JP6677504B2 - Imaging device, imaging method, image frame readout control circuit, and signal processing device - Google Patents

Imaging device, imaging method, image frame readout control circuit, and signal processing device Download PDF

Info

Publication number
JP6677504B2
JP6677504B2 JP2015251933A JP2015251933A JP6677504B2 JP 6677504 B2 JP6677504 B2 JP 6677504B2 JP 2015251933 A JP2015251933 A JP 2015251933A JP 2015251933 A JP2015251933 A JP 2015251933A JP 6677504 B2 JP6677504 B2 JP 6677504B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pixels
pixel
image frame
row
photoelectric conversion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2015251933A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2017118329A (en
Inventor
俊希 新井
俊希 新井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Japan Broadcasting Corp
Original Assignee
Japan Broadcasting Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Japan Broadcasting Corp filed Critical Japan Broadcasting Corp
Priority to JP2015251933A priority Critical patent/JP6677504B2/en
Publication of JP2017118329A publication Critical patent/JP2017118329A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6677504B2 publication Critical patent/JP6677504B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Description

本発明は、電源周波数が50Hz圏であって、強度変化が100Hzとなる照明下において、フレーム周波数が120Hzとなる撮像を行う単板式のCMOSを搭載した撮像素子、その撮像方法、画像フレーム読出し制御回路および信号処理装置に関するものである。   The present invention relates to an image pickup device equipped with a single-chip CMOS that performs image pickup at a frame frequency of 120 Hz under illumination where a power supply frequency is in the 50 Hz range and an intensity change is 100 Hz, an image pickup method thereof, and image frame readout control. The present invention relates to a circuit and a signal processing device.

電源周波数50Hz圏においては、蛍光灯などの照明機器は、整流後の脈動周波数である100Hzに応じた照明強度変化を示す。このような照明強度変化下において、撮像装置の撮像フレーム周波数が60Hzの撮像を行うと、照明強度変化の周波数が撮像フレーム周波数の整数倍になっていないので、フリッカが生じる。   In the power supply frequency range of 50 Hz, a lighting device such as a fluorescent lamp exhibits a change in illumination intensity according to 100 Hz which is a pulsation frequency after rectification. Under such illumination intensity change, when imaging is performed at an imaging frame frequency of 60 Hz by the imaging apparatus, flicker occurs because the frequency of the illumination intensity change is not an integral multiple of the imaging frame frequency.

そこで、このようなフリッカ対策として、電子シャッター期間を(1/100)秒(=10ミリ秒)に設定すること等が行われている(特許文献1〜3を参照)。これは、照明強度変化の位相と電子シャッターの位相がどのようにずれていても、10ミリ秒の間に入射される光量が一定に保たれるので、フリッカが生じないという知見に基づく。   Therefore, as a countermeasure against such flicker, the electronic shutter period is set to (1/100) seconds (= 10 milliseconds) (see Patent Documents 1 to 3). This is based on the finding that no matter how the phase of the illumination intensity change and the phase of the electronic shutter are shifted, the amount of light incident during 10 milliseconds is kept constant, so that flicker does not occur.

近年、スーパーハイビジョンシステムに搭載することを目的とした3300万画素のCMOS型撮像素子が知られている(下記非特許文献1を参照)。
また、3300万画素を有するCMOS型撮像素子の画素にベイヤカラーフィルタを装着した、単板式のカメラが知られている(非特許文献2を参照)。
スーパーハイビジョンの開発においては、上述したフリッカ対策の構築が急務であることから、上記ベイヤカラーフィルタを装着した正方格子状の画素群を有するCMOS型撮像素子についても上述した手法を用いることができれば、既存の技術の利用が図れて効率的である。
2. Description of the Related Art In recent years, a CMOS image sensor having 33 million pixels intended to be mounted on a Super Hi-Vision system has been known (see Non-Patent Document 1 below).
In addition, a single-panel camera in which a Bayer color filter is attached to pixels of a CMOS image sensor having 33 million pixels is known (see Non-Patent Document 2).
In the development of Super Hi-Vision, since the construction of the above-described flicker countermeasures is urgently needed, if the above-described method can be used for a CMOS type imaging device having a square lattice pixel group equipped with the Bayer color filter, The existing technology can be used efficiently.

特開平5−091373号公報JP-A-5-009373 特開平6−125495号公報JP-A-6-125495 特開2000−299822号公報JP 2000-299822 A

T. Watabe et al., “A 33Mpixel 120fps CMOS Image Sensor Using 12b Column-Parallel Pipelined Cyclic ADCs,” ISSCC Digest of Technical Papers, pp. 388-389, 2012.T. Watabe et al., “A 33Mpixel 120fps CMOS Image Sensor Using 12b Column-Parallel Pipelined Cyclic ADCs,” ISSCC Digest of Technical Papers, pp. 388-389, 2012. H.Shimamoto et al., “A Compact 120 Frames/sec UHDTV2 Camera with 35mm PL Mount Lens” SMPTE Motion Imaging Journal, vol.123, no.4, pp.21-28, 2014.H. Shimamoto et al., “A Compact 120 Frames / sec UHDTV2 Camera with 35mm PL Mount Lens” SMPTE Motion Imaging Journal, vol.123, no.4, pp.21-28, 2014.

しかしながら、照明強度変化が100Hzの照明下において、スーパーハイビジョンの規格とされている120Hzの撮像フレーム周波数により撮像を行った場合には、20Hzのフリッカが生じてしまう。この場合、撮像フレーム間隔が(1/120)秒=8.333ミリ秒であるため、電子シャッター期間を10ミリ秒に設定すると、撮像フレーム間隔に対する電子シャッター期間が1より大きい6/5に設定されることになるので撮像の
実行自体が困難となってしまう。
However, when imaging is performed at an imaging frame frequency of 120 Hz, which is a standard for Super Hi-Vision, under illumination with a change in illumination intensity of 100 Hz, flicker of 20 Hz occurs. In this case, since the imaging frame interval is (1/120) seconds = 8.333 milliseconds, when the electronic shutter period is set to 10 milliseconds, the electronic shutter period for the imaging frame interval is set to 6/5, which is larger than 1 Therefore, it is difficult to execute the imaging itself.

本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、複数の単位フィルタを規則性のある格子状に配列されてなるカラーフィルタが、画素上に装着された単板式の撮像素子で撮像した場合においても、照明強度変化が100Hzの場合において、撮像フレーム周波数が120Hzで撮像をしたときに生じるフリッカを低減することが可能な撮像装置、撮像方法、画像フレーム読出し制御回路および信号処理装置を提供することを目的とするものである。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and in a case where a color filter formed by arranging a plurality of unit filters in a regular lattice shape is imaged by a single-plate image sensor mounted on a pixel. Another object of the present invention is to provide an imaging apparatus, an imaging method, an image frame readout control circuit, and a signal processing apparatus capable of reducing flicker that occurs when imaging is performed at an imaging frame frequency of 120 Hz when the illumination intensity change is 100 Hz. It is intended for.

本発明の撮像装置は、
装着されるカラーフィルタ毎に、各画素に対応する単位フィルタが組み合わせられて規則性のある格子状に配列された、入射光に応じて電荷が発生する光電変換部と、
該光電変換部に対して、Y行とX列のいずれか一方のアドレスを選択して駆動する行もしくは列選択回路部、およびY行とX列のいずれか他方毎に信号を読み出す列もしくは行並列読出し回路部を含む画像フレーム読出し制御部とを有し、
前記光電変換部の画素は、X方向に7680画素でY方向に4320画素、またはX方向に3840画素でY方向に2160画素のいずれかに設定されるように構成され、
前記画像フレーム読出し制御部は、非プログレッシブ方式を用い、1つの前記カラーフィルタが装着される画素の対応ライン数に等しいライン数毎に分割画像フレームを出力するように制御するものであり、かつ前記分割画像フレーム間隔を8.333ミリ秒または8.342ミリ秒のいずれかに設定するとともに、前記光電変換部における各画素の1電荷蓄積時間を10ミリ秒に設定することを特徴とするものである。
The imaging device of the present invention includes:
For each color filter to be mounted, a unitary filter corresponding to each pixel is combined and arranged in a regular lattice, a photoelectric conversion unit that generates charges in accordance with incident light,
A row or column selection circuit for selecting and driving one of the Y row and the X column for the photoelectric conversion unit, and a column or a row for reading a signal for each of the other of the Y row and the X column An image frame readout control unit including a parallel readout circuit unit,
The pixels of the photoelectric conversion unit are configured to be set to either 7680 pixels in the X direction and 4320 pixels in the Y direction, or 3840 pixels in the X direction and 2160 pixels in the Y direction,
The image frame readout control unit uses a non-progressive method, and controls to output a divided image frame for each line number equal to the corresponding line number of a pixel to which one color filter is attached, and The method is characterized in that the divided image frame interval is set to either 8.333 ms or 8.342 ms, and one charge accumulation time of each pixel in the photoelectric conversion unit is set to 10 ms. is there.

ここで、上記および下記「前記光電変換部の画素は、X方向に7680画素でY方向に4320画素、またはX方向に3840画素でY方向に2160画素のいずれかとして出力されるように構成され」とは、「前記光電変換部の画素は、X方向に7680画素でY方向に4320画素、およびX方向に3840画素でY方向に2160画素のいずれかに物理的に設定される」場合、さらに、「前記光電変換部の画素は、信号処理部の信号処理によりX方向に7680画素でY方向に4320画素、またはX方向に3840画素でY方向に2160画素のいずれかに画素数が拡張される、または、縮小される」場合の両方を含むものとする。   Here, the above and the following "the pixels of the photoelectric conversion unit are configured to be output as either 7680 pixels in the X direction and 4320 pixels in the Y direction, or 3840 pixels in the X direction and 2160 pixels in the Y direction. "Is defined as" the pixels of the photoelectric conversion unit are physically set to any of 7680 pixels in the X direction and 4320 pixels in the Y direction, and 3840 pixels in the X direction and 2160 pixels in the Y direction. " Further, the number of pixels of the photoelectric conversion unit is expanded to either 7680 pixels in the X direction and 4320 pixels in the Y direction or 3840 pixels in the X direction and 2160 pixels in the Y direction by signal processing of the signal processing unit. Or reduced ”.

なお、後者については、具体的にはハードウエアまたはソフトウェア等を用いて画素補間処理を行ってX方向、Y方向に、上記各々の画素数に拡張されて、または、縮小されて出力される場合が含まれる。
ここで、上記「行もしくは列選択回路部」と上記「列もしくは行並列読出し回路部」の関係は、行選択回路部が採用されるときは列並列読出し回路部が採用され、列選択回路部が採用されるときは行並列読出し回路部が採用される。
For the latter, specifically, a case where pixel interpolation processing is performed by using hardware or software to output in the X direction and the Y direction by being expanded or reduced to the respective pixel numbers described above. Is included.
Here, the relationship between the "row or column selection circuit unit" and the "column or row parallel readout circuit unit" is such that when the row selection circuit unit is employed, the column parallel readout circuit unit is employed, and the column selection circuit unit is employed. Is adopted, a row-parallel readout circuit is employed.

また、ここで、上記「装着されるカラーフィルタ毎に、各画素に対応する単位フィルタが組み合わせられて規則性のある格子状に配列された」とは、撮像素子の画素に装着されるR、G、BやW(白色)等の単位フィルタを、カラーフィルタ毎に、規則性のある格子状に画素配列して形成した状態をいう。   Here, the above-mentioned “for each mounted color filter, unit filters corresponding to each pixel are combined and arranged in a regular grid pattern” means that R, which is mounted on the pixel of the image sensor, A state in which unit filters such as G, B, and W (white) are formed by arranging pixels in a regular grid pattern for each color filter.

また、上記「非プログレッシブ方式」とは、撮像素子の1方向から順番に走査される方式であるプログレッシブ方式とは異なる、いわゆる飛越し走査方式を指称するものである。   The "non-progressive method" refers to a so-called interlaced scanning method, which is different from the progressive method, which is a method in which scanning is sequentially performed from one direction of the image sensor.

また、本願明細書において、上記「画像フレーム」は、pライン毎に飛越し走査により
形成されたライン群、すなわち2pn+1行と2pn+2行と…2pn+p行により構成された奇数フレームと、2pn+(p+1)行と、2pn+(p+2)行と…2pn+2p行により構成された偶数フレームとを含む。なお、上記pは0または正の整数を表す。
ここで、奇数フレーム同士あるいは偶数フレーム同士のみならず、奇数フレームと偶数フレームの間隔も画像フレーム間隔と称されることが多い。
しかしながら、本願明細書においてそのようにすると、発明の本質的部分において紛らわしくなる可能性があるので、奇数フレーム同士、あるいは偶数フレーム同士の間隔は画像フレーム間隔と称するが、奇数フレームと偶数フレームの間隔は、便宜的に、分割画像フレーム間隔と称することとする。
In the specification of the present application, the “image frame” is a line group formed by interlaced scanning for every p lines, that is, an odd frame composed of 2pn + 1 rows, 2pn + 2 rows,... 2pn + p rows, and 2pn + (p + 1) Row, 2pn + (p + 2) rows,... 2pn + 2p rows. Here, p represents 0 or a positive integer.
Here, not only the odd-numbered frames or even-numbered frames but also the interval between the odd-numbered frames and the even-numbered frames is often referred to as an image frame interval.
However, if this is done in the present specification, the interval between odd frames or between even frames will be referred to as an image frame interval because it may be confusing in an essential part of the invention, but the interval between odd frames and even frames will be described. Is referred to as a divided image frame interval for convenience.

また、前記カラーフィルタがベイヤカラーフィルタであり、前記カラーフィルタが装着される画素の対応ライン数に等しいライン数が2であることが好ましい。   Preferably, the color filter is a Bayer color filter, and the number of lines equal to the number of corresponding lines of the pixel to which the color filter is attached is two.

また、前記画像フレーム読出し制御部は、画像フレーム間隔に対する各画素の1電荷蓄積時間が6/10となるように制御するように構成されていることが好ましい。
また、前記光電変換部が、正方格子状に配列された複数の画素において画素共有されるように構成されていることが好ましい。
Further, it is preferable that the image frame read control unit is configured to control so that one charge accumulation time of each pixel with respect to an image frame interval is 6/10.
Further, the photoelectric conversion unit is preferably configured to be shared pixel in a plurality of pixels arranged in a positive direction grid pattern.

また、本発明の撮像方法は、
装着されるカラーフィルタ毎に、各画素に対応する単位フィルタが組み合わせられて規則性のある格子状に配列された画素回路について、該複数の画素に各々入射する光に応じた電荷が発生するように光電変換を行わせ、
前記光電変換を行う画素に対して、Y行のアドレスおよびX列のアドレスを指定することにより、画像フレーム読出しを所定の順序で行うCMOS型の撮像装置による撮像方法であって、
前記光電変換を行う画素は、X方向に7680画素でY方向に4320画素、またはX方向に3840画素でY方向に2160画素のいずれかに設定されるように制御し、
画像フレーム読出しは、非プログレッシブ方式を用い、1つの前記カラーフィルタが装着される画素の対応ライン数に等しいライン数毎に分割画像フレームを読み出すように制御し、
該分割画像フレーム間隔を8.333ミリ秒または8.342ミリ秒のいずれかに設定するとともに、光電変換部における各画素の1電荷蓄積時間を10ミリ秒に設定するように制御することを特徴とするものである。
Further, the imaging method of the present invention,
For each of the mounted color filters, a unit filter corresponding to each pixel is combined so that a pixel circuit arranged in a regular lattice form generates charges corresponding to light incident on each of the plurality of pixels. To perform photoelectric conversion,
An imaging method by a CMOS imaging device that performs image frame reading in a predetermined order by designating an address of a Y row and an address of an X column for a pixel that performs the photoelectric conversion,
The pixels that perform the photoelectric conversion are controlled to be set to either 7680 pixels in the X direction and 4320 pixels in the Y direction, or 3840 pixels in the X direction and 2160 pixels in the Y direction,
Image frame reading, using a non-progressive method, control to read the divided image frame for each line number equal to the number of corresponding lines of the pixel to which the one color filter is mounted,
And sets the divided image frame interval to one of 8.333 ms or 8.342 ms, to control a charge accumulation time of each pixel in the photoelectric conversion unit so as to set to 10 ms It is a feature.

また、本発明の画像フレーム読出し制御回路は、
装着されるカラーフィルタ毎に、各画素に対応する単位フィルタが組み合わせられて規則性のある格子状に配列された、入射光に応じて電荷が発生する光電変換部に対して画像フレーム読出し制御信号を出力する画像フレーム読出し制御回路であって、
Y行のアドレスを選択して当該Y行に含まれる画素を駆動する行選択回路部およびX列のアドレスを選択して当該X列に含まれる画素からの信号を読み出す列並列読出し回路部を含み、
前記光電変換部の画素は、X方向に7680画素でY方向に4320画素、またはX方向に3840画素でY方向に2160画素のいずれかとして設定されるように制御し
像フレームの読出しは、非プログレッシブ方式を用い、1つの前記カラーフィルタが装着される画素の対応ライン数に等しいライン数毎に分割画像フレームを読み出すように制御し、かつ、該分割画像フレームの間隔は8.333ミリ秒または8.342ミリ秒のいずれかに設定されるとともに、前記光電変換部における各画素の蓄積時間を10ミリ秒に設定し得るように、前記複数の画素に対応する、少なくとも蓄積開始指示信号および蓄積終了指示信号を、前記光電変換部に向けて所定の順序で出力されるように制御することを特徴とするものである。
Further, the image frame read control circuit of the present invention comprises:
An image frame read control signal for a photoelectric conversion unit that generates charges in accordance with incident light, in which unit filters corresponding to respective pixels are combined and arranged in a regular lattice for each color filter to be mounted. An image frame readout control circuit that outputs
A row selection circuit for selecting an address in the Y row and driving pixels included in the Y row; and a column parallel readout circuit for selecting an address in the X column and reading a signal from a pixel included in the X column. ,
The pixels of the photoelectric conversion unit are controlled to be set as either 7680 pixels in the X direction and 4320 pixels in the Y direction, or 3840 pixels in the X direction and 2160 pixels in the Y direction ,
Reading the images frames, using a non-progressive system, one of the controlled so color filter reads the divided image frame every equal number of lines to a corresponding number of lines of pixels to be attached, and, in the divided image frame The interval is set to either 8.333 milliseconds or 8.342 milliseconds, and corresponds to the plurality of pixels so that the accumulation time of each pixel in the photoelectric conversion unit can be set to 10 milliseconds. And at least the accumulation start instruction signal and the accumulation end instruction signal are controlled so as to be output to the photoelectric conversion unit in a predetermined order.

また、本発明の信号処理装置は、
装着されるカラーフィルタ毎に、各画素に対応する単位フィルタが組み合わせられて規則性のある格子状に配列された、入射光に応じて電荷が発生する光電変換部と、Y行のアドレスを選択して該光電変換部の当該Y行に含まれる画素を駆動する行選択回路部と、X列のアドレスを選択して該光電変換部の当該X列に含まれる画素からの信号を読み出す列読出し回路部とを備え、前記行選択回路部または前記列読出し回路部から出力された分割画像フレーム信号により前記光電変換部から分割画像フレームを読み出す信号処理装置であって、
前記光電変換部の画素は、X方向に7680画素でY方向に4320画素、またはX方向に3840画素でY方向に2160画素のいずれかとして設定されるように制御し、
前記分割画像フレームの読出しは、非プログレッシブ方式を用い、1つの前記カラーフィルタが装着される対応ライン数に等しいライン数毎に前記分割画像フレームを構成するように制御し、
前記分割画像フレームの間隔を8.333ミリ秒または8.342ミリ秒のいずれかに設定するとともに、前記光電変換部における各画素の蓄積時間を10ミリ秒に設定し得るように、前記複数の画素に対応する、少なくとも蓄積開始指示信号および蓄積終了指示信号を、前記行選択回路部または前記列読出し回路部から前記光電変換部に向けて所定の順序で前記分割画像フレーム信号を出力させるように制御し、
前記1つのカラーフィルタが装着される画素の対応ライン数に等しいライン数毎に信号が存在する分割画像フレームにおいて、該対応ライン数に等しいライン数毎に画素補間により画素信号を生成する複数ライン毎インターレースプログレッシブ変換部を備えたことを特徴とするものである。
Further, the signal processing device of the present invention,
For each mounted color filter, select a photoelectric conversion unit that generates charges in accordance with incident light and an address of Y row, where unit filters corresponding to each pixel are combined and arranged in a regular grid. A row selection circuit for driving pixels included in the Y row of the photoelectric conversion unit; and a column readout for selecting an address in the X column and reading a signal from a pixel included in the X column of the photoelectric conversion unit. A signal processing device for reading a divided image frame from the photoelectric conversion unit by a divided image frame signal output from the row selection circuit unit or the column readout circuit unit, comprising:
The pixels of the photoelectric conversion unit are controlled to be set as either 7680 pixels in the X direction and 4320 pixels in the Y direction, or 3840 pixels in the X direction and 2160 pixels in the Y direction,
The reading of the divided image frame is controlled using a non-progressive method so as to configure the divided image frame for each number of lines equal to the number of corresponding lines to which one color filter is attached,
The plurality of image frames are set so that the interval between the divided image frames is set to 8.333 ms or 8.342 ms, and the accumulation time of each pixel in the photoelectric conversion unit can be set to 10 ms. At least an accumulation start instruction signal and an accumulation end instruction signal corresponding to a pixel are output from the row selection circuit unit or the column readout circuit unit to the photoelectric conversion unit in a predetermined order toward the divided image frame signal. Control and
In a divided image frame in which a signal is present for each line number equal to the corresponding line number of the pixel to which the one color filter is attached, for each of a plurality of lines that generate pixel signals by pixel interpolation for each line number equal to the corresponding line number An interlaced progressive conversion unit is provided.

本発明の撮像装置、撮像方法、画像フレーム読出し制御回路および信号処理装置においては、有効画素が、X方向とY方向に、7680画素と4320画素、または3840画素と2160画素、のいずれかとして出力されるように構成され、
複数ライン毎のインターレース方式の、非プログレッシブ方式により駆動し、フレーム周波数を120Hzとし、電子シャッター期間を10ミリ秒に設定することにより、2pn+1行と2pn+2行と…2pn+p行により構成された奇数フレーム同士あるいは2pn+(p+1)行と、2pn+(p+2)行と…2pn+2p行により構成された偶数フレーム同士の画像フレーム間隔を16.667ミリ秒、奇数フレームと偶数フレームの分割画像フレーム間隔を8.333ミリ秒で信号読出しを行うとともに、各画素の蓄積時間を10ミリ秒としている(n、pは共に0または正の整数)。
In the image pickup apparatus, the image pickup method, the image frame readout control circuit, and the signal processing apparatus according to the present invention, the effective pixels are output in the X direction and the Y direction as either 7680 pixels and 4320 pixels, or 3840 pixels and 2160 pixels. Is configured to be
Odd-numbered frames composed of 2pn + 1 rows, 2pn + 2 rows,... 2pn + p rows are driven by a non-progressive interlace method of a plurality of lines, a frame frequency is set to 120 Hz, and an electronic shutter period is set to 10 ms. Alternatively, the image frame interval between even frames composed of 2pn + (p + 1) rows, 2pn + (p + 2) rows,... 2pn + 2p rows is 16.667 milliseconds, and the divided image frame interval between odd and even frames is 8.333 millimeters. The signal is read out in seconds, and the accumulation time of each pixel is set to 10 milliseconds (n and p are both 0 or a positive integer).

すなわち、照明強度変化が100Hzの照明下において、スーパーハイビジョンの規格とされている120Hzの撮像フレーム周波数により撮像を行った場合には、20Hzのフリッカが生じてしまう。これを防止するために、電子シャッター速度を10ミリ秒に設定した場合、撮像フレーム間隔(分割画像フレーム間隔)が(1/120)秒=8.333ミリ秒であるため、撮像フレーム間隔(分割画像フレーム間隔)に対する電子シャッター期間が1より大きい6/5に設定されることになるので撮像を行うことが困難となってしまう。   That is, when imaging is performed at an imaging frame frequency of 120 Hz, which is a standard of Super Hi-Vision, under illumination with a change in illumination intensity of 100 Hz, flicker of 20 Hz occurs. In order to prevent this, when the electronic shutter speed is set to 10 milliseconds, the imaging frame interval (divided image frame interval) is (1/120) seconds = 8.333 milliseconds. Since the electronic shutter period with respect to (image frame interval) is set to 6/5, which is larger than 1, it becomes difficult to perform imaging.

しかし、本発明においては、電子シャッター速度を10ミリ秒とし、撮像フレーム間隔を(1/120)秒=8.333ミリ秒としたとしても、走査方式として、複数ライン毎のインターレース方式の非プログレッシブ方式を採用しているので、撮像フレーム間隔(画像フレーム間隔(分割画像フレーム間隔の倍の間隔:奇数フレーム同士あるいは偶数フレーム同士の間隔))に対する電子シャッター期間を1より小さい値の6/10に設定することができるので、画素がベイヤカラーフィルタを実装した正方格子状に配列された場
合であっても、電源周波数50Hz圏の100Hzの照明強度変化下において120Hzの撮像を行う際に生じるフリッカの発生を阻止することができる。
However, in the present invention, even if the electronic shutter speed is set to 10 milliseconds and the imaging frame interval is set to (1/120) seconds = 8.333 milliseconds, the interlaced non-progressive scanning method for a plurality of lines is used as the scanning method. Since the method is adopted, the electronic shutter period with respect to the imaging frame interval (image frame interval (interval that is twice the divided image frame interval: interval between odd-numbered frames or even-numbered frames)) is set to 6/10 of a value smaller than 1. Since it can be set, even when the pixels are arranged in a square lattice shape with a Bayer color filter, flicker that occurs when imaging at 120 Hz under a 100 Hz illumination intensity change in a power supply frequency of 50 Hz is performed. The occurrence can be prevented.

本発明の第1の実施形態に係る画素共有なしの正方格子状画素の等価回路図である。FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of a square lattice pixel without pixel sharing according to the first embodiment of the present invention. 図1に示す画素回路にベイヤカラーフィルタを装着した画素アレイおよび画像フレーム読出し制御回路を備えた撮像装置を示すブロック図である。FIG. 2 is a block diagram illustrating an image pickup apparatus including a pixel array in which a Bayer color filter is mounted on the pixel circuit illustrated in FIG. 1 and an image frame readout control circuit. ベイヤカラーフィルタを装着した正方格子状の画素配置図である。FIG. 4 is a diagram of a square lattice pixel arrangement with a Bayer color filter. 図1に示す構成の第1の実施形態を用いて信号読出しを行った場合における画素回路への入力信号のタイムチャートである。2 is a time chart of an input signal to a pixel circuit when a signal is read using the first embodiment having the configuration illustrated in FIG. 1. 図1に示す構成の第1の実施形態を用いて信号読出しを行った場合における4n+1行と4n+2行から構成される奇数フレームから画素補間により全画像信号を形成する信号処理方法を示すものである。FIG. 6 shows a signal processing method for forming all image signals by pixel interpolation from an odd frame composed of 4n + 1 rows and 4n + 2 rows when signal reading is performed using the first embodiment having the configuration shown in FIG. . 図1に示す構成の第1の実施形態を用いて信号読出しを行った場合における4n+3行と4n+4行から構成される偶数フレームから画素補間により全画像信号を形成する信号処理方法を示すものである。FIG. 4 shows a signal processing method for forming all image signals by pixel interpolation from an even frame composed of 4n + 3 rows and 4n + 4 rows when signal reading is performed using the first embodiment having the configuration shown in FIG. . 図1に示す構成の第1の実施形態を用いて信号読出しを行う信号処理装置の構成を示すブロック図(フローチャート)である。FIG. 2 is a block diagram (flowchart) illustrating a configuration of a signal processing device that performs signal reading using the first embodiment of the configuration illustrated in FIG. 1. 100Hzの照明強度変化の例と、120Hzの2ライン毎のインターレース方式における蓄積時間の時系列的な関係を示すタイムチャートである。6 is a time chart showing a time-series relationship between an example of a change in illumination intensity at 100 Hz and an accumulation time in an interlace method for every two lines at 120 Hz. 本発明の第2の実施形態に係る縦2画素共有の正方格子状画素の等価回路図である。FIG. 11 is an equivalent circuit diagram of a square lattice pixel shared by two vertical pixels according to the second embodiment of the present invention. 図9に示す構成の第2の実施形態を用いて信号読出しを行った場合における画素回路への入力信号のタイムチャートである。10 is a time chart of an input signal to a pixel circuit when signal reading is performed using the second embodiment having the configuration shown in FIG. 9. 本発明の第3の実施形態に係る縦2画素横2画素の4画素共有の正方格子状画素の等価回路図である。FIG. 11 is an equivalent circuit diagram of a square lattice pixel shared by four pixels of two vertical pixels and two horizontal pixels according to the third embodiment of the present invention. 図11に示す画素配置の第3の実施形態を用いて信号読出しを行った場合における画素回路への入力信号のタイムチャートである。12 is a time chart of an input signal to a pixel circuit when a signal is read using the third embodiment of the pixel arrangement shown in FIG. 11.

以下、本発明の実施形態について、上記図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

<第1の実施形態>
まず、第1の実施形態に係るCMOS型撮像装置に用いられる、1画素あたり4トランジスタ使用の画素回路の等価回路図を、図1を用いて説明する。なお、この等価回路図に示す画素回路は、CMOS型撮像装置の画素アレイの各画素に対応して設けられる。
<First embodiment>
First, an equivalent circuit diagram of a pixel circuit using four transistors per pixel used in the CMOS imaging device according to the first embodiment will be described with reference to FIG. The pixel circuit shown in the equivalent circuit diagram is provided corresponding to each pixel of the pixel array of the CMOS type imaging device.

図1に示すように、この画素回路は、フォトダイオード(PD:411)、電荷転送トランジスタ(TX:412)、浮遊拡散容量(FD:413)、リセットトランジスタ(RST:414)、ソースフォロアアンプトランジスタ(SF:415)、選択トランジスタ(SEL:416)、画素電源部(VDD:417)、および画素出力部(OUT:418)から構成される。   As shown in FIG. 1, this pixel circuit includes a photodiode (PD: 411), a charge transfer transistor (TX: 412), a floating diffusion capacitance (FD: 413), a reset transistor (RST: 414), and a source follower amplifier transistor. (SF: 415), a selection transistor (SEL: 416), a pixel power supply section (VDD: 417), and a pixel output section (OUT: 418).

また、この画素回路においては、ベイヤ配列のカラーフィルタが4画素単位の正方格子状に、図3に示すように隙間なく多数個装着されて、図2に示す画素アレイ201が構成されている。
画素アレイ201は、Y方向走査部202、X方向走査部203、タイミングジェネレータ204および出力回路205とともに撮像装置(イメージセンサ)200を構成している。なお、撮像装置200のうち、Y方向走査部202、X方向走査部203、タイミ
ングジェネレータ204および出力回路205は、本発明に係る画像フレーム読出し制御回路を構成する。
Further, in this pixel circuit, a large number of color filters in a Bayer array are mounted in a square lattice pattern in units of four pixels without any gap as shown in FIG. 3, and the pixel array 201 shown in FIG. 2 is configured.
The pixel array 201 forms an imaging device (image sensor) 200 together with the Y-direction scanning unit 202, the X-direction scanning unit 203, the timing generator 204, and the output circuit 205. Note that, in the imaging apparatus 200, the Y-direction scanning unit 202, the X-direction scanning unit 203, the timing generator 204, and the output circuit 205 constitute an image frame readout control circuit according to the present invention.

図1の画素回路400において、PD411は、入射光の強度に応じた量の負電荷を蓄積する。このPD411のアノードは接地され、カソードはTX412を介してSF415のゲートに接続される。TX412のゲートは、Y方向走査部202からの信号線Lに接続され、転送信号が入力される。 In the pixel circuit 400 of FIG. 1, the PD 411 stores an amount of negative charges according to the intensity of incident light. The anode of this PD 411 is grounded, and the cathode is connected to the gate of SF 415 via TX 412. The gate of TX412 is connected to the signal line L T from Y direction scanning unit 202, the transfer signal.

SF415およびSEL416は、VDD417と出力部418との間に直列接続される。SEL416のゲートは、Y方向走査部202からの信号線Lに接続され、選択信号が入力される。RST414は、VDD417とSF415のゲートとの間に接続される。RST414のゲートは、Y方向走査部202からの信号線Lに接続され、リセット信号を入力される。
また、FD413は、SF415のゲートに接続される。
SF 415 and SEL 416 are connected in series between VDD 417 and output section 418. The gate of SEL416 is connected to the signal line L S from the Y-direction scanning unit 202, a selection signal is input. RST 414 is connected between VDD 417 and the gate of SF 415. The gate of the RST414 is connected to the signal line L R from the Y direction scanning unit 202, is inputted to the reset signal.
The FD 413 is connected to the gate of the SF 415.

PD411をリセットするためには、SEL416がオフ状態でTX412とRST414をオン状態とする。これにより、PD411に蓄積されていた負電荷がTX412とRST414を介して、VDD417に放出され、リセット動作が終了する。   In order to reset the PD 411, the SEL 416 is turned off and the TX 412 and the RST 414 are turned on. Thereby, the negative charges accumulated in the PD 411 are released to the VDD 417 via the TX 412 and the RST 414, and the reset operation ends.

PD411のリセット動作終了時から入射光による電荷の蓄積が開始する。すなわち、転送信号およびリセット信号が「L」状態となり、TX412とRST414がオフ状態となると、入射光の強度に応じた量の電荷がPD411に蓄えられ、電荷蓄積時間が開始する。   From the end of the reset operation of the PD 411, the accumulation of charges by the incident light starts. That is, when the transfer signal and the reset signal are set to the “L” state and the TX 412 and the RST 414 are turned off, an amount of charge corresponding to the intensity of the incident light is stored in the PD 411, and the charge storage time starts.

一方、蓄積時間の終了は以下のように行われる。すなわち、まず、選択信号を「H」レベルにしてSEL416をオン状態とし、リセット信号を所定時間だけ「H」レベルにしてRST414をオン状態とすることでFD413をリセットする。次いで、転送信号を所定時間だけ「H」レベル状態にしてTX412をオン状態とすることで、PD411の蓄積電荷がFD413に移動され、TX412がオフとなった時点でPD411の蓄積時間が終了する。   On the other hand, the end of the accumulation time is performed as follows. That is, first, the FD 413 is reset by setting the selection signal to “H” level to turn on the SEL 416 and setting the reset signal to “H” level for a predetermined time to turn on the RST 414. Next, by setting the transfer signal to the “H” level state for a predetermined time to turn on the TX 412, the accumulated charge of the PD 411 is moved to the FD 413, and the accumulation time of the PD 411 ends when the TX 412 is turned off.

また、図2に示すタイミングジェネレータ204は、Y方向走査部202に行選択アドレス信号および駆動制御信号を送出するとともに、X方向走査部203に列選択アドレス信号および読出し制御信号を送出する。Y方向走査部202は、Y方向走査回路および電圧レベルシフト回路の機能を有しており、入力された行選択アドレス信号および駆動制御信号に応じて、画素アレイ201の所定の複数行を順次選択し、選択した行の信号線L,L,Lを介して、その行の各画素回路400に転送信号、リセット信号および選択信号を送出する。 The timing generator 204 shown in FIG. 2 sends a row selection address signal and a drive control signal to the Y-direction scanning unit 202, and sends a column selection address signal and a read control signal to the X-direction scanning unit 203. The Y-direction scanning unit 202 has functions of a Y-direction scanning circuit and a voltage level shift circuit, and sequentially selects a predetermined plurality of rows of the pixel array 201 according to the input row selection address signal and the drive control signal. and, the signal line L T in the selected row, L R, via the L S, the transfer signal to each pixel circuit 400 in that row, sends a reset signal and the selection signal.

また、X方向走査部203は、X方向走査回路およびカラム回路の機能を有しており、Y方向走査部202によって選択された所定の行の複数の画素回路400から複数のY方向信号線Lに出力された電流を複数の所定の信号に変換する。
さらに、出力回路205は、X方向走査部203で生成された複数の画素信号を外部に出力する。
The X-direction scanning unit 203 has a function of an X-direction scanning circuit and a column circuit, and receives a plurality of Y-direction signal lines L from a plurality of pixel circuits 400 in a predetermined row selected by the Y-direction scanning unit 202. The current output to V is converted into a plurality of predetermined signals.
Further, the output circuit 205 outputs a plurality of pixel signals generated by the X-direction scanning unit 203 to the outside.

図4は、図1に示す画素回路400を用いて、信号読出しを行った場合における、各トランジスタの入力信号を表すタイムチャートである。なお、第1の実施形態(および以下の第2の実施形態)においては、画像フレームレートが120Hzで、2ライン毎インターレース走査の非プログレッシブ走査を採用している。   FIG. 4 is a time chart illustrating input signals of respective transistors when signal reading is performed using the pixel circuit 400 illustrated in FIG. In the first embodiment (and the second embodiment described below), the image frame rate is 120 Hz, and non-progressive scanning of interlace scanning every two lines is employed.

図4において、各グラフは、SEL416、RST414、TX412の信号波形を示すものであり、SEL、RSTおよびTXの後段に記されたかっこの中の数字は、図3中での対応ライン(行)上の画素であることを示している。なお、各対応画素の蓄積時間を黒帯で示す。また、第1の実施形態において、nは0から(4320/4)−1=1079に設定されている。   In FIG. 4, each graph shows the signal waveforms of SEL 416, RST 414, and TX 412, and the numbers in parentheses after SEL, RST, and TX are indicated on the corresponding lines (rows) in FIG. Pixel. The accumulation time of each corresponding pixel is indicated by a black band. In the first embodiment, n is set from 0 to (4320/4) −1 = 11079.

この画素回路400では、まず、第1ライン上の画素について、PD411をリセットするために、SEL416がオフ状態(SEL(1)が「L」レベル)でRST414とTX412を同時にオン状態(RST(1)とTX(1)が「H」レベル)とした後、同時にオフ状態(RST(1)とTX(1)が「L」レベル)とする(図4の矢印A1を参照)。これにより、PD411とFD413の信号電荷がTX412とRST414を介してVDD417に放出されることになり、PD411のリセット処理が終了する。この直後から、PD411の蓄積時間が開始される。   In the pixel circuit 400, first, for the pixels on the first line, in order to reset the PD 411, the RST 416 and the TX 412 are simultaneously turned on (RST (1) while the SEL 416 is off (SEL (1) is at the “L” level)). ) And TX (1) are set to “H” level, and then simultaneously turned off (RST (1) and TX (1) are set to “L” level) (see arrow A1 in FIG. 4). As a result, the signal charges of the PD 411 and the FD 413 are released to the VDD 417 via the TX 412 and the RST 414, and the reset process of the PD 411 ends. Immediately after this, the accumulation time of the PD 411 starts.

また、蓄積時間が開始されたのち、SEL416がオン状態(SEL(1)が「H」レベル)となる(図4中の矢印Bを参照)ことで、当該画素が選択され、その際に、RST414がオン状態(RST(1)が「H」レベル)となることでFD413がリセットされ、RST414がオフ状態(RST(1)が「L」レベル)の時、FD413の電荷が放出された状態の値(リセット電位)が読みだされる。   After the accumulation time is started, the SEL 416 is turned on (SEL (1) is at the “H” level) (see the arrow B in FIG. 4), and the pixel is selected. When the RST 414 is turned on (RST (1) is at “H” level), the FD 413 is reset. When the RST 414 is off (RST (1) is at “L” level), the charge of the FD 413 is released. (Reset potential) is read out.

次に蓄積時間においてRST414がオフ状態(RST(1)が「L」レベル)となった後にTX412がオン状態(TX(1)が「H」レベル)になると、PD411に畜積されていた信号電荷がFD413に移動し、さらにTX412がオフ状態(TX(1)が「L」レベル)になると、このときの電位が読みだされる(図4のSEL(1)、RST(1)、TX(1)、蓄積時間(1)のタイムチャート:矢印C1を参照)。このときPD411の蓄積時間が終了する。このように、当該画素が選択されてから、RST414がオフ状態となったのちにTX412がオフ状態となるまでの時間が各画素の1蓄積時間となる。なお、この蓄積時間は、例えば(1/100)秒(=10ミリ秒)に設定される。   Next, when the TX 412 is turned on (TX (1) is at the “H” level) after the RST 414 is turned off (RST (1) is at the “L” level) during the accumulation time, the signal stored in the PD 411 is accumulated. When the charges move to the FD 413 and the TX 412 is turned off (TX (1) is at “L” level), the potential at this time is read out (SEL (1), RST (1), TX in FIG. 4). (1), time chart of accumulation time (1): see arrow C1). At this time, the accumulation time of the PD 411 ends. Thus, the time from the selection of the pixel to the OFF state of the RST 414 to the OFF state of the TX 412 is one accumulation time of each pixel. The accumulation time is set to, for example, (1/100) seconds (= 10 milliseconds).

この後、第(1)行目に続いて第(2)行目の画素についても順次同様に行われ(図4の黒帯に示すように、矢印A2のタイミングでPD411の蓄積時間が開始され、矢印C2のタイミングでPD411の蓄積時間が終了する)、続いて、第(5)行目、第(6)行目・・・第(4n+1)行目、第(4n+2)行目の奇数フレームの画素についても順次、同様にして行われる。   After that, the same operation is sequentially performed on the pixels in the (2) -th row after the (1) -th row (as shown by the black band in FIG. 4, the accumulation time of the PD 411 is started at the timing of the arrow A2). , The accumulation time of the PD 411 ends at the timing of the arrow C2), and then the (5) th row, the (6) th row,..., The (4n + 1) th row, and the (4n + 2) th row odd-numbered frames. Are sequentially performed in the same manner.

一方、第(3)行目、に続いて第(1)行目の上記処理と同様の信号読出し処理が行われ(図4のSEL(3)、RST(3)、TX(3)および蓄積時間(3)のタイムチャートを参照)、第(3)行目全体の信号読出しが終了する。この後、第(4)行目、第(7)行目、第(8)行目・・・、第(4n+3)行目、第(4n+4)行目の偶数フレームの信号読出し処理についても順次、同様にして行われる。   On the other hand, subsequent to the (3) th row, the same signal reading processing as the above processing of the (1) th row is performed (SEL (3), RST (3), TX (3) and accumulation in FIG. 4). (Refer to the time chart of the time (3)), and the signal reading of the entire (3) th row is completed. Thereafter, the signal reading process of the even-numbered frames of the (4) th line, the (7) th line, the (8) th line,..., The (4n + 3) th line, and the (4n + 4) th line are sequentially performed. And so on.

すなわち、本実施形態における撮像装置においては、2ライン毎のインターレース走査により読出し操作を行っており、まず、(1)行目、(2)行目、・・・、(4n+1)行目、(4n+2)行目を順次選択して信号を読み出して奇数フレームの信号を読み出し、奇数フレームの画像信号を出力する。続いて、(3)行目、(4)行目、・・・、(4n+3)行目、(4n+4)行目を順次選択して偶数フレームの信号を読み出し、偶数フレームの画像信号を出力する。   That is, in the imaging apparatus according to the present embodiment, the reading operation is performed by interlaced scanning every two lines. First, the (1) th row, the (2) th row,... (4n + 2) rows are sequentially selected, signals are read out, signals of odd frames are read, and image signals of odd frames are output. Subsequently, the (3) th row, the (4) th row,..., The (4n + 3) th row, and the (4n + 4) th row are sequentially selected to read out the signal of the even-numbered frame and output the image signal of the even-numbered frame. .

なお、奇数フレームと偶数フレームの時間間隔(分割画像フレーム間隔)は(1/12
0)秒=8.333ミリ秒に設定される。また、奇数フレーム同士、および偶数フレーム同士の時間間隔(画像フレーム間隔)は(1/60)秒=16.667ミリ秒に設定される。
The time interval between the odd frame and the even frame (division image frame interval) is (1/12).
0) Seconds = 8.333 milliseconds is set. The time interval (image frame interval) between odd frames and between even frames is set to (1/60) seconds = 16.667 milliseconds.

また、(1)行目、(2)行目、・・・、(4n+1)行目、(4n+2)行目の奇数フレームと、(3)行目、(4)行目、・・・、(4n+3)行目、(4n+4)行目の偶数フレームは、分割画像フレーム間隔が上述したように8.333ミリ秒となり、一方が電荷を蓄積しているときに他方が信号を読み出すように構成されている。奇数フレームと偶数フレームの蓄積時間同士が一部重複するように設定しているのは、各蓄積時間を10ミリ秒に設定しながら、奇数フレーム同士あるいは偶数フレーム同士の間隔(画像フレーム間隔)を16.667ミリ秒(60Hz)に設定するためである。   Also, odd-numbered frames of (1), (2),..., (4n + 1), (4n + 2), and (3), (4),. The even-numbered frames on the (4n + 3) -th row and the (4n + 4) -th row have a divided image frame interval of 8.333 milliseconds as described above, and one is configured to read out a signal when one is accumulating charge. Have been. The reason that the accumulation times of the odd frames and the even frames partially overlap each other is that the interval (image frame interval) between the odd frames or the even frames is set while each accumulation time is set to 10 milliseconds. This is for setting to 16.667 milliseconds (60 Hz).

ここで、図5に、(1)行目、(2)行目、・・・、(4n+1)行目、(4n+2)行目の奇数フレームから、奇数フレームの(3)行目、(4)行目、・・・、(4n+3)行目、(4n+4)行目を生成する画素補間について示す。3行目のGをG3と表記すると、G3=(G1+G5)/2、4行目のGをG4と表記すると、G4=(G2+G6)/2、3行目のRをR3と表記すると、R3=(R1+R5)/2、4行目のBをB4と表記すると、B4=(B2+B6)/2と、各々計算される。   Here, in FIG. 5, from the odd frames of the (1) th row, the (2) th row,..., The (4n + 1) th row, the (4n + 2) th row, the (3) th row, (4 ),..., (4n + 3) -th row, and (4n + 4) -th row are shown. If G in the third row is expressed as G3, G3 = (G1 + G5) / 2, G in the fourth row is expressed as G4, G4 = (G2 + G6) / 2, and R in the third row is expressed as R3, R3 = (R1 + R5) / 2, and B in the fourth row is denoted as B4, and B4 = (B2 + B6) / 2 is calculated.

さらに、図6に、(3)行目、(4)行目、・・・、(4n+3)行目、(4n+4)行目の偶数フレームから、偶数フレームの(1)行目、(2)行目、・・・、(4n+1)行目、(4n+2)行目を生成する画素補間について示す。5行目のGはG5と表記すると、G5=(G3+G7)/2、6行目のGはG6と表記すると、G6=(G4+G8)/2、5行目のRをR5と表記すると、R5=(R3+R7)/2、6行目のBをB6と表記すると、B6=(B4+B8)/2と、各々計算される。   Further, in FIG. 6, from the even frames of the (3) th row, the (4) th row,..., The (4n + 3) th row, the (4n + 4) th row, the (1) th row of the even numbered frame, (2) The pixel interpolation for generating the rows,..., (4n + 1) and (4n + 2) will be described. G in the fifth row is represented as G5, G5 = (G3 + G7) / 2, G in the sixth row is represented as G6, G6 = (G4 + G8) / 2, and R in the fifth row is represented as R5, R5 = (R3 + R7) / 2, and B in the sixth row is represented as B6, which is calculated as B6 = (B4 + B8) / 2.

図5と図6に示すようにして、2ライン毎のインターレースプログレッシブ変換の画素補間処理を行い、奇数フレームから奇数フレームの全画素情報を生成し、偶数フレームから偶数フレームの全画素情報を生成する。
図7に、本実施形態に係る信号処理装置のブロック図(フローチャート)を示す。この信号処理装置は、FPN(Fixed Pattern Noise)キャンセル手段S1、ゲインコントロール手段S2、2ライン毎インターレースプログレッシブ変換手段S3、デモザイク処理手段S4、リニアマトリクス処理手段S5およびガンマ・ニー処理手段S6、を備えている。
As shown in FIGS. 5 and 6, pixel interpolation processing of interlace progressive conversion for every two lines is performed to generate all pixel information of odd frames from odd frames and all pixel information of even frames from even frames. .
FIG. 7 shows a block diagram (flowchart) of the signal processing device according to the present embodiment. This signal processing device includes FPN (Fixed Pattern Noise) canceling means S1, gain control means S2, interlace progressive conversion means S3 for each line, demosaic processing means S4, linear matrix processing means S5, and gamma knee processing means S6. ing.

ここで、FPNキャンセル手段S1は、FPN(固定パターン雑音)を除去する機能を有し、ゲインコントロール手段S2は、RGBのそれぞれのゲインを調整して明るくする機能を有する。また、2ライン毎インターレースプログレッシブ変換手段S3は、2ライン毎のインターレースによる画像信号から、プログレッシブに変換する機能を有し、映像信号はRGGBのデュアルグリーン信号として形成される。
さらに、デモザイク処理手段S4は、RGGBのデュアルグリーン信号から、フルRGBの信号に変換する機能を有する。
また、上記リニアマトリクス処理手段S5は、RGB入力信号に3×3マトリクスの演算処理を施すことで色補正を行う機能を有する。
さらに、ガンマ・ニー処理手段S6は、信号にガンマ処理とニー処理を施す機能を有する。
なお、ガンマは、出力電圧をY、入力電圧をXとすると、Y=X0.45
で表され、ニーは、所定のレベルを超える信号を大幅に利得圧縮することが可能である。
Here, the FPN canceling means S1 has a function of removing FPN (fixed pattern noise), and the gain control means S2 has a function of adjusting each gain of RGB to make it bright. Further, the interlaced progressive conversion means S3 for every two lines has a function of converting an interlaced image signal for every two lines into progressive, and the video signal is formed as a dual green signal of RGBG.
Further, the demosaic processing unit S4 has a function of converting an RGB dual green signal into a full RGB signal.
The linear matrix processing means S5 has a function of performing color correction by performing a 3 × 3 matrix operation process on the RGB input signal.
Further, the gamma / knee processing means S6 has a function of performing gamma processing and knee processing on the signal.
Note that gamma is Y = X 0.45 , where Y is the output voltage and X is the input voltage.
, And the knee can greatly compress a signal exceeding a predetermined level.

すなわち、本実施形態に係る信号処理装置においては、従来技術とは異なり、2ライン
毎のインターレースプログレッシブ変換処理を行い、引き続いてデモザイク処理を行う。これにより、ベイヤ配列のカラーフィルタを装着した正方格子状の画素配列から、2ライン毎のインターレース走査により奇数フレームと偶数フレームを読み出し、2ライン毎のインターレースプログレッシブ変換により奇数フレームと偶数フレームの全画素情報を生成し、デモザイク処理により、全画素の色情報を生成する。
上述した第1の実施形態によれば、図8に示すように、照明機器等が100Hz(電源周波数が50Hz圏)の照明強度下において、2ライン毎のインターレース方式を採用することにより、イメージセンサ(撮像装置)200において、ベイヤ配列のカラーフィルタを装着した画素(フォトダイオード)の1電荷蓄積時間を10ミリ秒に設定するとともに、撮像フレーム周波数を120Hzとしてスーパーハイビジョンに適合させつつ、フリッカの発生を阻止するようにしている。
That is, in the signal processing device according to the present embodiment, unlike the related art, interlace progressive conversion processing is performed for every two lines, and demosaic processing is subsequently performed. Thereby, an odd frame and an even frame are read out by interlaced scanning every two lines from a square grid-like pixel array equipped with a Bayer array color filter, and all the pixels of the odd frame and the even frame are interlaced progressively converted every two lines. Information is generated, and color information of all pixels is generated by demosaic processing.
According to the above-described first embodiment, as shown in FIG. 8, the image sensor adopts the interlace method for every two lines under the illumination intensity of 100 Hz (power frequency is in the range of 50 Hz). (Imaging apparatus) In the image pickup apparatus 200, the charge accumulation time of a pixel (photodiode) equipped with a Bayer array color filter is set to 10 milliseconds, the imaging frame frequency is set to 120 Hz, and the flicker is generated while being adapted to Super Hi-Vision. I try to prevent.

すなわち、フリッカの発生を阻止するために、電子シャッター速度を10ミリ秒に設定した場合には、撮像フレーム間隔(分割画像フレーム間隔)が(1/120)秒=8.333ミリ秒であるため、撮像フレーム間隔に対する電子シャッター期間が1より大きい6/5に設定されることになる。   That is, when the electronic shutter speed is set to 10 milliseconds in order to prevent flicker, the imaging frame interval (divided image frame interval) is (1/120) seconds = 8.333 milliseconds. , The electronic shutter period with respect to the imaging frame interval is set to 6/5, which is larger than 1.

そこで、本実施形態においては、ベイヤ配列のカラーフィルタを装着した画素において、電子シャッター速度を10ミリ秒とし、分割画像フレーム間隔を(1/120)秒=8.333ミリ秒としたとしても、2ライン毎のインターレース方式を採用しているので、画像フレーム間隔(奇数フレーム同士あるいは偶数フレーム同士)に対する電子シャッター期間を1より小さい値(本実施形態では2ライン毎のインターレース方式を採用しているので6/10)に設定することができるので、電源周波数50Hz圏の100Hzの照明強度変化下において120Hzの撮像を行うにあたり、生じるフリッカの発生を阻止することができる。   Therefore, in the present embodiment, even if the electronic shutter speed is set to 10 milliseconds and the divided image frame interval is set to (1/120) seconds = 8.333 milliseconds in the pixel equipped with the Bayer array color filter, Since the interlace method for every two lines is adopted, the electronic shutter period for the image frame interval (odd frames or even frames) is set to a value smaller than 1 (in the present embodiment, the interlace method for every two lines is adopted). Therefore, the flicker can be set to 6/10), so that the occurrence of flicker which occurs when imaging at 120 Hz under the illumination intensity change of 100 Hz in the power supply frequency range of 50 Hz can be prevented.

<第2の実施形態>
第2の実施形態に係るCMOS型撮像装置は、図9に示すように、縦方向に2つの画素の読み出し回路部を共有している2画素を共有した構造を有するものである。
<Second embodiment>
As shown in FIG. 9, the CMOS type imaging device according to the second embodiment has a structure in which two pixels sharing a readout circuit unit of two pixels in the vertical direction are shared.

なお、第2の実施形態においては、第1の実施形態と重複する部分も多いことから、そのような部分については適宜、簡単に説明する。特に、図2に基づく装置構成および図3に基づくベイヤ配列の構成、図5、6による2ライン毎の画素補間方法、および図7の信号処理装置のブロック図(フローチャート)は略同様であるので、その詳細な説明は省略する。
すなわち、この第2の実施形態に係るCMOS型撮像装置の画素回路は、図9に示すように、2画素共有タイプであって、2つのフォトダイオード(PD)911−A,B、2つの電荷転送トランジスタ(TX)912−A,B、浮遊拡散容量(FD)913、リセットトランジスタ(RST)914、ソースフォロアアンプ(SF)915、選択トランジスタ(SEL)916、画素電源部(VDD)917、および画素出力部(OUT)918から構成される。
In the second embodiment, since there are many portions that overlap with the first embodiment, such portions will be briefly described as appropriate. In particular, the device configuration based on FIG. 2 and the Bayer array configuration based on FIG. 3, the pixel interpolation method for every two lines according to FIGS. 5 and 6, and the block diagram (flow chart) of the signal processing device of FIG. , And a detailed description thereof will be omitted.
That is, as shown in FIG. 9, the pixel circuit of the CMOS type imaging device according to the second embodiment is of a two-pixel sharing type, and has two photodiodes (PDs) 911-A and 911-B and two electric charges. Transfer transistors (TX) 912-A and B, floating diffusion capacitance (FD) 913, reset transistor (RST) 914, source follower amplifier (SF) 915, selection transistor (SEL) 916, pixel power supply (VDD) 917, and It comprises a pixel output section (OUT) 918.

図10は、図9に示す画素回路と図3に示すベイヤ配列カラーフィルタの画素配置を用いて信号読出しを行った場合における、各トランジスタの入力信号を表すタイムチャートである。かっこ内の数字は、第何行目に配置された画素であるかを示す数字である。例えば、SEL(1、2)、RST(1、2)と記載されているのは、第1行目と第2行目の2画素が画素共有されているSELとRSTの入力信号を示す。TX(1)、TX(2)として表されるTXは、それぞれ第1行目と第2行目の画素のTXを示す。蓄積時間(1)と蓄積時間(2)の黒帯は、それぞれ第1行目の画素のPD911−Aと第2行目の画素のPD911−Bの蓄積時間を示す。   FIG. 10 is a time chart showing input signals of the respective transistors when signal reading is performed using the pixel circuit shown in FIG. 9 and the pixel arrangement of the Bayer array color filter shown in FIG. The number in parentheses is a number indicating on which line the pixel is arranged. For example, SEL (1, 2) and RST (1, 2) indicate input signals of SEL and RST in which two pixels in the first row and the second row share a pixel. TX represented as TX (1) and TX (2) indicate the TX of the pixels in the first row and the second row, respectively. The black bands of the accumulation time (1) and the accumulation time (2) indicate the accumulation time of the PD 911-A of the pixel in the first row and the PD 911-B of the pixel in the second row, respectively.

第2の実施形態における撮像装置においては、まず、第(1)行目、第(2)行目の画素をSEL(1,2)で選択し、TX(1)とTX(2)で第1行目の画素のPD911−Aと第2行目の画素のPD911−Bから信号を読み出す(図10の黒帯に示すように、矢印A1のタイミングでPD911−Aの蓄積時間が開始され、矢印C1のタイミングでPD911−Aの蓄積時間が終了し、一方、矢印A2のタイミングでPD911−Bの蓄積時間が開始され、矢印C2のタイミングでPD911−Bの蓄積時間が終了する)。続いて、第(5)行目、第(6)行目の画素をSEL(5,6)で選択し、TX(5)とTX(6)で第5行目の画素のPD911−Aと第6行目の画素のPD911−Bから信号を読み出す。この処理を、4n+1行目と4n+2行目の信号読出しまで継続して行い、奇数フレームを生成する。   In the imaging device according to the second embodiment, first, the pixels in the (1) -th row and the (2) -th row are selected by SEL (1,2), and the pixels are selected by TX (1) and TX (2). A signal is read from the PD 911-A of the pixel in the first row and the PD 911-B of the pixel in the second row (as indicated by the black band in FIG. 10, the accumulation time of the PD 911-A is started at the timing of the arrow A1, (The accumulation time of PD911-A ends at the timing of arrow C1, while the accumulation time of PD911-B starts at the timing of arrow A2, and the accumulation time of PD911-B ends at the timing of arrow C2.) Subsequently, the pixels in the (5) th row and the (6) th row are selected by SEL (5, 6), and the pixels PD911-A of the fifth row are selected in TX (5) and TX (6). A signal is read from PD911-B of the pixel in the sixth row. This process is continuously performed until the signal reading of the 4n + 1-th row and the 4n + 2-th row, and an odd-numbered frame is generated.

続いて、第(3)行目、第(4)行目の画素をSEL(3,4)で選択し、TX(3)とTX(4)で第3行目の画素のPD911−Aと第4行目の画素のPD911−Bから信号を読み出す。続いて、第(7)行目、第(8)行目の画素をSEL(7,8)で選択し、TX(7)とTX(8)で第7行目の画素のPD911−Aと第8行目の画素のPD911−Bから信号を読み出す。この処理を、4n+3行目と4n+4行目の信号読出しまで継続して行い、偶数フレームを生成する。   Subsequently, the pixels in the (3) th and (4) th rows are selected by SEL (3,4), and the pixels PD911-A of the third row are selected in TX (3) and TX (4). A signal is read from PD911-B of the pixel in the fourth row. Subsequently, the pixels in the (7) th and (8) th rows are selected by SEL (7, 8), and the pixels PD911-A of the 7th row are selected in TX (7) and TX (8). A signal is read from PD911-B of the pixel in the eighth row. This process is continuously performed until the signal reading of the 4n + 3th row and the signal reading of the 4n + 4th row to generate an even-numbered frame.

なお、奇数フレームと偶数フレームの時間間隔(分割画像フレーム間隔)は(1/120)秒=8.333ミリ秒に設定される。   Note that the time interval (divided image frame interval) between the odd-numbered frame and the even-numbered frame is set to (1/120) seconds = 8.333 milliseconds.

奇数フレームに、2ライン毎のインターレースプログレッシブ変換を行う手法は図5と同様であり、偶数フレームに、2ライン毎のインターレースプログレッシブ変換を行う手法は図6と同様である。また、第2の実施形態装置に用いられる信号処理装置は図7と同様に構成されている。   The method of performing interlace progressive conversion for every two lines on odd-numbered frames is the same as in FIG. 5, and the method of performing interlace progressive conversion on every two lines for even-numbered frames is the same as in FIG. The signal processing device used in the device of the second embodiment has the same configuration as that of FIG.

また、第2の実施形態において、nは0から(4320/4)−1=1079に設定されている。   In the second embodiment, n is set from 0 to (4320/4) −1 = 11079.

これにより、第2の実施形態においては、電源周波数50Hz圏の100Hzの照明強度変化下において120Hzの撮像を行うにあたり、生じるフリッカの発生を阻止することができる。   Thus, in the second embodiment, it is possible to prevent the occurrence of flicker when imaging at 120 Hz under a change in illumination intensity of 100 Hz in a power supply frequency range of 50 Hz.

<第3の実施形態>
第3の実施形態に係るCMOS型撮像装置は、図11に示すように、縦方向に2つの画素読み出し回路部と横方向に2つの画素読み出し回路部を共有している4画素共有の構造を有するものである。
<Third embodiment>
As shown in FIG. 11, the CMOS imaging device according to the third embodiment has a four-pixel sharing structure in which two pixel readout circuit units are shared in the vertical direction and two pixel readout circuit units in the horizontal direction. Have

なお、第3の実施形態においては、第1の実施形態と重複する部分も多いことから、そのような部分については適宜、簡単に説明する。特に、図2に基づく装置構成および図3に基づくベイヤ配列の構成、および図7の信号処理装置のブロック図(フローチャート)は略同様であるので、その詳細な説明は省略する。
すなわち、図11に示すように、この画素回路1100は、4つのフォトダイオード(PD)1111−A〜D、4つの電荷転送トランジスタ(TX)1112−A〜D、浮遊拡散容量(FD)1113、リセットトランジスタ(RST)1114、ソースフォロアアンプ(増幅トランジスタ:SF)1115、選択トランジスタ(SEL)1116、画素電源部(VDD)1117、および画素出力部(OUT)1118から構成される。
Note that, in the third embodiment, since there are many portions that overlap with the first embodiment, such portions will be briefly described as appropriate. In particular, since the configuration of the device based on FIG. 2 and the configuration of the Bayer array based on FIG. 3 and the block diagram (flow chart) of the signal processing device of FIG. 7 are substantially the same, detailed description thereof will be omitted.
That is, as shown in FIG. 11, the pixel circuit 1100 includes four photodiodes (PD) 1111-A to D, four charge transfer transistors (TX) 1112-A to D, a floating diffusion capacitance (FD) 1113, It comprises a reset transistor (RST) 1114, a source follower amplifier (amplifying transistor: SF) 1115, a selection transistor (SEL) 1116, a pixel power supply (VDD) 1117, and a pixel output (OUT) 1118.

図12は、図11に示す画素回路と図3に示すベイヤ配列カラーフィルタの画素配置を
用いて信号読出しを行った場合における、各トランジスタの入力信号を表すタイムチャートである。かっこ内の数字は、第何行目第何番目の配置の画素であるかを示すものである。例えば、SEL(1A、1B、2C、2D)、RST(1A、1B、2C、2D)と記載されているのは、第1行目A番目とB番目、第2行目C番目とD番目の4画素が画素共有されているSELとRSTの入力信号を示す。TX(1A)、TX(1B)、TX(2C)、TX(2D)として表されるTXは、それぞれ第1行目A番目とB番目、第2行目C番目とD番目の画素のTXを示す。蓄積時間(1A(矢印A1と矢印C1の期間))、蓄積時間(1B(矢印A2と矢印C2の期間))、蓄積時間(2C(矢印A3と矢印C3の期間))、蓄積時間(2D(矢印A4と矢印C4の期間))の黒帯は、それぞれ第1行目A番目とB番目、第2行目C番目とD番目の画素のPD1111−A〜Dの蓄積時間を示す。
FIG. 12 is a time chart showing input signals of each transistor when signal reading is performed using the pixel circuit shown in FIG. 11 and the pixel arrangement of the Bayer array color filter shown in FIG. The number in parentheses indicates the number of the line and the arrangement of the pixel. For example, SEL (1A, 1B, 2C, 2D) and RST (1A, 1B, 2C, 2D) are described in the first row, A and B, and in the second row, C and D. 4 shows input signals of SEL and RST in which four pixels are shared. TX represented as TX (1A), TX (1B), TX (2C), TX (2D) is the TX of the A-th and B-th pixels in the first row and the C-th and D-th pixels in the second row, respectively. Is shown. Storage time (1A (period between arrows A1 and C1)), storage time (1B (period between arrows A2 and C2)), storage time (2C (period between arrows A3 and C3)), storage time (2D ( The black bands in the periods of arrows A4 and C4) indicate the accumulation times of the PDs 1111-A to D of the A-th and B-th pixels in the first row and the C-th and D-th pixels in the second row, respectively.

第3の実施形態における撮像装置においては、まず、第(1)行目A番目とB番目、第(2)行目C番目とD番目の画素をSEL(1A、1B、2C、2D)で選択し、TX(1A)とTX(1B)で第1行目A番目とB番目の画素のPD1111−A、Bから信号を読み出し、この後、TX(2C)とTX(2D)で第2行目C番目とD番目の画素のPD1111−C、Dから信号を読み出す。
続いて、第(5)行目A番目とB番目、第(6)行目C番目とD番目の画素をSEL(5A、5B、6C、6D)で選択し、TX(5A)とTX(5B)で第5行目A番目とB番目の画素のPD1111−A、Bから信号を読み出し、TX(6C)とTX(6D)で第6行目C番目とD番目の画素のPD1111−C、Dから信号を読み出す。
この処理を、4n+1行目と4n+2行目の信号読出しまで継続して行い、奇数フレームを生成する。
In the imaging device according to the third embodiment, first, the A-th and B-th pixels in the (1) -th row and the C-th and D-th pixels in the (2) -th row are selected by SEL (1A, 1B, 2C, 2D). Then, the signal is read out from the PDs 1111-A and B of the A-th and B-th pixels in the first row by TX (1A) and TX (1B), and then the signal is read out by the TX (2C) and TX (2D). The signal is read from the PDs 1111-C and D of the C-th and D-th pixels in the row.
Subsequently, the A-th and B-th pixels in the (5) th row and the C-th and D-th pixels in the (6) th row are selected by SEL (5A, 5B, 6C, 6D), and TX (5A) and TX ( 5B) The signal is read from the PD1111-A, B of the Ath and Bth pixels in the fifth row, and the PD1111-C of the Cth and Dth pixels in the sixth row in TX (6C) and TX (6D). , D.
This process is continuously performed until the signal reading of the 4n + 1-th row and the 4n + 2-th row, and an odd-numbered frame is generated.

続いて、第(3)行目A番目とB番目、第(4)行目C番目とD番目の画素をSEL(3A、3B、4C、4D)で選択し、TX(3A)とTX(3B)で第3行目A番目とB番目の画素のPD1111−A、Bから信号を読み出し、TX(4C)とTX(4D)で第4行目C番目とD番目の画素のPD1111−C、Dから信号を読み出す。
続いて、第(7)行目A番目とB番目、第(8)行目C番目とD番目の画素をSEL(7A、7B、8C、8D)で選択し、TX(7A)とTX(7B)で第7行目A番目とB番目の画素のPD1111−A、Bから信号を読み出し、TX(8C)とTX(8D)で第8行目C番目とD番目の画素のPD1111−C、Dから信号を読み出す。
この処理を、4n+3行目と4n+4行目の信号読出しまで継続して行い、偶数フレームを生成する。
Subsequently, the A-th and B-th pixels in the (3) -th row and the C-th and D-th pixels in the (4) -th row are selected by SEL (3A, 3B, 4C, 4D), and TX (3A) and TX ( 3B), the signals are read from the PDs 1111-A and B of the A-th and B-th pixels in the third row, and the PDs 1111-C of the C-th and D-th pixels in the fourth row in TX (4C) and TX (4D). , D.
Subsequently, the Ath and Bth pixels in the (7) th row and the Cth and Dth pixels in the (8) th row are selected by SEL (7A, 7B, 8C, 8D), and TX (7A) and TX ( 7B) The signal is read from the PDs 1111-A and B of the Ath and Bth pixels in the seventh row, and the PD1111-C of the Cth and Dth pixels in the eighth row in TX (8C) and TX (8D). , D.
This process is continuously performed until the signal reading of the 4n + 3th row and the signal reading of the 4n + 4th row to generate an even-numbered frame.

なお、奇数フレームと偶数フレームの時間間隔(分割画像フレーム間隔)は(1/120)秒=8.333ミリ秒に設定される。   Note that the time interval (divided image frame interval) between the odd-numbered frame and the even-numbered frame is set to (1/120) seconds = 8.333 milliseconds.

奇数フレームに、2ライン毎のインターレースプログレッシブ変換を行う手法は図5と同様であり、偶数フレームに、2ライン毎のインターレースプログレッシブ変換を行う手法は図6と同様である。また、第3の実施形態装置に用いられる信号処理装置は図7と同様に構成されている。   The method of performing interlace progressive conversion for every two lines on odd-numbered frames is the same as in FIG. 5, and the method of performing interlace progressive conversion on every two lines for even-numbered frames is the same as in FIG. The signal processing device used in the device of the third embodiment has the same configuration as that of FIG.

また、第3の実施形態において、nは0から(4320/4)−1=1079に設定されている。   In the third embodiment, n is set from 0 to (4320/4) -1 = 11079.

これにより、第3の実施形態においては、電源周波数50Hz圏の100Hzの照明強度変化下において120Hzの撮像を行うにあたり、生じるフリッカの発生を阻止することができる。   Thus, in the third embodiment, it is possible to prevent the occurrence of flicker when imaging at 120 Hz under the illumination intensity change of 100 Hz in the power frequency range of 50 Hz.

さらに、本発明の撮像装置、撮像方法および画像フレーム読出し制御回路としては、上記実施形態のものに限られるものではなく、その他の種々の態様のものを採用し得る。例えば、上記実施形態においては、共有タイプの素子のうち、2つの画素に共有の2画素共有タイプの素子、および4つの画素に共有の4画素共有タイプの素子の例を挙げているが、それ以外の種々の、複数画素に共有の素子を用いて信号読出しを行うことができる。
また、画素補間の手法としても、図5、6のものに限られるものではなく、その他の種々の手法を用いることができる。
Furthermore, the imaging device, the imaging method, and the image frame readout control circuit of the present invention are not limited to those of the above-described embodiment, but may adopt various other aspects. For example, in the above embodiment, among the shared type elements, an example of a two-pixel shared type element shared by two pixels and a four-pixel shared type element shared by four pixels have been described. Other than the above, signal readout can be performed using an element shared by a plurality of pixels.
Also, the method of pixel interpolation is not limited to those shown in FIGS. 5 and 6, and other various methods can be used.

なお、上記実施形態においては、撮像装置を構成する複数の画素が、X方向に7680画素でY方向に4320画素、またはX方向に3840画素でY方向に2160画素のいずれかに物理的に設定される場合について説明しているが、これに替えて、複数の画素を、ハードウェアあるいはソフトウェア等を用いて画素補間処理を行い、X方向に7680画素でY方向に4320画素、またはX方向に3840画素でY方向に2160画素のいずれかとなるように画素数を拡張(増加)または縮小(減少)するようにしても、上記実施形態のものと、同様の効果が得られる。   In the above embodiment, the plurality of pixels constituting the imaging apparatus are physically set to either 7680 pixels in the X direction and 4320 pixels in the Y direction, or 3840 pixels in the X direction and 2160 pixels in the Y direction. However, instead of this, a plurality of pixels are subjected to pixel interpolation processing using hardware or software or the like, and 7680 pixels in the X direction and 4320 pixels in the Y direction, or in the X direction. Even if the number of pixels is expanded (increased) or reduced (decreased) so as to be 3840 pixels or any of 2160 pixels in the Y direction, the same effect as in the above embodiment can be obtained.

なお、上記実施形態においては、画像フレーム間隔を、1/120秒=8.333ミリ秒としているが、これに替えて、1/120秒×1001/1000=8.342ミリ秒としても、上記実施形態のものと略同様の効果を奏することができる。また、上記実施形態においては、フレーム周波数を120Hzとしているが、これに替えて、120×1000/1001=119.88Hzとしても、上記実施形態のものと略同様の効果を奏することができる。   In the above-described embodiment, the image frame interval is set to 1/120 second = 8.333 milliseconds. Alternatively, the image frame interval may be set to 1/120 second × 1001/1000 = 8.342 milliseconds. The effects similar to those of the embodiment can be obtained. Further, in the above embodiment, the frame frequency is set to 120 Hz. However, when the frame frequency is set to 120 × 1000/1001 = 1119.88 Hz, substantially the same effect as that of the above embodiment can be obtained.

さらに、グローバルシャッタ機能(グローバルシャッタトランジスタ)を搭載することも可能であり、その場合には、全画素同時(実際には奇数フレーム画素を同時および偶数フレーム画素を同時)にシャッタ動作を行うことができ、全画素同時読出しが可能である。これにより、特に、動きが高速である被写体については像の歪みを軽減することができる。   Furthermore, it is possible to mount a global shutter function (global shutter transistor). In this case, it is possible to perform a shutter operation simultaneously for all pixels (actually, odd frame pixels and even frame pixels simultaneously). And all pixels can be read simultaneously. As a result, image distortion can be reduced particularly for a fast-moving subject.

また、上記実施形態においては、カラーフィルタとして、2×2の正方格子状のベイヤカラーフィルタを用いているが、これに替えて、2×2の正方格子状であって、ベイヤカラーフィルタの1つのGをW(白色)に置き換えたものとしてもよいし、2×2の正方格子状であって、ベイヤカラーフィルタの2つのGを共にW(白色)に置き換えたものとしてもよいし、ベイヤカラーフィルタの1つのGをNIR(近赤外線透過フィルタ)に置き換えたものとしてもよい。
また、2ライン毎のインターレース方式で読み出す、いわゆるハニカム方式(正方格子とは異なる)カラーフィルタを採用してもよいし、6×6の正方格子状であって、6ライン毎のインターレース方式で読み出す、FUJIFILM X-Pro1(富士フイルム社製)と称されるカラーフィルタを採用してもよいし、いわゆる色順次方式と称されるカラーフィルタ等を採用してもよい。
Further, in the above embodiment, a Bayer color filter having a 2 × 2 square lattice is used as a color filter. However, a Bayer color filter having a 2 × 2 square lattice and one of the Bayer color filters is used instead. One G may be replaced by W (white), a two-by-two square lattice may be used, and both Gs of the Bayer color filter may be replaced by W (white). One of the color filters G may be replaced with an NIR (near infrared transmission filter).
In addition, a so-called honeycomb type (different from a square lattice) color filter which reads data in an interlaced manner every two lines may be employed, or a 6 × 6 square lattice-shaped color filter is read out in an interlaced manner every six lines. A color filter called FUJIFILM X-Pro1 (manufactured by FUJIFILM Corporation) may be used, or a color filter called a so-called color sequential method may be used.

2ライン毎に分割画像フレームを読み出す構成としているが、3ライン以上の複数ライン毎に分割画像フレームを読み出す構成としてもよく、画素上にカラーフィルタを装着した際にカバーされる画素ラインの数と一致するライン数毎のインターレース方式とする。
なお、上記実施形態においては、Y行のアドレスを選択して駆動する行選択回路部(Y方向走査部)、とX列毎に信号を読み出す列並列読出し回路部(X方向走査部)を用いて画像フレーム読出し制御を行っているが、これに替えて、X列のアドレスを選択して駆動する列選択回路部(X方向走査部)、とY行毎に信号を読み出す行並列読出し回路部(Y方向走査部)を用いて画像フレーム読出し制御を行ってもよい。
Although the configuration is such that the divided image frame is read out every two lines, the configuration may be such that the divided image frame is read out every three or more lines, and the number of pixel lines that are covered when a color filter is mounted on the pixel is determined. The interlace method is used for each of the number of matching lines.
In the above embodiment, a row selection circuit unit (Y-direction scanning unit) for selecting and driving the address of the Y-row, and a column parallel reading circuit unit (X-direction scanning unit) for reading a signal for each X column are used. In place of this, a column selection circuit section (X-direction scanning section) for selecting and driving an address of an X column and a row parallel reading circuit section for reading a signal every Y rows are performed. (Y direction scanning unit) may be used to perform image frame read control.

400、900、1100 画素回路
411、911−A、B、1111−A〜D フォトダイオード(PD)
412、912−A、B、1112−A〜D 電荷転送トランジスタ(TX)
413、913、1113 浮遊拡散容量(FD)
414、914、1114 リセットトランジスタ(RST)
415、915、1115 ソースフォロアアンプ(SF)
416、916、1116 選択トランジスタ(SEL)
417、917、1117 画素電源部(VDD)
418、918、1118 画素出力部(OUT)
200 撮像装置
201 画素アレイ
202 Y方向走査部
203 X方向走査部
204 タイミングジェネレータ
205 出力回路
S1 FPNキャンセル手段
S2 ゲインコントロール手段
S3 2ライン毎インターレース
プログレッシブ変換手段
S4 デモザイク処理手段
S5 リニアマトリクス処理手段
S6 ガンマ・ニー処理手段

400, 900, 1100 Pixel circuit 411, 911-A, B, 1111-A-D Photodiode (PD)
412, 912-A, B, 1112-A-D Charge transfer transistor (TX)
413, 913, 1113 Floating diffusion capacitance (FD)
414, 914, 1114 Reset transistor (RST)
415, 915, 1115 Source follower amplifier (SF)
416, 916, 1116 Select transistor (SEL)
417, 917, 1117 Pixel power supply (VDD)
418, 918, 1118 Pixel output unit (OUT)
Reference Signs List 200 Image pickup device 201 Pixel array 202 Y-direction scanning unit 203 X-direction scanning unit 204 Timing generator 205 Output circuit S1 FPN canceling unit S2 Gain control unit S3 Interlace every two lines
Progressive conversion means S4 Demosaic processing means S5 Linear matrix processing means S6 Gamma knee processing means

Claims (7)

装着されるカラーフィルタ毎に、各画素に対応する単位フィルタが組み合わせられて規則性のある格子状に配列された、入射光に応じて電荷が発生する光電変換部と、
該光電変換部に対して、Y行とX列のいずれか一方のアドレスを選択して駆動する行もしくは列選択回路部、およびY行とX列のいずれか他方毎に信号を読み出す列もしくは行並列読出し回路部を含む画像フレーム読出し制御部とを有し、
前記光電変換部の画素は、X方向に7680画素でY方向に4320画素、またはX方向に3840画素でY方向に2160画素のいずれかに設定されるように構成され、
前記画像フレーム読出し制御部は、非プログレッシブ方式を用い、1つの前記カラーフィルタが装着される画素の対応ライン数に等しいライン数毎に分割画像フレームを出力するように制御するものであり、かつ前記分割画像フレーム間隔を8.333ミリ秒または8.342ミリ秒のいずれかに設定するとともに、前記光電変換部における各画素の1電荷蓄積時間を10ミリ秒に設定することを特徴とする撮像装置。
For each color filter to be mounted, a unitary filter corresponding to each pixel is combined and arranged in a regular lattice, a photoelectric conversion unit that generates charges in accordance with incident light,
A row or column selection circuit for selecting and driving one of the Y row and the X column for the photoelectric conversion unit, and a column or a row for reading a signal for each of the other of the Y row and the X column An image frame readout control unit including a parallel readout circuit unit,
The pixels of the photoelectric conversion unit are configured to be set to either 7680 pixels in the X direction and 4320 pixels in the Y direction, or 3840 pixels in the X direction and 2160 pixels in the Y direction,
The image frame readout control unit uses a non-progressive method, and controls to output a divided image frame for each line number equal to the corresponding line number of a pixel to which one color filter is attached, and An image pickup apparatus, wherein a divided image frame interval is set to 8.333 ms or 8.342 ms, and one charge accumulation time of each pixel in the photoelectric conversion unit is set to 10 ms. .
前記カラーフィルタがベイヤカラーフィルタであり、前記カラーフィルタが装着される画素の対応ライン数に等しいライン数が2であることを特徴とする請求項1記載の撮像装置。   2. The image pickup apparatus according to claim 1, wherein the color filter is a Bayer color filter, and the number of lines equal to the number of corresponding lines of pixels to which the color filter is attached is two. 前記画像フレーム読出し制御部は、画像フレーム間隔に対する各画素の1電荷蓄積時間が6/10となるように制御するように構成されていることを特徴とする請求項1または2記載の撮像装置。   The imaging apparatus according to claim 1, wherein the image frame reading control unit is configured to control so that one charge accumulation time of each pixel with respect to an image frame interval is 6/10. 前記光電変換部が、正方格子状に配列された複数の画素において画素共有されるように構成されていることを特徴とする請求項1〜3のうちいずれか1項記載の撮像装置。 The photoelectric conversion unit, an imaging apparatus according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it is configured to be shared pixel in a plurality of pixels arranged in a positive direction grid pattern. 装着されるカラーフィルタ毎に、各画素に対応する単位フィルタが組み合わせられて規則性のある格子状に配列された画素回路について、該複数の画素に各々入射する光に応じた電荷が発生するように光電変換を行わせ、
前記光電変換を行う画素に対して、Y行のアドレスおよびX列のアドレスを指定することにより、画像フレーム読出しを所定の順序で行うCMOS型の撮像装置による撮像方法であって、
前記光電変換を行う画素は、X方向に7680画素でY方向に4320画素、またはX方向に3840画素でY方向に2160画素のいずれかに設定されるように制御し、
画像フレーム読出しは、非プログレッシブ方式を用い、1つの前記カラーフィルタが装着される画素の対応ライン数に等しいライン数毎に分割画像フレームを読み出すように制御し、
該分割画像フレーム間隔を8.333ミリ秒または8.342ミリ秒のいずれかに設定するとともに、光電変換部における各画素の1電荷蓄積時間を10ミリ秒に設定するように制御することを特徴とする撮像方法。
For each of the mounted color filters, a unit filter corresponding to each pixel is combined so that a pixel circuit arranged in a regular lattice form generates charges corresponding to light incident on each of the plurality of pixels. To perform photoelectric conversion,
An imaging method by a CMOS imaging device that performs image frame reading in a predetermined order by designating an address of a Y row and an address of an X column for a pixel that performs the photoelectric conversion,
The pixels that perform the photoelectric conversion are controlled to be set to either 7680 pixels in the X direction and 4320 pixels in the Y direction, or 3840 pixels in the X direction and 2160 pixels in the Y direction,
Image frame reading, using a non-progressive method, control to read the divided image frame for each line number equal to the number of corresponding lines of the pixel to which the one color filter is mounted,
And sets the divided image frame interval to one of 8.333 ms or 8.342 ms, to control a charge accumulation time of each pixel in the photoelectric conversion unit so as to set to 10 ms A characteristic imaging method.
装着されるカラーフィルタ毎に、各画素に対応する単位フィルタが組み合わせられて規則性のある格子状に配列された、入射光に応じて電荷が発生する光電変換部に対して画像フレーム読出し制御信号を出力する画像フレーム読出し制御回路であって、
Y行のアドレスを選択して当該Y行に含まれる画素を駆動する行選択回路部およびX列のアドレスを選択して当該X列に含まれる画素からの信号を読み出す列並列読出し回路部を含み、
前記光電変換部の画素は、X方向に7680画素でY方向に4320画素、またはX方向に3840画素でY方向に2160画素のいずれかとして設定されるように制御し
像フレームの読出しは、非プログレッシブ方式を用い、1つの前記カラーフィルタが装着される画素の対応ライン数に等しいライン数毎に分割画像フレームを読み出すように制御し、かつ、該分割画像フレームの間隔は8.333ミリ秒または8.342ミリ秒のいずれかに設定されるとともに、前記光電変換部における各画素の蓄積時間を10ミリ秒に設定し得るように、前記複数の画素に対応する、少なくとも蓄積開始指示信号および蓄積終了指示信号を、前記光電変換部に向けて所定の順序で出力されるように制御することを特徴とする画像フレーム読出し制御回路。
An image frame read control signal for a photoelectric conversion unit that generates charges in accordance with incident light, in which unit filters corresponding to respective pixels are combined and arranged in a regular lattice for each color filter to be mounted. An image frame readout control circuit that outputs
A row selection circuit for selecting an address in the Y row and driving pixels included in the Y row; and a column parallel readout circuit for selecting an address in the X column and reading a signal from a pixel included in the X column. ,
The pixels of the photoelectric conversion unit are controlled to be set as either 7680 pixels in the X direction and 4320 pixels in the Y direction, or 3840 pixels in the X direction and 2160 pixels in the Y direction ,
Reading the images frames, using a non-progressive system, one of the controlled so color filter reads the divided image frame every equal number of lines to a corresponding number of lines of pixels to be attached, and, in the divided image frame The interval is set to either 8.333 milliseconds or 8.342 milliseconds, and corresponds to the plurality of pixels so that the accumulation time of each pixel in the photoelectric conversion unit can be set to 10 milliseconds. An image frame readout control circuit for controlling at least an accumulation start instruction signal and an accumulation end instruction signal so as to be output to the photoelectric conversion unit in a predetermined order.
装着されるカラーフィルタ毎に、各画素に対応する単位フィルタが組み合わせられて規則性のある格子状に配列された、入射光に応じて電荷が発生する光電変換部と、Y行のアドレスを選択して該光電変換部の当該Y行に含まれる画素を駆動する行選択回路部と、X列のアドレスを選択して該光電変換部の当該X列に含まれる画素からの信号を読み出す列読出し回路部とを備え、前記行選択回路部または前記列読出し回路部から出力された分割画像フレーム信号により前記光電変換部から分割画像フレームを読み出す信号処理装置であって、
前記光電変換部の画素は、X方向に7680画素でY方向に4320画素、またはX方向に3840画素でY方向に2160画素のいずれかとして設定されるように制御し、
前記分割画像フレームの読出しは、非プログレッシブ方式を用い、1つの前記カラーフィルタが装着される対応ライン数に等しいライン数毎に前記分割画像フレームを構成するように制御し、
前記分割画像フレームの間隔を8.333ミリ秒または8.342ミリ秒のいずれかに設定するとともに、前記光電変換部における各画素の蓄積時間を10ミリ秒に設定し得るように、前記複数の画素に対応する、少なくとも蓄積開始指示信号および蓄積終了指示信号を、前記行選択回路部または前記列読出し回路部から前記光電変換部に向けて所定の順序で前記分割画像フレーム信号を出力させるように制御し、
前記1つのカラーフィルタが装着される画素の対応ライン数に等しいライン数毎に信号が存在する分割画像フレームにおいて、該対応ライン数に等しいライン数毎に画素補間により画素信号を生成する複数ライン毎インターレースプログレッシブ変換部を備えたことを特徴とする信号処理装置。
For each mounted color filter, select a photoelectric conversion unit that generates charges in accordance with incident light and an address of Y row, where unit filters corresponding to each pixel are combined and arranged in a regular grid. A row selection circuit for driving pixels included in the Y row of the photoelectric conversion unit; and a column readout for selecting an address in the X column and reading a signal from a pixel included in the X column of the photoelectric conversion unit. A signal processing device for reading a divided image frame from the photoelectric conversion unit by a divided image frame signal output from the row selection circuit unit or the column readout circuit unit, comprising:
The pixels of the photoelectric conversion unit are controlled to be set as either 7680 pixels in the X direction and 4320 pixels in the Y direction, or 3840 pixels in the X direction and 2160 pixels in the Y direction,
The reading of the divided image frame is controlled using a non-progressive method so as to configure the divided image frame for each number of lines equal to the number of corresponding lines to which one color filter is attached,
The plurality of image frames are set so that the interval between the divided image frames is set to 8.333 ms or 8.342 ms, and the accumulation time of each pixel in the photoelectric conversion unit can be set to 10 ms. At least an accumulation start instruction signal and an accumulation end instruction signal corresponding to a pixel are output from the row selection circuit unit or the column readout circuit unit to the photoelectric conversion unit in a predetermined order toward the divided image frame signal. Control and
In a divided image frame in which a signal is present for each line number equal to the corresponding line number of the pixel to which the one color filter is attached, for each of a plurality of lines that generate pixel signals by pixel interpolation for each line number equal to the corresponding line number A signal processing device comprising an interlace progressive conversion unit.
JP2015251933A 2015-12-24 2015-12-24 Imaging device, imaging method, image frame readout control circuit, and signal processing device Active JP6677504B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015251933A JP6677504B2 (en) 2015-12-24 2015-12-24 Imaging device, imaging method, image frame readout control circuit, and signal processing device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015251933A JP6677504B2 (en) 2015-12-24 2015-12-24 Imaging device, imaging method, image frame readout control circuit, and signal processing device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017118329A JP2017118329A (en) 2017-06-29
JP6677504B2 true JP6677504B2 (en) 2020-04-08

Family

ID=59230983

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015251933A Active JP6677504B2 (en) 2015-12-24 2015-12-24 Imaging device, imaging method, image frame readout control circuit, and signal processing device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6677504B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110876014B (en) * 2018-08-31 2022-04-08 北京小米移动软件有限公司 Image processing method and device, electronic device and storage medium
CN110876013B (en) * 2018-08-31 2021-06-04 北京小米移动软件有限公司 Method and device for determining image resolution, electronic equipment and storage medium

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0576013A (en) * 1991-09-12 1993-03-26 Matsushita Electric Ind Co Ltd Image pickup device
JPH11205689A (en) * 1998-01-19 1999-07-30 Nikon Corp Solid-state image pickup device
JP4582198B2 (en) * 2008-05-30 2010-11-17 ソニー株式会社 Solid-state imaging device, imaging device, and driving method of solid-state imaging device
JP5271933B2 (en) * 2010-02-24 2013-08-21 日本放送協会 Solid-state imaging device and driving method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
JP2017118329A (en) 2017-06-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6239975B2 (en) Solid-state imaging device and imaging system using the same
JP5794176B2 (en) Imaging apparatus, imaging method, and program
US20110134297A1 (en) Image sensor and image sensing apparatus
KR101497821B1 (en) Solid-state imaging device
JP2009290659A (en) Solid-state imaging device, imaging device, and drive method of the solid-state imaging device
US10616509B2 (en) Imaging device and control method thereof, and electronic apparatus
US8610809B2 (en) Solid-state imaging device and camera system that controls a unit of plural rows
US8462241B2 (en) Image sensing apparatus and image capturing system
EP2590413A1 (en) Solid-state image capture element and image capture device comprising said solid-state image capture element, and image capture control method and image capture control program
JP2015133633A (en) Solid state imaging device
JP2007129581A (en) Image pickup device and image pickup system
JP2015201736A (en) Solid state imaging element, imaging apparatus and control method therefor, program, and storage medium
JP5885431B2 (en) Imaging device and imaging apparatus
JP2017112409A (en) Imaging apparatus and method
JP6677504B2 (en) Imaging device, imaging method, image frame readout control circuit, and signal processing device
JP2017055320A (en) Imaging apparatus, imaging system and control method for imaging apparatus
JP2007166486A (en) Solid-state imaging apparatus
JP6521666B2 (en) Image pickup apparatus, image pickup method and image frame readout control circuit
JP2007243731A (en) Shift register, solid-state imaging element and control method
JP5106055B2 (en) Imaging apparatus and flicker detection method thereof
KR20140107212A (en) Solid-state imaging element, method for driving same, and camera system
JP2007013245A (en) Solid-state imaging apparatus, drive method of solid-state imaging apparatus, and imaging apparatus
JP2005191814A (en) Solid-state imaging unit and pixel signal reading method
JP6600375B2 (en) Solid-state imaging device, imaging apparatus, control method thereof, program, and storage medium
JP5435727B2 (en) Driving device and imaging device including the same

Legal Events

Date Code Title Description
RD01 Notification of change of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421

Effective date: 20180427

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20181030

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20190802

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190903

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190919

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20200218

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20200313

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6677504

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250