝度以下の低輝度時の色変換処理であり、これを色変換処理2と呼ぶこととする。また、画素加算時の色変換処理についても、加算する画素の組み合わせの違い等によって複数の色変換処理に分けることができる。   One of the two color conversion processes is a color conversion process at a time of high luminance in which the incident light luminance is higher than a predetermined reference luminance, and this is referred to as color conversion processing 1. The other is color conversion processing at low luminance below the reference luminance, which is referred to as color conversion processing 2. Also, the color conversion process at the time of pixel addition can be divided into a plurality of color conversion processes depending on the difference in the combination of pixels to be added.

(第1具体例に係るカラーコーディングの場合)
先ず、第1具体例に係るカラーコーディングの場合の色変換処理について説明する。最初に、フルスキャン時における高輝度時の色変換処理1について、図6のフローチャートおよび図7の概念図を用いて説明する。
(In the case of color coding according to the first specific example)
First, color conversion processing in the case of color coding according to the first specific example will be described. First, the color conversion process 1 at the time of high brightness at the time of full scan will be described using the flowchart of FIG. 6 and the conceptual diagram of FIG.

図6のフローチャートに示すように、高輝度時の色変換処理1は、基本的に、ステップS11、ステップS12およびステップS13の各処理を順に実行することによって実現される。図7(A)に、第1具体例に係るカラーコーディングの4×4画素の色配列を示す。   As shown in the flowchart of FIG. 6, the color conversion process 1 at the time of high luminance is basically realized by sequentially executing the processes of step S11, step S12, and step S13. FIG. 7A shows a color arrangement of 4 × 4 pixels of color coding according to the first specific example.

ステップS11では、図7(B)に示すように、市松状の白色(W)画素の成分を、解像度の方向性を判断して全ての色の画素に展開する処理が行われる。ここで、解像度の方向とは、画素信号が存在している方向を意味している。図7(B)において、白抜きの四角(□)で示すWは、各色に展開されたW画素の成分を表わすものとする。   In step S11, as shown in FIG. 7B, a checkered white (W) pixel component is processed into pixels of all colors by determining the directionality of the resolution. Here, the direction of resolution means the direction in which the pixel signal exists. In FIG. 7B, W indicated by a white square (□) represents a W pixel component developed for each color.

W画素の成分を他の全ての色の画素に展開するに当たっては、周知の方向性相関を利用した信号処理を用いることができる。この方向性相関を利用した信号処理の技術としては、例えば、特定の画素に対応する複数の色信号を得て、特定の画素に対応する位置での垂直方向および/または水平方向の相関値を得る技術(例えば、特許第2931520号明細書等参照)が挙げられる。   In developing the W pixel component to all other color pixels, signal processing using a well-known directional correlation can be used. As a signal processing technique using this directional correlation, for example, a plurality of color signals corresponding to a specific pixel are obtained, and the correlation values in the vertical direction and / or the horizontal direction at the position corresponding to the specific pixel are obtained. Examples of the technology to be obtained (for example, see Japanese Patent No. 2931520).

ステップS12では、図7(C)に示すように、W画素とG画素との相関からW画素をG画素に置換する。先述した各種のカラーコーディングの色配列から明らかなように、W画素とG画素とは隣接している。ある領域でW画素とG画素との相関をみると、どちらも輝度信号の主成分となる色であるためにかなり強い相関をもっており、相関値(相関係数)が1に近い。この色相関を用いて解像度の方向性を判断し、W画素の出力レベルをG画素相当のレベルに変えることで、W画素をG画素に置き換えることができる。   In step S12, as shown in FIG. 7C, the W pixel is replaced with the G pixel from the correlation between the W pixel and the G pixel. As is clear from the color arrangement of the various color codings described above, the W pixel and the G pixel are adjacent to each other. Looking at the correlation between the W pixel and the G pixel in a certain region, both are colors that are the main components of the luminance signal, and thus have a fairly strong correlation, and the correlation value (correlation coefficient) is close to 1. By determining the directionality of the resolution using this color correlation and changing the output level of the W pixel to a level equivalent to the G pixel, the W pixel can be replaced with the G pixel.

ステップS13では、W画素とR/Bの各画素との相関から、図7(D)に示すように、ベイヤ用R/Bの各画素を生成する。WフィルタはR/G/Bの各色成分を含んでいるために、W画素とR/Bの各画素との相関をとることができる。この信号処理には、4色の色配列においてGに代替される輝度信号を全画素に補間する周知の技術(例えば、特開2005−160044号公報等参照)を用いることができる。   In step S13, each pixel of the Bayer R / B is generated from the correlation between the W pixel and the R / B pixel, as shown in FIG. Since the W filter includes R / G / B color components, the W pixel and the R / B pixels can be correlated. For this signal processing, a well-known technique (for example, see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-160044) that interpolates the luminance signal substituted for G in all the pixels in the four color arrangement can be used.

続いて、フルスキャン時における低輝度時の色変換処理2について、図8のフローチャートおよび図9の概念図を用いて説明する。   Next, the color conversion process 2 at the time of low brightness during full scan will be described using the flowchart of FIG. 8 and the conceptual diagram of FIG.

先ず、先述した周知の方向性相関を利用した信号処理を用いることで、図9(A)に示すように、解像度の方向性をみる(ステップS21)。そして、方向性を判断できるか否かを判断し(ステップS22)、方向性を判断できる場合は、市松状のW画素の成分を全ての色の画素に展開する(ステップS23)。   First, the directionality of the resolution is observed as shown in FIG. 9A by using the signal processing using the well-known directional correlation described above (step S21). Then, it is determined whether or not the directionality can be determined (step S22). If the directionality can be determined, the checkered W pixel components are developed into pixels of all colors (step S23).

次に、先述した周知の技術を用いることで、図9(B)に示すように、W画素とR/Bの各画素との相関からR/Bの各画素を生成する(ステップS24)。次いで、図9(C)に示すように、W画素の信号に当該W画素に隣接する2つのG画素の信号を加算してG(=W+2G)に近似することで、図9(D)に示すように、ベイヤ用R/Bの各画素を生成する(ステップS25)。   Next, by using the above-described well-known technique, each R / B pixel is generated from the correlation between the W pixel and each R / B pixel as shown in FIG. 9B (step S24). Next, as shown in FIG. 9C, by adding the signal of two G pixels adjacent to the W pixel to the signal of the W pixel and approximating G (= W + 2G), the result shown in FIG. As shown, each pixel of the Bayer R / B is generated (step S25).

ステップS22において、方向性を判断できない場合は、上下左右に隣接する4画素間で均等に補完する単純4画素均等補間によってベイヤ用R/Bの各画素を生成する(ステップS26)。   If the directionality cannot be determined in step S22, each pixel of the Bayer R / B is generated by simple four-pixel equal interpolation that complements equally between four pixels that are vertically and horizontally adjacent (step S26).

上述したように、入射光の輝度に応じて色変換処理1または色変換処理2を用いることで、Wフィルタが市松状に配置された色配列に対応した信号を、RGBベイヤ配列に対応した信号にセンサチップ11上で変換して出力することができる。   As described above, by using the color conversion processing 1 or the color conversion processing 2 according to the luminance of incident light, a signal corresponding to a color array in which W filters are arranged in a checkered pattern is converted into a signal corresponding to an RGB Bayer array. Can be converted and output on the sensor chip 11.

次に、動画撮像時における画素加算時の2つの色変換処理について説明する。この2つの色変換処理を画素加算処理1および画素加算処理2と呼ぶこととする。   Next, two color conversion processes at the time of pixel addition during moving image capturing will be described. These two color conversion processes are referred to as pixel addition process 1 and pixel addition process 2.

先ず、画素加算処理1について、図10のフローチャートおよび図11の概念図を用いて説明する。   First, the pixel addition process 1 will be described with reference to the flowchart of FIG. 10 and the conceptual diagram of FIG.

最初に、W画素について、斜め方向に位置する2つの画素間で加算処理を行う(ステップS31)。具体的には、図11(A)に示すように、注目画素と当該注目画素の右斜め下に位置する画素(1列右隣りで1行下の画素)との間で加算を行う。このW画素の加算については、図3に示す画素構成において、加算を行う2つの画素の転送トランジスタ22、本例では転送トランジスタ22−1,22−4に対して同時に転送パルスφTRFを与えることで、FD部26において2画素加算を行うことができる。この画素加算をFD加算と呼ぶこととする。   First, with respect to the W pixel, addition processing is performed between two pixels positioned in an oblique direction (step S31). Specifically, as shown in FIG. 11A, addition is performed between the pixel of interest and a pixel located diagonally to the lower right of the pixel of interest (a pixel on the right next to one column and one row below). For the addition of the W pixel, in the pixel configuration shown in FIG. 3, the transfer pulse φTRF is simultaneously applied to the transfer transistors 22 of the two pixels to be added, in this example, the transfer transistors 22-1 and 22-4. In the FD unit 26, two-pixel addition can be performed. This pixel addition is called FD addition.

次に、R/G/Bの各画素について、W画素の場合と逆斜め方向に位置する2つの画素間で飛び越し加算を行う(ステップS32)。具体的には、図11(B)に示すように、注目画素と当該注目画素の左斜め下に位置する画素(2列左隣りで2行下の画素)との間で飛び越し加算を行う。このR/G/Bの各画素の加算については、例えば図1に示すカラム処理部14がA/D変換機能を持つ場合において、当該A/D変換の際に飛び越し加算を行うことができる。   Next, for each pixel of R / G / B, interlaced addition is performed between two pixels located in an oblique direction opposite to the case of the W pixel (step S32). Specifically, as shown in FIG. 11B, interlaced addition is performed between the pixel of interest and the pixel located diagonally to the left of the pixel of interest (pixels adjacent to the left of two columns and two rows below). As for the addition of each R / G / B pixel, for example, when the column processing unit 14 shown in FIG.

より具体的には、図12に示す色配列において、B1,G1の各画素の信号を独立に読み出し、これらの信号をA/D変換後に連続的にB2,G3の各画素の信号を読み出してA/D変換を行うことで2画素加算を行うことができる。このカラム処理部14でのA/D変換の際に画素加算を行う技術としては、カウンタを用いてアナログ画素信号をデジタル画素信号に変換する周知の技術(例えば、特開2006−033454号公報等参照)を用いることができる。   More specifically, in the color arrangement shown in FIG. 12, the signals of the B1 and G1 pixels are read out independently, and the signals of the B2 and G3 pixels are read out continuously after A / D conversion of these signals. Two-pixel addition can be performed by performing A / D conversion. As a technique for performing pixel addition at the time of A / D conversion in the column processing unit 14, a known technique for converting an analog pixel signal into a digital pixel signal using a counter (for example, JP-A-2006-033454) Reference) can be used.

このA/D変換部の一部を構成するカウンタを用いて画素加算を行う処理をカウンタ加算と呼ぶこととする。このカウンタ加算を行うときにラインごとにゲインを変えると、加算比率を可変にできる。R画素についても同様にしてカウンタ加算を行うことができる。因みに、先述したW画素についての2画素加算は、W1,W2の各画素間、W3,W4の各画素間でそれぞれFD加算が行われる。   A process of performing pixel addition using a counter that constitutes a part of the A / D conversion unit is referred to as counter addition. If the gain is changed for each line when performing this counter addition, the addition ratio can be made variable. Counter addition can be performed in the same manner for the R pixel. Incidentally, in the above-described two-pixel addition for the W pixel, FD addition is performed between the pixels W1 and W2 and between the pixels W3 and W4.

次に、図11(C)に示すように、W画素の成分をR/G/Bの各画素にフィッティングする(ステップS33)。次いで、図11(D)に示すように、RGBベイヤ配列の4画素を生成する(ステップS34)。   Next, as shown in FIG. 11C, the W pixel component is fitted to each R / G / B pixel (step S33). Next, as shown in FIG. 11D, four pixels of the RGB Bayer array are generated (step S34).

続いて、画素加算処理2について、図13のフローチャートおよび図14の概念図を用いて説明する。   Next, the pixel addition process 2 will be described using the flowchart of FIG. 13 and the conceptual diagram of FIG.

最初に、W画素およびG画素について、左右斜め方向に位置する2つの画素間でFD加算を行うことによってW/R/G/Bを生成する(ステップS41)。具体的には、W画素については、図14(A)に示すように、注目画素と当該注目画素の右斜め下に位置する画素(1列右隣りで1行下の画素)との間でFD加算を行う。G画素については、図14(B)に示すように、注目画素と当該注目画素の左斜め下に位置する画素(1列左隣りで1行下の画素)との間でFD加算を行う。   First, for the W pixel and the G pixel, W / R / G / B is generated by performing FD addition between two pixels located in the left-right diagonal direction (step S41). Specifically, for the W pixel, as shown in FIG. 14A, between the pixel of interest and a pixel located diagonally below and to the right of the pixel of interest (pixel adjacent to the right of one column and one row below) FD addition is performed. As for the G pixel, as shown in FIG. 14B, FD addition is performed between the pixel of interest and a pixel located diagonally to the lower left of the pixel of interest (pixel adjacent to the left of one column and one row below).

ここで、縦4画素×横4画素の計8画素において、R/Bの1組の信号については未使用となる。すなわち、R/Bの各画素については画素加算無しの間引き読み出しとなる。したがって、画素加算処理1の場合に比べてR/Bの感度が低くなるために色S/Nが悪い。   Here, in a total of 8 pixels of 4 vertical pixels × 4 horizontal pixels, one set of R / B signals is not used. That is, thinning readout without pixel addition is performed for each R / B pixel. Accordingly, since the sensitivity of R / B is lower than that in the case of the pixel addition processing 1, the color S / N is poor.

次に、図14(C)に示すように、W画素の成分をR/G/Bの各画素にフィッティングする(ステップS42)。次いで、図14(D)に示すように、RGBベイヤ配列の4画素を生成する(ステップS43)。画素加算処理2の場合、画素加算処理1の場合に比べてRGBベイヤ配列の重心が多少ずれる。   Next, as shown in FIG. 14C, the W pixel component is fitted to each R / G / B pixel (step S42). Next, as shown in FIG. 14D, four pixels of the RGB Bayer array are generated (step S43). In the pixel addition process 2, the center of gravity of the RGB Bayer array is slightly shifted from that in the pixel addition process 1.

上述したように、動画撮像時に画素加算処理1または画素加算処理2を用いることで、Wフィルタが市松状に配置された色配列に対応した信号を、RGBベイヤ配列に対応した信号にセンサチップ11上で変換して出力することができる。   As described above, by using the pixel addition processing 1 or the pixel addition processing 2 at the time of moving image capturing, a signal corresponding to a color array in which W filters are arranged in a checkered pattern is converted into a signal corresponding to an RGB Bayer array. It can be converted and output above.

(第2具体例に係るカラーコーディングの場合)
続いて、第2具体例に係るカラーコーディングの場合の色変換処理について説明する。第2具体例に係るカラーコーディングの一連の処理の流れについては概ね、第1具体例に係るカラーコーディングの場合を基本としている。
(In the case of color coding according to the second specific example)
Next, color conversion processing in the case of color coding according to the second specific example will be described. The flow of a series of color coding processes according to the second specific example is basically based on the color coding according to the first specific example.

先ず、フルスキャン時の色変換処理1について図15の概念図を用いて説明する。図15(A)に示す第2具体例に係るカラーコーディングの4×4画素の色配列において、解像度の方向性をみて、図15(B)に示すように、市松状のW画素の成分を全ての色の画素に展開する。次に、W画素とG画素との相関から、図15(C)に示すように、W画素をG画素に置換する。そして、W画素とR/Bの各画素との相関から、図15(D)に示すベイヤ用R/Bの各画素を生成する。   First, the color conversion process 1 at the time of full scan will be described with reference to the conceptual diagram of FIG. In the color arrangement of 4 × 4 pixels of color coding according to the second specific example shown in FIG. 15A, looking at the directionality of the resolution, as shown in FIG. Expands to all color pixels. Next, from the correlation between the W pixel and the G pixel, the W pixel is replaced with the G pixel as shown in FIG. Then, from the correlation between the W pixel and the R / B pixels, the Bayer R / B pixels shown in FIG. 15D are generated.

次に、フルスキャン時の色変換処理2について図16の概念図を用いて説明する。色変換処理1の場合と同様に、第2具体例に係るカラーコーディングの4×4画素の色配列において、解像度の方向性をみて、図16(A)に示すように、市松状のW画素の成分を全ての色の画素に展開する。次に、W画素とR/Bの各画素との相関から、図16(B)に示すように、R/Bの各画素を生成する。そして、図16(C)に示すように、W画素の信号に当該W画素に隣接するG画素2つの信号を加算し、G(=W+2G)に近似し、図16(D)に示すように、ベイヤ用R/Bの各画素を生成する。このとき、方向性がある場合は、加算比率をアクティブに変えるとよい。   Next, color conversion processing 2 at the time of full scan will be described using the conceptual diagram of FIG. As in the case of the color conversion process 1, in the color arrangement of 4 × 4 pixels of color coding according to the second specific example, the directionality of the resolution is seen, and as shown in FIG. Are expanded to pixels of all colors. Next, from the correlation between the W pixel and each R / B pixel, each R / B pixel is generated as shown in FIG. Then, as shown in FIG. 16C, two G pixel signals adjacent to the W pixel are added to the W pixel signal to approximate G (= W + 2G), as shown in FIG. , Each pixel of the Bayer R / B is generated. At this time, if there is directionality, the addition ratio may be changed to active.

続いて、画素加算処理1について図17を用いて説明する。図17(A),(B)に示すように、W画素とR/G/Bの各画素について左右斜めFD加算を行うことでW/R/G/Bの各画素を生成する。そして、図17(C)に示すように、W画素の成分を各画素にフィッティングし、図17(D)に示すRGBベイヤ配列の4画素を生成する。   Subsequently, the pixel addition process 1 will be described with reference to FIG. As shown in FIGS. 17A and 17B, W / R / G / B pixels are generated by performing left-right diagonal FD addition on the W pixels and R / G / B pixels. Then, as shown in FIG. 17C, the W pixel component is fitted to each pixel to generate four pixels in the RGB Bayer array shown in FIG.

次に、画素加算処理2について図18を用いて説明する。図18(A),(B)に示すように、W画素とR/G/Bの各画素について左右斜めFD加算を行うことでW/R/G/Bの各画素を生成する。そして、図18(C)に示すように、W画素の成分をR/Bの各画素にフィッティングし、図18(D)に示すRGBベイヤ配列の4画素を生成する。   Next, the pixel addition process 2 will be described with reference to FIG. As shown in FIGS. 18A and 18B, W / R / G / B pixels are generated by performing left-right diagonal FD addition on the W pixels and R / G / B pixels. Then, as shown in FIG. 18C, the W pixel component is fitted to each R / B pixel to generate four pixels in the RGB Bayer array shown in FIG.

以上説明したように、輝度信号の主成分となるWフィルタが市松状に配置され、Gフィルタが斜め方向にストライプ配列された色配列の第1,第2具体例に係るカラーコーディングにおいて、上述した信号処理を行うことで次のような作用効果を得ることができる。すなわち、センサチップ11上の変換処理部16において、W画素に隣接するG画素の信号をW画素の信号に加算して輝度信号の主成分とする信号処理を行うことで輝度信号量を増大できる。これにより、解像度を極力落とさずに感度を上げることができる。
As described above, in the color coding according to the first and second specific examples of the color arrangement in which the W filters that are the main components of the luminance signal are arranged in a checkered pattern and the G filters are arranged in stripes in the diagonal direction, The following effects can be obtained by performing signal processing. That is, in the conversion processing unit 16 on the sensor chip 11, the luminance signal amount can be increased by performing signal processing using the signal of the G pixel adjacent to the W pixel as a main component of the luminance signal by adding the signal of the W pixel to the signal of the W pixel. . As a result, the sensitivity can be increased without reducing the resolution as much as possible.

<2.第2実施形態>
[システム構成]
図19は、本発明の第2実施形態に係る固体撮像装置、例えばX−Yアドレス型固体撮像装置の一種であるCMOSイメージセンサの構成の概略を示すシステム構成図であり、図中、図1と同等部分には同一符号を付して示している。
<2. Second Embodiment>
[System configuration]
FIG. 19 is a system configuration diagram showing an outline of a configuration of a solid-state imaging device according to the second embodiment of the present invention, for example, a CMOS image sensor which is a kind of XY address type solid-state imaging device. Equivalent parts are indicated by the same reference numerals.

先述した第1実施形態に係るCMOSイメージセンサ10Aは、センサチップ11に設けられた変換処理部16において、色フィルタアレイ30の色配列に対応した信号を、RGBベイヤ配列に対応した信号に変換する構成となっている。これに対して、本実施形態に係るCMOSイメージセンサ10Bは、色フィルタアレイ30の色配列に対応したW/R/G/Bの信号がそのままRAWデータ(生データ)としてセンサチップ11から出力される構成となっている。   In the CMOS image sensor 10A according to the first embodiment described above, the conversion processing unit 16 provided in the sensor chip 11 converts a signal corresponding to the color array of the color filter array 30 into a signal corresponding to the RGB Bayer array. It has a configuration. On the other hand, in the CMOS image sensor 10B according to the present embodiment, W / R / G / B signals corresponding to the color arrangement of the color filter array 30 are directly output from the sensor chip 11 as RAW data (raw data). It is the composition which becomes.

そして、本実施形態に係るCMOSイメージセンサ10Bは、センサチップ11から出力されるRAWデータに対して、センサチップ11の外部回路であるDSP回路40で色変換処理を行う構成を採っている。DSP回路40は、センサチップ11から出力されるW/R/G/Bの信号をRGBベイヤ配列に対応した信号に変換し、しかる後周知のデモザイク処理を行う。ここで、デモザイク処理は、単色の色情報しか持たない各画素の信号に対して、その周辺画素の信号から足りない色情報を集め与えることで色情報を補完してフルカラー画像を作り出す処理である。   The CMOS image sensor 10B according to the present embodiment employs a configuration in which color conversion processing is performed on the RAW data output from the sensor chip 11 by the DSP circuit 40 that is an external circuit of the sensor chip 11. The DSP circuit 40 converts the W / R / G / B signal output from the sensor chip 11 into a signal corresponding to the RGB Bayer array, and then performs a known demosaic process. Here, the demosaicing process is a process of creating a full color image by complementing the color information by collecting and giving the missing color information from the signals of the surrounding pixels to the signal of each pixel having only monochrome color information. .

このように、本実施形態に係るCMOSイメージセンサ10Bは、色フィルタアレイ30の色配列に対応したW/R/G/Bの信号をそのままセンサチップ11へ出力し、DSP回路40でRGBベイヤ配列に対応した信号に変換することを特徴としている。したがって、センサチップ11上に設けられた画素アレイ部12、垂直駆動部13、カラム処理部14、水平駆動部15およびシステム制御部17の構成および動作については、第1実施形態の場合と同じであり、ここではその説明については重複するので省略する。
As described above, the CMOS image sensor 10B according to the present embodiment outputs W / R / G / B signals corresponding to the color arrangement of the color filter array 30 to the sensor chip 11 as they are, and the DSP circuit 40 performs RGB Bayer arrangement. It is characterized in that it is converted into a signal corresponding to. Therefore, the configurations and operations of the pixel array unit 12, the vertical drive unit 13, the column processing unit 14, the horizontal drive unit 15 and the system control unit 17 provided on the sensor chip 11 are the same as those in the first embodiment. Yes, and the description is omitted here because it is redundant.

[色フィルタアレイのカラーコーディング]
本実施形態に係るCMOSイメージセンサ10Bにおいても、第1実施形態に係るCMOSイメージセンサ10Aの場合と同様に、RGBベイヤ配列に対応した信号への変換が容易な色フィルタアレイ30のカラーコーディングを特徴の一つとしている。
[Color coding of color filter array]
The CMOS image sensor 10B according to the present embodiment is also characterized by the color coding of the color filter array 30 that can be easily converted into a signal corresponding to the RGB Bayer array, as in the case of the CMOS image sensor 10A according to the first embodiment. One of them.

すなわち、色フィルタアレイ30は、輝度信号の主成分となる第1色(W/G)のフィルタが市松状に配置され、輝度信号の主成分となる第2色(G/W)のフィルタが斜め方向、縦方向または横方向において4画素単位でストライプ状に配列された色配列となっている。このカラーコーディングの色フィルタアレイ30を用いることによる作用効果については第1実施形態の場合と同じである。

[色フィルタアレイのカラーコーディングの具体例]
輝度信号の主成分となる色フィルタが市松状に配置された色配列に対応した信号から、RGBベイヤ配列に対応した信号への変換が容易なカラーコーディングの具体例についても、第1実施形態の場合と同様の第1,第2具体例が挙げられる。
That is, in the color filter array 30, the first color (W / G) filters that are the main components of the luminance signal are arranged in a checkered pattern, and the second color (G / W) filters that are the main components of the luminance signal are arranged. The color arrangement is arranged in stripes in units of four pixels in the oblique direction, the vertical direction, or the horizontal direction. The effect of using the color coding color filter array 30 is the same as in the first embodiment.

[Specific example of color coding of color filter array]
A specific example of color coding that allows easy conversion from a signal corresponding to a color array in which color filters, which are main components of a luminance signal, are arranged in a checkered pattern to a signal corresponding to an RGB Bayer array is also described in the first embodiment. The first and second specific examples are the same as in the case.

すなわち、第1具体例に係るカラーコーディングは、Wフィルタが市松状に配置され、R/Bの各フィルタが縦横2画素ピッチの市松配列で、且つR/Bの各フィルタ間が斜め1画素ズレで、残りがGフィルタとなっている(図4参照)。また、第2具体例に係るカラーコーディングは、Wフィルタが市松状に配置され、R/Bの各フィルタが縦横4画素ピッチの正方配列で、且つR/Bの各フィルタ間が斜め方向に2画素単位で並び、残りがGフィルタとなっている(図5参照)。
In other words, in the color coding according to the first specific example, the W filters are arranged in a checkered pattern, the R / B filters are arranged in a checkered pattern with a vertical and horizontal pixel pitch, and the R / B filters are diagonally shifted by one pixel. The rest is a G filter (see FIG. 4). Further, in the color coding according to the second specific example, the W filters are arranged in a checkered pattern, the R / B filters are arranged in a square with a vertical and horizontal pixel pitch of 2 and the R / B filters are diagonally 2 They are arranged in pixel units, and the rest are G filters (see FIG. 5).

[色変換処理]
続いて、DSP回路40において、センサチップ11からRAWデータとして出力される色フィルタアレイ30の色配列に対応した信号を、RGBベイヤ配列に対応した信号に変換する色変換処理の詳細について説明する。
[Color conversion processing]
Next, details of a color conversion process in the DSP circuit 40 for converting a signal corresponding to the color array of the color filter array 30 output as RAW data from the sensor chip 11 into a signal corresponding to the RGB Bayer array will be described.

この色変換処理に当たっては、第1実施形態の場合と同様に、W:G:R:Bの各画素の感度比の調整が行われるものとする。色変換処理については、第1実施形態の場合と同様に、フルスキャン時の色変換処理と画素加算時の色変換処理とに分けられる。また、フルスキャン時の処理についても、入射光輝度があらかじめ定められた基準輝度よりも高い高輝度時の色変換処理1と、基準輝度以下の低輝度時の色変換処理2とに分けられる。   In this color conversion process, as in the case of the first embodiment, the sensitivity ratio of each pixel of W: G: R: B is adjusted. As in the case of the first embodiment, the color conversion processing is divided into color conversion processing at the time of full scan and color conversion processing at the time of pixel addition. Further, the processing at the time of full scan is also divided into color conversion processing 1 when the incident light luminance is higher than the predetermined reference luminance and color conversion processing 2 when the luminance is lower than the reference luminance.

(第1具体例に係るカラーコーディングの場合)
先ず、第1具体例に係るカラーコーディングの場合の色変換処理について説明する。最初に、フルスキャン時における高輝度時の色変換処理1について、図20のフローチャートおよび図21の概念図を用いて説明する。
(In the case of color coding according to the first specific example)
First, color conversion processing in the case of color coding according to the first specific example will be described. First, the color conversion process 1 at the time of high brightness at the time of full scan will be described using the flowchart of FIG. 20 and the conceptual diagram of FIG.

第1具体例に係るカラーコーディングの4×4画素の色配列を図21(A)に示す。この第1具体例に係るカラーコーディングにおいて、先ず、先述した周知の方向性相関を利用した信号処理を用いることで、図21(B)に示すように、市松状のW画素の成分を解像度の方向性を判断して全ての色の画素に展開する(ステップS51)。次に、先述した周知の技術を用いることで、W画素とR/G/Bの各画素との相関から、図21(C)に示すように、R/G/Bの各成分を全画素に展開する(ステップS52)。   A color arrangement of 4 × 4 pixels of color coding according to the first specific example is shown in FIG. In the color coding according to the first specific example, first, by using the signal processing using the well-known directional correlation described above, as shown in FIG. The directionality is judged and developed to pixels of all colors (step S51). Next, by using the above-described well-known technique, each component of R / G / B is converted to all pixels as shown in FIG. 21C from the correlation between the W pixel and each pixel of R / G / B. (Step S52).

続いて、フルスキャン時における低輝度時の色変換処理2について、図22のフローチャートおよび図23の概念図を用いて説明する。   Next, color conversion processing 2 at low luminance during full scan will be described using the flowchart of FIG. 22 and the conceptual diagram of FIG.

先ず、先述した周知の方向性相関を利用した信号処理を用いることで、図23(A)に示すように、解像度の方向性をみる(ステップS61)。そして、方向性を判断できるか否かを判断し(ステップS62)、方向性を判断できる場合は、市松状のW画素の成分を全ての色の画素に展開する(ステップS63)。   First, the directionality of the resolution is observed as shown in FIG. 23A by using the signal processing using the well-known directional correlation described above (step S61). Then, it is determined whether or not the directionality can be determined (step S62). If the directionality can be determined, the checkered W pixel components are developed into pixels of all colors (step S63).

次に、先述した周知の技術を用いることで、図23(B)に示すように、W画素とR/Bの各画素との相関からR/Bの各画素を生成する(ステップS64)。ステップS62において、方向性を判断できない場合は、上下左右に隣接する4画素間で均等に補完する単純4画素均等補間によってR/Bの各画素を生成する(ステップS66)。   Next, by using the above-described well-known technique, as shown in FIG. 23B, each R / B pixel is generated from the correlation between the W pixel and each R / B pixel (step S64). If the directionality cannot be determined in step S62, each pixel of R / B is generated by simple four-pixel equal interpolation that complements equally between four pixels that are adjacent vertically and horizontally (step S66).

次に、図23(C)に示すように、W画素から方向性を判断して当該W画素に隣接する2つのG画素の信号をW画素の信号に、比率をアクティブに変えて加算(W+2G)して市松配列を生成する(ステップS65)。その後さらに、方向性を判断して全画素に展開することで輝度信号とする(ステップS66)。   Next, as shown in FIG. 23C, the directionality is determined from the W pixel, and the signal of the two G pixels adjacent to the W pixel is changed to the signal of the W pixel and the ratio is changed to active (W + 2G). ) To generate a checkered array (step S65). Thereafter, the directionality is further determined and developed to all pixels to obtain a luminance signal (step S66).

上述したように、入射光の輝度に応じて色変換処理1または色変換処理2を用いることで、Wフィルタが市松状に配置された色配列に対応した信号をRGBベイヤ配列に対応した信号に、センサチップ11外のDSP回路40の信号処理で変換することができる。   As described above, by using the color conversion processing 1 or the color conversion processing 2 according to the luminance of incident light, a signal corresponding to a color array in which W filters are arranged in a checkered pattern is converted into a signal corresponding to an RGB Bayer array. The signal can be converted by the signal processing of the DSP circuit 40 outside the sensor chip 11.

次に、動画撮像時における画素加算時の2つの色変換処理1,2について説明する。先ず、画素加算処理1について、図24のフローチャートおよび図25の概念図を用いて説明する。   Next, two color conversion processes 1 and 2 at the time of pixel addition at the time of moving image capturing will be described. First, the pixel addition process 1 will be described with reference to the flowchart of FIG. 24 and the conceptual diagram of FIG.

先ず、図25(A)に示すように、W画素について斜め方向に位置する2つの画素間でFD加算を行うとともに、RGB画素について斜め方向に位置する2つの画素間でカウンタ加算を行う(ステップS71)。次に、W画素とR/G/Bの各画素との相関から、図25(B)に示すように、全画素にR/G/Bの各成分を展開する(ステップS72)。そして、図25(C)に示すように、W画素の信号とG画素の信号とを1:2比で加算視してW+2Gとし、当該W+2Gの信号を輝度信号とする(ステップS73)。   First, as shown in FIG. 25A, FD addition is performed between two pixels positioned in the diagonal direction for the W pixel, and counter addition is performed between two pixels positioned in the diagonal direction for the RGB pixel (step S71). Next, from the correlation between the W pixel and each R / G / B pixel, as shown in FIG. 25B, each R / G / B component is developed in all pixels (step S72). Then, as shown in FIG. 25C, the W pixel signal and the G pixel signal are added at a ratio of 1: 2 to obtain W + 2G, and the W + 2G signal is used as a luminance signal (step S73).

次に、画素加算処理2について、図26のフローチャートおよび図27の概念図を用いて説明する。   Next, the pixel addition process 2 will be described with reference to the flowchart of FIG. 26 and the conceptual diagram of FIG.

先ず、W画素およびG画素について、図27(A)に示すように、左右斜め方向に位置する2つの画素間でFD加算を行うことによってW,Gを生成する(ステップS81)。具体的には、G画素については、注目画素と当該注目画素の左斜め下に位置する画素(1列左隣りで1行下の画素)との間でFD加算を行う。W画素については、注目画素と当該注目画素の右斜め下に位置する画素(1列右隣りで1行下の画素)との間でFD加算を行う。R,Bの画素についてはそのままとする。   First, for W and G pixels, as shown in FIG. 27A, W and G are generated by performing FD addition between two pixels located in the diagonal direction (step S81). Specifically, for the G pixel, FD addition is performed between the pixel of interest and a pixel located diagonally to the left of the pixel of interest (a pixel on the left of one column and one row below). For the W pixel, FD addition is performed between the pixel of interest and a pixel located diagonally below and to the right of the pixel of interest (pixel adjacent to the right of one column and one row below). The R and B pixels are left as they are.

次に、W画素とR/G/Bの各画素との相関から、図27(B)に示すように、R/G/Bの各成分を全画素に展開する(ステップS82)。そして、W画素の信号とG画素の信号とを1:2比で加算してW+2Gとし、当該W+2Gの信号を輝度信号とする(ステップS83)。   Next, from the correlation between the W pixel and each R / G / B pixel, each component of R / G / B is expanded to all pixels as shown in FIG. 27B (step S82). Then, the W pixel signal and the G pixel signal are added at a ratio of 1: 2 to obtain W + 2G, and the W + 2G signal is set as a luminance signal (step S83).

上述したように、動画撮像時に画素加算処理1または画素加算処理2を用いることで、Wフィルタが市松状に配置された色配列に対応した信号をRGBベイヤ配列に対応した信号に、センサチップ11外のDSP回路40の信号処理で変換することができる。   As described above, by using the pixel addition process 1 or the pixel addition process 2 at the time of moving image capturing, the signal corresponding to the color array in which the W filter is arranged in a checkered pattern is changed to the signal corresponding to the RGB Bayer array. Conversion can be performed by signal processing of the external DSP circuit 40.

(第2具体例に係るカラーコーディングの場合)
続いて、第2具体例に係るカラーコーディングの場合の色変換処理について説明する。第2具体例に係るカラーコーディングの一連の処理の流れについては概ね、第1具体例に係るカラーコーディングの場合を基本としている。
(In the case of color coding according to the second specific example)
Next, color conversion processing in the case of color coding according to the second specific example will be described. The flow of a series of color coding processes according to the second specific example is basically based on the color coding according to the first specific example.

最初に、フルスキャン時の色変換処理1について図28の概念図を用いて説明する。第2具体例に係るカラーコーディングの4×4画素の色配列を図28(A)に示す。この第2具体例に係るカラーコーディングにおいて、解像度の方向性をみて、図28(B)に示すように、市松状のW画素の成分を全ての色の画素に展開する。次いで、W画素とR/G/Bの各画素との相関から、図28(C)に示すように、R/G/Bの各成分を全画素に展開する)。   First, the color conversion process 1 at the time of full scan will be described with reference to the conceptual diagram of FIG. FIG. 28A shows a color arrangement of 4 × 4 pixels of color coding according to the second specific example. In the color coding according to the second specific example, in view of the directionality of the resolution, as shown in FIG. 28B, the checkered W pixel components are developed into pixels of all colors. Next, from the correlation between the W pixel and each R / G / B pixel, each component of R / G / B is expanded to all pixels as shown in FIG.

次に、フルスキャン時の色変換処理2について図29の概念図を用いて説明する。色変換処理1の場合と同様に、第2具体例に係るカラーコーディングの4×4画素の色配列において、解像度の方向性をみて、図29(A)に示すように、市松状のW画素の成分を全ての色の画素に展開する。   Next, color conversion processing 2 at the time of full scan will be described using the conceptual diagram of FIG. As in the case of the color conversion process 1, in the color arrangement of 4 × 4 pixels of color coding according to the second specific example, the directionality of the resolution is seen, and as shown in FIG. Are expanded to pixels of all colors.

次に、W画素とR/Bの各画素との相関から、図29(B)に示すように、R/Bの各成分を全画素に展開する。そして、図29(C)に示すように、W画素から方向性を判断して当該W画素に隣接する2つのG画素の信号をW画素の信号に、比率をアクティブに変えて加算(W+2G)して市松配列を生成する。その後さらに、方向性を判断して全画素に展開することで輝度信号とする。   Next, from the correlation between the W pixel and each R / B pixel, each component of R / B is expanded to all pixels as shown in FIG. Then, as shown in FIG. 29C, the directionality is determined from the W pixel, and the signal of the two G pixels adjacent to the W pixel is changed to the signal of the W pixel, and the ratio is changed to active (W + 2G). To create a checkered array. Thereafter, the directionality is judged and developed to all pixels to obtain a luminance signal.

続いて、画素加算処理1について図30を用いて説明する。先ず、W画素およびG画素について、図30(A)に示すように、左右斜め方向に位置する2つの画素間でFD加算を行うことによってW,R,G,Bの各画素の信号を生成する。次に、W画素とR/G/Bの各画素との相関から、図30(B)に示すように、R/G/Bの各成分を全画素に展開する。そして、W画素の成分を各画素にフィッティングしてS/Nを改善した後、RGB信号とする。   Subsequently, the pixel addition process 1 will be described with reference to FIG. First, with respect to the W pixel and the G pixel, as shown in FIG. 30A, a signal of each pixel of W, R, G, and B is generated by performing FD addition between two pixels located in the diagonal direction. To do. Next, from the correlation between the W pixel and each R / G / B pixel, each component of R / G / B is expanded to all pixels as shown in FIG. Then, after the component of the W pixel is fitted to each pixel to improve the S / N, an RGB signal is obtained.

次に、画素加算処理2について図31を用いて説明する。先ず、W画素およびG画素について、図31(A)に示すように、左右斜め方向に位置する2つの画素間でFD加算を行うことによってW,R,G,Bの各画素の信号を生成する。次に、W画素とR/G/Bの各画素との相関から、図31(B)に示すように、R/G/Bの各成分を全画素に展開する。そして、W画素の信号とG画素の信号とを1:2比で加算してW+2Gとし、当該W+2Gの信号を輝度信号とする。   Next, the pixel addition process 2 will be described with reference to FIG. First, with respect to the W pixel and the G pixel, as shown in FIG. 31A, a signal of each pixel of W, R, G, and B is generated by performing FD addition between two pixels located in the diagonal direction. To do. Next, from the correlation between the W pixel and each R / G / B pixel, each component of R / G / B is expanded to all pixels as shown in FIG. Then, the W pixel signal and the G pixel signal are added at a ratio of 1: 2 to obtain W + 2G, and the W + 2G signal is used as a luminance signal.

以上説明したように、輝度信号の主成分となるWフィルタが市松状に配置され、Gフィルタが斜め方向にストライプ配列された色配列の第1,第2具体例に係るカラーコーディングにおいて、上述した信号処理を行うことで次のような作用効果を得ることができる。すなわち、センサチップ11外のDSP回路40において、W画素に隣接するG画素の信号をW画素の信号に加算して輝度信号の主成分とする信号処理を行うことで輝度信号量を増大できる。これにより、解像度を極力落とさずに感度を上げることができる。
As described above, in the color coding according to the first and second specific examples of the color arrangement in which the W filters that are the main components of the luminance signal are arranged in a checkered pattern and the G filters are arranged in stripes in the diagonal direction, The following effects can be obtained by performing signal processing. That is, in the DSP circuit 40 outside the sensor chip 11, the amount of luminance signal can be increased by performing signal processing using the signal of the G pixel adjacent to the W pixel as a main component of the luminance signal by adding the signal of the W pixel. As a result, the sensitivity can be increased without reducing the resolution as much as possible.

<3.変形例>
なお、上記各実施形態では、W画素に隣接する2つのG画素の信号を簡易的にW画素の信号に加算して擬似的に輝度信号の主成分とするとしたが、加算するG画素の画素数は2画素に限られるものではなく、1画素であってもよい。因みに、W画素に隣接する1つのG画素の信号を加算する2画素加算とすることで、2つのG画素の信号を加算する3画素加算の場合に比べて解像度の低下を抑えることができる。
<3. Modification>
In each of the above-described embodiments, the signal of two G pixels adjacent to the W pixel is simply added to the signal of the W pixel to be a pseudo main component of the luminance signal. The number is not limited to two pixels, and may be one pixel. Incidentally, by using the two-pixel addition for adding the signals of one G pixel adjacent to the W pixel, it is possible to suppress a decrease in resolution as compared with the case of the three-pixel addition for adding the signals of two G pixels.

また、上記各実施形態では、Gフィルタを斜め方向に4画素単位でストライプ配列となっている場合の信号処理を例に挙げて説明したが、縦方向または横方向に4画素単位でストライプ状に配列されている場合にも同様の作用効果を得ることができる。またさらに、第1色のフィルタと第2色のフィルタの加算比率は1:1に限られるものではなく、任意の加算比率で解像度と感度のバランスをとるようにしてもよい。   Further, in each of the above embodiments, the signal processing in the case where the G filter has a stripe arrangement in units of four pixels in an oblique direction has been described as an example. However, in the vertical direction or in the horizontal direction, stripes are formed in units of four pixels. A similar effect can be obtained even when they are arranged. Furthermore, the addition ratio of the first color filter and the second color filter is not limited to 1: 1, and the resolution and sensitivity may be balanced at an arbitrary addition ratio.

さらに、上記各実施形態では、輝度信号の主成分となる第1色を白色(W)、第2色を緑色(G)としたカラーコーディングの場合を例に挙げたが、第1色を緑色、第2色を白色としたカラーコーディングの場合にも同様の作用効果を得ることができる。この場合の第1具体例に係るカラーコーディングを図32に、第2具体例に係るカラーコーディングを図33にそれぞれ示す。
Further, in each of the above embodiments, the case of color coding in which the first color that is the main component of the luminance signal is white (W) and the second color is green (G) is taken as an example, but the first color is green. In the case of color coding in which the second color is white, similar effects can be obtained. In this case, FIG. 32 shows color coding according to the first specific example, and FIG. 33 shows color coding according to the second specific example.

<4.適用例>
[撮像装置]
図34は、本発明に係る撮像装置の構成の一例を示すブロック図である。
<4. Application example>
[Imaging device]
FIG. 34 is a block diagram showing an example of the configuration of the imaging apparatus according to the present invention.

図34に示すように、本発明に係る撮像装置100は、レンズ群101等を含む光学系、撮像素子102、カメラ信号処理回路であるDSP回路103、フレームメモリ104、表示装置105、記録装置106、操作系107および電源系108等を有している。そして、DSP回路103、フレームメモリ104、表示装置105、記録装置106、操作系107および電源系108がバスライン109を介して相互に接続された構成となっている。   As shown in FIG. 34, an imaging apparatus 100 according to the present invention includes an optical system including a lens group 101 and the like, an imaging element 102, a DSP circuit 103 which is a camera signal processing circuit, a frame memory 104, a display apparatus 105, and a recording apparatus 106. The operation system 107 and the power supply system 108 are included. The DSP circuit 103, the frame memory 104, the display device 105, the recording device 106, the operation system 107, and the power supply system 108 are connected to each other via a bus line 109.

レンズ群101は、被写体からの入射光(像光)を取り込んで撮像素子102の撮像面上に結像する。撮像素子102は、レンズ群101によって撮像面上に結像された入射光の光量を画素単位で電気信号に変換して画素信号として出力する。この撮像素子102として、先述した第1,第2実施形態に係るCMOSイメージセンサ10A,10Bが用いられる。   The lens group 101 captures incident light (image light) from a subject and forms an image on the imaging surface of the imaging element 102. The imaging element 102 converts the amount of incident light imaged on the imaging surface by the lens group 101 into an electrical signal in units of pixels and outputs the electrical signal. As the image sensor 102, the CMOS image sensors 10A and 10B according to the first and second embodiments described above are used.

CMOSイメージセンサ10A,10Bは、色フィルタアレイとして、輝度信号の主成分となる色が市松状に配置され、残りの部分に色情報成分となる複数色が配列された色配列のカラーコーディングのものを有している。そして、特にCMOSイメージセンサ10Aの場合には、色フィルタアレイの色配列に対応した信号を、センサチップ11上で演算処理にてベイヤ配列に対応した信号に変換する構成となっている。   The CMOS image sensors 10A and 10B have a color coding of a color arrangement in which colors as main components of luminance signals are arranged in a checkered pattern and a plurality of colors as color information components are arranged in the remaining portion as a color filter array. have. In particular, in the case of the CMOS image sensor 10A, a signal corresponding to the color array of the color filter array is converted into a signal corresponding to the Bayer array by arithmetic processing on the sensor chip 11.

したがって、CMOSイメージセンサ10Aからは、色フィルタアレイが輝度信号の主成分となる色が市松状に配置されたカラーコーディングでありながら、ベイヤ配列に対応した信号が出力される。これにより、DSP回路103として、ベイヤ配列に対応した信号を基に輝度信号Yおよび2つの色差信号U(B−Y),V(R−Y)を生成する処理を基本的な処理とする既存のベイヤ配列用のDSPを用いることができる。   Therefore, the CMOS image sensor 10A outputs a signal corresponding to the Bayer array while the color filter array is color coding in which the main color of the luminance signal is arranged in a checkered pattern. As a result, the DSP circuit 103 has an existing process for generating the luminance signal Y and the two color difference signals U (B−Y) and V (R−Y) based on signals corresponding to the Bayer array. DSPs for Bayer arrays can be used.

このように、既存のベイヤ配列用のDSPを用いることができることで、撮像素子102で用いる色フィルタアレイのカラーコーディングを変更しても、莫大な開発コストがかかるDSPを新規に開発する必要がなくなる。これにより、DSP回路103を含む本撮像装置100の低コスト化および特にWフィルタを用いたカラーコーディングの色フィルタアレイの普及に寄与できる。   As described above, since the existing Bayer array DSP can be used, even if the color coding of the color filter array used in the image sensor 102 is changed, it is not necessary to newly develop a DSP that requires enormous development costs. . Thereby, it is possible to contribute to the cost reduction of the imaging apparatus 100 including the DSP circuit 103 and the spread of the color coding color filter array using the W filter.

一方、CMOSイメージセンサ10Bの場合には、輝度信号の主成分となる色が市松状に配置された色配列に対応した信号がチップ外へ出力され、DSP回路103(図19のDSP回路40に相当)でRGBベイヤ配列に対応した信号に変換する処理が行われる。したがって、開発コストがかかるものの、色フィルタアレイのカラーコーディングの変更に対応すべく、DSP回路103を新規に開発する必要がある。ただし、CMOSイメージセンサ10Bの場合にも、CMOSイメージセンサ10Aの場合と同様に、解像度を極力落とさずに感度を上げることができるために、高解像度を維持しつつ撮像信号のS/Nを向上できる利点がある。   On the other hand, in the case of the CMOS image sensor 10B, a signal corresponding to a color arrangement in which the main component of the luminance signal is arranged in a checkered pattern is output to the outside of the chip, and the DSP circuit 103 (to the DSP circuit 40 in FIG. 19). Equivalent), the signal is converted into a signal corresponding to the RGB Bayer array. Accordingly, although the development cost is high, it is necessary to newly develop the DSP circuit 103 in order to cope with the change of the color coding of the color filter array. However, in the case of the CMOS image sensor 10B, as in the case of the CMOS image sensor 10A, since the sensitivity can be increased without reducing the resolution as much as possible, the S / N of the imaging signal is improved while maintaining high resolution. There are advantages you can do.

表示装置105は、液晶表示装置や有機EL(electro luminescence)表示装置等のパネル型表示装置からなり、撮像素子102で撮像された動画または静止画を表示する。記録装置106は、撮像素子102で撮像された動画または静止画を、ビデオテープやDVD(Digital Versatile Disk)等の記録媒体に記録する。   The display device 105 includes a panel type display device such as a liquid crystal display device or an organic EL (electroluminescence) display device, and displays a moving image or a still image captured by the image sensor 102. The recording device 106 records a moving image or a still image captured by the image sensor 102 on a recording medium such as a video tape or a DVD (Digital Versatile Disk).

操作系107は、ユーザによる操作の下に、本撮像装置が持つ様々な機能について操作指令を発する。電源系108は、DSP回路103、フレームメモリ104、表示装置105、記録装置106および操作系107の動作電源となる各種の電源を、これら供給対象に対して適宜供給する。
The operation system 107 issues operation commands for various functions of the imaging apparatus under operation by the user. The power supply system 108 appropriately supplies various power supplies serving as operation power supplies for the DSP circuit 103, the frame memory 104, the display device 105, the recording device 106, and the operation system 107 to these supply targets.

本発明の第1実施形態に係るCMOSイメージセンサの構成の概略を示すシステム構成図である。1 is a system configuration diagram showing an outline of a configuration of a CMOS image sensor according to a first embodiment of the present invention. 単位画素の回路構成の一例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows an example of the circuit structure of a unit pixel. 隣接4画素加算を画素内で行う場合の回路構成の一例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows an example of a circuit structure in case adjacent 4 pixel addition is performed within a pixel. 第1具体例に係るカラーコーディングを示す色配列図である。It is a color arrangement | sequence diagram which shows the color coding which concerns on a 1st specific example. 第2具体例に係るカラーコーディングを示す色配列図である。It is a color arrangement | sequence figure which shows the color coding which concerns on a 2nd specific example. 第1実施形態の第1具体例に係るカラーコーディングの場合のフルスキャン時における高輝度時の色変換処理1の一例の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of an example of the color conversion process 1 at the time of the high brightness | luminance at the time of a full scan in the case of the color coding which concerns on the 1st specific example of 1st Embodiment. 第1実施形態の第1具体例に係るカラーコーディングの場合のフルスキャン時における高輝度時の色変換処理1の概念図である。It is a conceptual diagram of the color conversion process 1 at the time of high brightness at the time of full scan in the case of color coding according to the first specific example of the first embodiment. 第1実施形態の第1具体例に係るカラーコーディングの場合のフルスキャン時における低輝度時の色変換処理2の一例の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of an example of the color conversion process 2 at the time of the low brightness at the time of a full scan in the case of the color coding which concerns on the 1st specific example of 1st Embodiment. 第1実施形態の第1具体例に係るカラーコーディングの場合のフルスキャン時における低輝度時の色変換処理2の概念図である。It is a conceptual diagram of the color conversion process 2 at the time of low brightness at the time of full scan in the case of color coding according to the first specific example of the first embodiment. 第1実施形態の第1具体例に係るカラーコーディングの場合の画素加算処理1の一例の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of an example of the pixel addition process 1 in the case of the color coding which concerns on the 1st specific example of 1st Embodiment. 第1実施形態の第1具体例に係るカラーコーディングの場合の画素加算処理1の概念図である。It is a conceptual diagram of the pixel addition process 1 in the case of the color coding which concerns on the 1st specific example of 1st Embodiment. FD加算およびカウンタ加算についての説明図である。It is explanatory drawing about FD addition and counter addition. 第1実施形態の第1具体例に係るカラーコーディングの場合の画素加算処理2の一例の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of an example of the pixel addition process 2 in the case of the color coding which concerns on the 1st specific example of 1st Embodiment. 第1実施形態の第1具体例に係るカラーコーディングの場合の画素加算処理2の概念図である。It is a conceptual diagram of the pixel addition process 2 in the case of the color coding which concerns on the 1st specific example of 1st Embodiment. 第1実施形態の第2具体例に係るカラーコーディングの場合の色変換処理1の概念図である。It is a conceptual diagram of the color conversion process 1 in the case of the color coding which concerns on the 2nd specific example of 1st Embodiment. 第1実施形態の第2具体例に係るカラーコーディングの場合の色変換処理2の概念図である。It is a conceptual diagram of the color conversion process 2 in the case of the color coding which concerns on the 2nd specific example of 1st Embodiment. 第1実施形態の第2具体例に係るカラーコーディングの場合の画素加算処理1の概念図である。It is a conceptual diagram of the pixel addition process 1 in the case of the color coding which concerns on the 2nd specific example of 1st Embodiment. 第1実施形態の第2具体例に係るカラーコーディングの場合の画素加算処理2の概念図である。It is a conceptual diagram of the pixel addition process 2 in the case of the color coding which concerns on the 2nd specific example of 1st Embodiment. 本発明の第2実施形態に係るCMOSイメージセンサの構成の概略を示すシステム構成図である。It is a system block diagram which shows the outline of a structure of the CMOS image sensor which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 第2実施形態の第1具体例に係るカラーコーディングの場合のフルスキャン時における高輝度時の色変換処理1の一例の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of an example of the color conversion process 1 at the time of the high brightness | luminance at the time of a full scan in the case of the color coding which concerns on the 1st specific example of 2nd Embodiment. 第2実施形態の第1具体例に係るカラーコーディングの場合のフルスキャン時における高輝度時の色変換処理1の概念図である。It is a conceptual diagram of the color conversion process 1 at the time of high brightness at the time of full scan in the case of color coding according to the first specific example of the second embodiment. 第2実施形態の第1具体例に係るカラーコーディングの場合のフルスキャン時における低輝度時の色変換処理2の一例の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of an example of the color conversion process 2 at the time of the low brightness at the time of a full scan in the case of the color coding which concerns on the 1st specific example of 2nd Embodiment. 第2実施形態の第1具体例に係るカラーコーディングの場合のフルスキャン時における低輝度時の色変換処理2の概念図である。It is a conceptual diagram of the color conversion process 2 at the time of low brightness at the time of full scan in the case of color coding according to the first specific example of the second embodiment. 第2実施形態の第1具体例に係るカラーコーディングの場合の画素加算処理1の一例の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of an example of the pixel addition process 1 in the case of the color coding which concerns on the 1st specific example of 2nd Embodiment. 第2実施形態の第1具体例に係るカラーコーディングの場合の画素加算処理1の概念図である。It is a conceptual diagram of the pixel addition process 1 in the case of the color coding which concerns on the 1st specific example of 2nd Embodiment. 第2実施形態の第1具体例に係るカラーコーディングの場合の画素加算処理2の一例の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of an example of the pixel addition process 2 in the case of the color coding which concerns on the 1st specific example of 2nd Embodiment. 第2実施形態の第1具体例に係るカラーコーディングの場合の画素加算処理2の概念図である。It is a conceptual diagram of the pixel addition process 2 in the case of the color coding which concerns on the 1st specific example of 2nd Embodiment. 第2実施形態の第2具体例に係るカラーコーディングの場合の色変換処理1の概念図である。It is a conceptual diagram of the color conversion process 1 in the case of the color coding which concerns on the 2nd specific example of 2nd Embodiment. 第2実施形態の第2具体例に係るカラーコーディングの場合の色変換処理2の概念図である。It is a conceptual diagram of the color conversion process 2 in the case of the color coding which concerns on the 2nd specific example of 2nd Embodiment. 第2実施形態の第2具体例に係るカラーコーディングの場合の画素加算処理1の概念図である。It is a conceptual diagram of the pixel addition process 1 in the case of the color coding which concerns on the 2nd specific example of 2nd Embodiment. 第2実施形態の第2具体例に係るカラーコーディングの場合の画素加算処理2の概念図である。It is a conceptual diagram of the pixel addition process 2 in the case of the color coding which concerns on the 2nd specific example of 2nd Embodiment. 変形例の第1具体例に係るカラーコーディングを示す色配列図である。It is a color arrangement | sequence figure which shows the color coding which concerns on the 1st specific example of a modification. 変形例の第2具体例に係るカラーコーディングを示す色配列図である。It is a color arrangement | sequence diagram which shows the color coding which concerns on the 2nd specific example of a modification. 本発明に係る撮像装置の構成の一例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows an example of a structure of the imaging device which concerns on this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10A,10B…CMOSイメージセンサ、11…半導体基板、12…画素アレイ部、13…垂直駆動部、14…カラム処理部、15…水平駆動部、16…変換部、17…システム制御部、20…単位画素、21…フォトダイオード、22…転送トランジスタ、23…リセットトランジスタ、24…増幅トランジスタ、25…選択トランジスタ、26…FD(フローティングディフュージョン)部、30…色フィルタアレイ、40…DSP回路   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10A, 10B ... CMOS image sensor, 11 ... Semiconductor substrate, 12 ... Pixel array part, 13 ... Vertical drive part, 14 ... Column processing part, 15 ... Horizontal drive part, 16 ... Conversion part, 17 ... System control part, 20 ... Unit pixel, 21 ... photodiode, 22 ... transfer transistor, 23 ... reset transistor, 24 ... amplification transistor, 25 ... select transistor, 26 ... FD (floating diffusion) section, 30 ... color filter array, 40 ... DSP circuit

Claims (12)

画素が行列状に2次元配置された画素アレイ部上に設けられ、輝度信号の主成分となる第1色のフィルタが市松状に配置され、輝度信号の主成分となる第2色のフィルタが斜め方向、縦方向または横方向において4画素単位でストライプ状に配列された色配列の色フィルタ部と、
前記画素アレイ部の各画素から出力される前記色フィルタ部の色配列に対応した信号に対して、前記第1色のフィルタの画素に隣接する前記第2色のフィルタの画素の信号を前記第1色のフィルタの画素の信号に加算する処理を行う信号処理部と
を備えた固体撮像装置。
Pixels are provided on a pixel array section that is two-dimensionally arranged in a matrix, the first color filter that is the main component of the luminance signal is arranged in a checkered pattern, and the second color filter that is the main component of the luminance signal is A color filter portion having a color arrangement arranged in a stripe shape in units of four pixels in an oblique direction, a vertical direction, or a horizontal direction;
In response to the signal corresponding to the color arrangement of the color filter unit output from each pixel of the pixel array unit, the signal of the pixel of the second color filter adjacent to the pixel of the filter of the first color is the first signal. A solid-state imaging device comprising: a signal processing unit that performs a process of adding to a pixel signal of a filter of one color.
前記第1色のフィルタは、白色フィルタまたは緑色フィルタであり、
前記第2色のフィルタは、前記第1色のフィルタが白色フィルタのとき緑色フィルタであり、前記第1色のフィルタが緑色フィルタのときで白色フィルタある
請求項1記載の固体撮像装置。
The first color filter is a white filter or a green filter;
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the second color filter is a green filter when the first color filter is a white filter, and is a white filter when the first color filter is a green filter.
前記色フィルタ部は、白色フィルタが市松状に配置され、赤色と青色の各フィルタが縦横2画素ピッチの市松配列で、且つ赤色と青色の各フィルタ間が斜め1画素ズレで、残りが緑色フィルタとなる色配列となっている
請求項2記載の固体撮像装置。
In the color filter section, white filters are arranged in a checkered pattern, red and blue filters are arranged in a checkered pattern with a vertical and horizontal pixel pitch, and the red and blue filters are diagonally shifted by one pixel, and the rest are green filters The solid-state imaging device according to claim 2, wherein the color arrangement is as follows.
前記色フィルタ部は、白色フィルタが市松状に配置され、赤色と青色の各フィルタが縦横4画素ピッチの正方配列で、且つ赤色と青色の各フィルタ間が斜め方向に2画素単位で並び、残りが緑色フィルタとなる色配列となっている
請求項2記載の固体撮像装置。
In the color filter section, white filters are arranged in a checkered pattern, red and blue filters are arranged in a square arrangement with a vertical and horizontal pixel pitch, and the red and blue filters are arranged diagonally in units of two pixels, and the rest The solid-state imaging device according to claim 2, wherein the color arrangement is a green filter.
前記信号処理部は、白色フィルタの画素に隣接する緑色フィルタの画素のうち、1画素または2画素の信号を白色フィルタの画素の信号に加算する
請求項3または請求項4記載の固体撮像装置。
5. The solid-state imaging device according to claim 3, wherein the signal processing unit adds a signal of one pixel or two pixels of a green filter pixel adjacent to a pixel of the white filter to a signal of the pixel of the white filter.
前記色フィルタ部は、緑色フィルタが市松状に配置され、赤色と青色の各フィルタが縦横2画素ピッチの市松配列で、且つ赤色と青色の各フィルタ間が斜め1画素ズレで、残りが白色フィルタとなる色配列となっている
請求項2記載の固体撮像装置。
In the color filter section, the green filters are arranged in a checkered pattern, the red and blue filters are arranged in a checkered pattern with a vertical and horizontal pixel pitch, the red and blue filters are diagonally shifted by one pixel, and the rest are white filters The solid-state imaging device according to claim 2, wherein the color arrangement is as follows.
前記色フィルタ部は、緑色フィルタが市松状に配置され、赤色と青色の各フィルタが縦横4画素ピッチの正方配列で、且つ赤色と青色の各フィルタ間が斜め方向に2画素単位で並び、残りが白色フィルタとなる色配列となっている
請求項2記載の固体撮像装置。
In the color filter section, the green filters are arranged in a checkered pattern, the red and blue filters are arranged in a square arrangement with a vertical and horizontal pixel pitch of 4 pixels, and the red and blue filters are arranged diagonally in units of 2 pixels. The solid-state imaging device according to claim 2, wherein the color arrangement becomes a white filter.
前記信号処理部は、緑色フィルタの画素に隣接する白色フィルタの画素のうち、1画素または2画素の信号を緑色フィルタの画素の信号に加算する
請求項6または請求項7記載の固体撮像装置。
8. The solid-state imaging device according to claim 6, wherein the signal processing unit adds a signal of one pixel or two pixels of a pixel of a white filter adjacent to a pixel of the green filter to a signal of a pixel of the green filter.
前記信号処理部は、前記画素アレイ部と同じ基板上に設けられ、当該画素アレイ部の各画素から出力される前記色フィルタ部の色配列に対応した信号をベイヤ配列に対応した信号に変換する
請求項1記載の固体撮像装置。
The signal processing unit is provided on the same substrate as the pixel array unit, and converts a signal corresponding to the color array of the color filter unit output from each pixel of the pixel array unit into a signal corresponding to the Bayer array. The solid-state imaging device according to claim 1.
前記信号処理部は、前記画素アレイ部が形成された基板外に設けられ、当該画素アレイ部の各画素から出力される前記色フィルタ部の色配列に対応した信号をベイヤ配列に対応した信号に変換した後、輝度信号および色差信号に変換する演算処理を行う
請求項1記載の固体撮像装置。
The signal processing unit is provided outside the substrate on which the pixel array unit is formed, and a signal corresponding to the color array of the color filter unit output from each pixel of the pixel array unit is converted into a signal corresponding to the Bayer array. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein after the conversion, arithmetic processing for converting the luminance signal and the color difference signal is performed.
画素が行列状に2次元配置された画素アレイ部上に設けられ、輝度信号の主成分となる第1色のフィルタが市松状に配置され、輝度信号の主成分となる第2色のフィルタが斜め方向、縦方向または横方向において4画素単位でストライプ状に配列された色配列の色フィルタ部を有する固体撮像装置の信号処理に当たって、
前記画素アレイ部の各画素から出力される前記色フィルタ部の色配列に対応した信号に対して、前記第1色のフィルタの画素に隣接する前記第2色のフィルタの画素の信号を前記第1色のフィルタの画素の信号に加算する処理を行う
固体撮像装置の信号処理方法。
Pixels are provided on a pixel array section that is two-dimensionally arranged in a matrix, the first color filter that is the main component of the luminance signal is arranged in a checkered pattern, and the second color filter that is the main component of the luminance signal is In the signal processing of the solid-state imaging device having the color filter portion of the color arrangement arranged in a stripe shape in units of four pixels in the oblique direction, the vertical direction or the horizontal direction,
In response to the signal corresponding to the color arrangement of the color filter unit output from each pixel of the pixel array unit, the signal of the pixel of the second color filter adjacent to the pixel of the filter of the first color is the first signal. A signal processing method for a solid-state imaging device that performs a process of adding to a pixel signal of a filter of one color.
画素が行列状に2次元配置された画素アレイ部上に設けられ、輝度信号の主成分となる第1色のフィルタが市松状に配置され、輝度信号の主成分となる第2色のフィルタが斜め方向、縦方向または横方向において4画素単位でストライプ状に配列された色配列の色フィルタ部と、
前記画素アレイ部の各画素から出力される前記色フィルタ部の色配列に対応した信号に対して、前記第1色のフィルタの画素に隣接する前記第2色のフィルタの画素の信号を前記第1色のフィルタの画素の信号に加算する処理を行う信号処理部と
を備えた固体撮像装置を有する撮像装置。
Pixels are provided on a pixel array section that is two-dimensionally arranged in a matrix, the first color filter that is the main component of the luminance signal is arranged in a checkered pattern, and the second color filter that is the main component of the luminance signal is A color filter portion having a color arrangement arranged in a stripe shape in units of four pixels in an oblique direction, a vertical direction, or a horizontal direction;
In response to the signal corresponding to the color arrangement of the color filter unit output from each pixel of the pixel array unit, the signal of the pixel of the second color filter adjacent to the pixel of the filter of the first color is the first signal. An image pickup apparatus comprising: a solid-state image pickup apparatus including: a signal processing unit that performs a process of adding to a pixel signal of a filter of one color.
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