JP7152890B2 - 固体撮像素子、撮像装置及び撮像方法 - Google Patents
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Description
一方、特許文献1には、撮像素子の外部でRAW画像データを非可逆圧縮および伸張する信号処理部を有する撮像装置において、撮像感度が高い場合に、圧縮動作および伸張動作を行わないようにして、画質の劣化を防止することが開示されている。
本発明の目的は、画質を損なうことなく迅速に画像データを出力し得る固体撮像素子、撮像装置及び撮像方法を提供することにある。
第1実施形態による固体撮像素子及びその制御方法並びに撮像装置について図1乃至図8を用いて説明する。
図3(a)は、本実施形態による固体撮像素子を示す斜視図である。図3(a)に示すように、本実施形態による固体撮像素子506は、第1の半導体チップ(第1の半導体基板)10と第2の半導体チップ(第2の半導体基板)11とを有している。固体撮像素子506は、第2の半導体チップ11上に第1の半導体チップ10が積層された積層型のイメージセンサである。第1の半導体チップ10は、複数の画素(画素部)101が2次元マトリクス状、即ち、行列状に配列された画素アレイ306を有している。
画素101は、水平方向(行方向)において、転送信号線103、リセット信号線104、行選択信号線105にそれぞれ接続されており、垂直方向(列方向)において、列信号出力線102a又は列信号出力線102bにそれぞれ接続されている。なお、列信号出力線102a、102bの接続先の画素101は、信号読み出し行によって異なっている。
切り換えスイッチ121は、切り換えスイッチ116から出力される画像データをメモリ117またはP/S変換部120に出力する。切り換えスイッチ121は、例えばタイミング制御回路114が制御する。
メモリ117は、切り換えスイッチ121を介して供給される画素信号(画像データ)を一時的に記憶するフレームメモリである。
P/S変換部120は、スイッチ121またはメモリ117から入力される画像データに対してパラレル-シリアル変換を行う。P/S変換部120から出力されるシリアルの画像データは、固体撮像素子506から信号処理部507に送信される。
量子化部1101は、画素データの差分値を求め、量子化テーブル1104を参照して差分値を量子化する回路である。圧縮処理部118は、例えば第2の半導体チップ11に設けられるFPGAなどを用いて実施することができる。量子化部1101は例えばスキャン方向に隣接する画素間の差分値を量子化することができるが、他の方法で求めた差分値を量子化してもよい。
さらに、符号化部1102は、画素ごとの符号化データを出力する。符号化部1102は、量子化テーブルを特定する情報など、符号化データの復号に必要な情報を、符号化データのヘッダ情報に含める。信号処理部507は、符号化データのヘッダ情報に基づいて符号化データを復号する。
圧縮処理が開始されると、S1202において、量子化部1101は、予め定められた符号化ブロックサイズのRAW画像データをメモリ117から取得する。なお、後述する様に、メモリ117には読み出された全ての画像データが格納されるとは限らない。
そして、量子化部1101は、取得したRAW画像データについて、隣接画素間の差分値を算出する。なお、符号化ブロックが複数行にわたる場合には、最上行の左端の画素から水平方向に進み、右端に達すると次の行の左端から水平方向に進むラスタスキャン順に画素が並んでいるものとして、隣接画素間の差分値を算出することができる。
図2に示すように、画素101は、光電変換素子であるフォトダイオード201と、転送トランジスタ202と、リセットトランジスタ203と、増幅トランジスタ204と、選択トランジスタ205と、フローティングディフュージョン206とを有している。トランジスタ202~205としては、例えば、Nチャネル型のMOSFET(MOS Field-Effect Transistor)が用いられている。
これらの信号線103~105は水平方向に延在しており、同一行に位置する画素101が同時に駆動される。これによって、ライン順次動作型のローリングシャッタ又は全行同時動作型のグローバルシャッタの動作を実現することができる。更に、選択トランジスタ205のソースには、列信号出力線102a又は列信号出力線102bが接続されている。
選択トランジスタ205は、信号が読み出される画素101を選択するためのものであり、選択トランジスタ205のドレインは、増幅トランジスタ204のソースに接続されている。また、選択トランジスタ205のソースは、列信号出力線102a又は列信号出力線102bに接続されている。
選択トランジスタ205がON状態になると、増幅トランジスタ204のゲートの電位に応じた出力信号が、列信号出力線102a又は列信号出力線102bに出力される。
リセットトランジスタ203のドレインには電源電圧Vddが印加され、リセットトランジスタ203のソースはフローティングディフュージョン206に接続されている。リセットトランジスタ203がON状態になることによって、フローティングディフュージョン206の電位は電源電圧Vddにリセットされる。
比較器211は、DAC214から供給されるランプ信号のレベルと、列信号出力線102a、102bから供給される画素信号のレベルとを比較する。タイミング制御回路114は、制御部509から供給される制御信号に基づいて、DAC214に基準信号を供給する。
比較器211は、画素信号のレベルがランプ信号のレベルより低い場合には、ハイレベルの信号を出力する。一方、比較器211は、画素信号のレベルがランプ信号のレベルより高い場合には、ローレベルの信号を出力する。アップダウンカウンタ212には、比較器211から出力される信号が供給される。
ゲート配線417が形成されたシリコン基板405上には、例えば層間絶縁膜422と配線418とを含む多層配線構造406が形成されている。層間絶縁膜422は、例えばシリコン酸化膜によって形成されている。多層配線構造406の表面部には、電極パッド419が形成されている。電極パッド419は、例えば銅等によって形成されている。配線418や電極パッド419は、ビア420を介して適宜接続されている。
信号読み出し対象の画素が遮光画素であると判定された場合には(S602においてYES)、S603において、タイミング制御回路114はスイッチ121をメモリ117に接続する。これにより、遮光画素から読み出されてAD変換された信号、即ち、遮光画素データは、メモリ117に格納される。この後、処理はS604に移行する。信号読み出し対象の画素が遮光画素でないと判定された場合には(S602においてNO)、処理はS607に移行する。
S605において、圧縮処理部118は、メモリ117内に記憶されている遮光画素信号に対して圧縮処理を適用し、タイミング制御回路114からの指示に応じてP/S変換部120に出力する。この後、処理はS606に移行する。
S606においては、圧縮処理が施された遮光画素データが、P/S変換部120を介して信号処理部507に出力される。この後、処理はS613に移行する。
圧縮行と非圧縮行とには、例えば異なる同期コードが付される。信号処理部507は、読み出し処理が行われた行が圧縮行であるのか非圧縮行であるのかを例えば同期コードに基づいて識別し得る。また、上述した様に、符号化データのヘッダ情報を参照することによっても圧縮処理されたデータなのか否かを判別することができる。
S802においては、信号処理部507が当該画素信号に対して伸張処理を施す。この後、S803に移行する。S803においては、信号処理部507は、伸張処理を施した画素信号をメモリ508に保存する。この後、S804に移行する。
第2のモードでは、撮像画素によって取得されるとともに圧縮処理部118によって圧縮処理が施されていない信号が、P/S変換部120を介して出力される。このように、本実施形態では、遮光画素や測距用画素によって取得された画素信号に対して圧縮処理が施される一方、撮像画素によって取得された画素信号に対しては圧縮処理が施されない。従って、本実施形態によれば、画質を損なうことなく迅速に画像データを出力することができる。
第2実施形態による固体撮像素子、撮像装置及び撮像方法について図9を用いて説明する。図1乃至図8に示す第1実施形態による固体撮像素子等と同一の構成要素には、同一の符号を付して説明を省略または簡潔にする。
本実施形態は、固体撮像素子506の画素アレイ306に設けられた計測用画素が遮光画素だけであり、測距用画素がない場合の動作に関する。
このように、固体撮像素子に測距用画素が設けられていない場合は、遮光画素を圧縮し、撮像画素を圧縮しないようにすればよい。本実施形態においても、画質を損なうことなく迅速に画像データを出力することができる。
図12は、第3実施形態による撮像装置の動作を示すフローチャートである。本実施形態の撮像装置は第1実施形態で説明した図1の構成によって実施可能であるため、以下では撮像装置の動作についてのみ説明する。本実施形態においても第2実施形態と同様、固体撮像素子506には測距用画素が設けられていないものとする。
S604において、全ての遮光画素のデータが読み出されたと判定されたとする。この場合、S1305において、圧縮処理部118は、メモリ117内に記憶されている遮光画素のデータ(遮光画素信号)に対して適用する圧縮処理に用いる量子化テーブルとして、第一の圧縮率のテーブルを選択する。ここで、第一の圧縮率は、第二の圧縮率よりも高く、データ削減量が多い。
そして、S1311において、圧縮処理部118は、量子化部1101における量子化において第二の圧縮率のテーブルを用いて圧縮処理を行い、P/S変換部120に圧縮処理後の撮像画素のデータを出力する。
そして、S1312において、P/S変換部120は、撮像画素のデータを信号処理部507に出力する。この後、処理はS613に移行する。
図13は、第4実施形態による撮像装置の動作を示すフローチャートである。本実施形態の撮像装置は第1実施形態で説明した図1の構成によって実施可能であるため、以下では撮像装置の動作についてのみ説明する。
S609において、タイミング制御回路114により、エリア内の全ての測距用画素の信号読み出しが完了したと判定されると、処理はS1405に移行する。
本発明の実施形態は上記実施形態に限定されるものではない。発明の要旨を逸脱しない範囲で変更または修正された上記実施形態も本発明の実施形態に含まれる。
例えば、上記実施形態では、撮像装置500がデジタルカメラである場合を例に説明したが、これに限定されるものではない。即ち、本発明は、固体撮像素子が備えられたあらゆるデバイスに適用可能である。例えば、撮像装置は、携帯電話端末、携帯型の画像ビューワ、カメラを備えたテレビ、デジタルフォトフレーム、音楽プレーヤ、ゲーム機、又は、電子ブックリーダー等であってもよい。
Claims (9)
- 固体撮像素子であって、
複数の画素が行列状に配列された画素アレイと、
前記画素アレイから、位相差検出を行うための位相差検出信号と、画像を生成するための画像信号とを読み出す読み出し手段と、
前記読み出し手段によって前記画素アレイから読み出された信号に対して圧縮処理を施す圧縮処理手段と、
前記読み出し手段によって読み出された前記位相差検出信号または前記画像信号を、前記固体撮像素子の外部へ出力する出力手段とを備え、
前記圧縮処理手段により圧縮処理が施された前記位相差検出信号を、前記出力手段を介して出力する第1のモードと、前記圧縮処理手段によって圧縮処理が施されていない前記画像信号を、前記出力手段を介して出力する第2のモードとで動作可能であり、
前記第1のモードで動作している場合、前記圧縮処理手段は、前記位相差検出信号に対して、前記固体撮像素子を備える撮像装置の設定に応じて異なる圧縮率の圧縮処理を施す、
ことを特徴とする固体撮像素子。 - 前記位相差検出信号は、前記画素アレイ内の計測用画素によって得られることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像素子。
- 前記画素アレイは、第1の半導体チップに形成され、
前記圧縮処理手段及び前記出力手段は、前記第1の半導体チップと異なる第2の半導体チップに形成され、
前記第1の半導体チップと前記第2の半導体チップとが積層されていることを特徴とする請求項1または2に記載の固体撮像素子。 - 前記固体撮像素子が前記第1のモードで動作しており、前記撮像装置の設定がマニュアルフォーカスモードである場合、前記圧縮処理手段は、前記位相差検出信号に対して、前記撮像装置の設定がオートフォーカスモードである場合よりも高い圧縮率の圧縮処理を施すことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の固体撮像素子。
- 固体撮像素子であって、
複数の画素が行列状に配列された画素アレイと、
前記画素アレイから、位相差検出を行うための位相差検出信号と、画像を生成するための画像信号とを読み出す読み出し手段と、
前記読み出し手段によって前記画素アレイから読み出された信号に対して圧縮処理を施す圧縮処理手段と、
前記読み出し手段によって読み出された前記位相差検出信号または前記画像信号を、前記固体撮像素子の外部へ出力する出力手段とを備え、
前記圧縮処理手段により第1の圧縮率で圧縮処理が施された前記位相差検出信号を、前記出力手段を介して出力する第1のモードと、前記圧縮処理手段によって前記第1の圧縮率よりも低い第2の圧縮率で圧縮処理が施された前記画像信号を、前記出力手段を介して出力する第2のモードとで動作し得る
ことを特徴とする固体撮像素子。 - 複数の画素が行列状に配列された画素アレイと、前記画素アレイから、位相差検出を行うための位相差検出信号と、画像を生成するための画像信号とを読み出す読み出し手段と、前記読み出し手段によって前記画素アレイから読み出された信号に対して圧縮処理を施す圧縮処理手段と、前記読み出し手段によって読み出された前記位相差検出信号または前記画像信号を外部へ出力する出力手段とを備える固体撮像素子であって、前記圧縮処理手段により圧縮処理が施された前記位相差検出信号を、前記出力手段を介して出力する第1のモードと、前記圧縮処理手段によって圧縮処理が施されていない前記画像信号を、前記出力手段を介して出力する第2のモードとで動作し得る固体撮像素子と、
前記圧縮処理手段によって圧縮処理が施された信号を復号する信号処理手段と
を有し、
前記固体撮像素子が前記第1のモードで動作している場合、前記圧縮処理手段は、前記位相差検出信号に対して、前記固体撮像素子を備える撮像装置の設定に応じて異なる圧縮率の圧縮処理を施すことを特徴とする撮像装置。 - 複数の画素が行列状に配列された画素アレイを有する固体撮像素子によって実行される撮像方法であって、
前記画素アレイから、位相差検出を行うための位相差検出信号と、画像を生成するための画像信号とを読み出すステップと、
第1のモードにおいて、圧縮処理が施された前記位相差検出信号を、前記固体撮像素子の外部に出力するステップと、
第2のモードにおいて、圧縮処理が施されていない前記画像信号を、前記固体撮像素子の外部に出力するステップと
を有し、
前記第1のモードにおいて、前記位相差検出信号に施された前記圧縮処理の圧縮率は、前記固体撮像素子を備える撮像装置の設定に応じて異なることを特徴とする撮像方法。 - 複数の画素が行列状に配列された画素アレイと、前記画素アレイから、位相差検出を行うための位相差検出信号と、画像を生成するための画像信号とを読み出す読み出し手段と、前記読み出し手段によって前記画素アレイから読み出された信号に対して圧縮処理を施す圧縮処理手段と、前記読み出し手段によって読み出された前記位相差検出信号または前記画像信号を外部へ出力する出力手段とを備える固体撮像素子であって、前記圧縮処理手段により第1の圧縮率で圧縮処理が施された前記位相差検出信号を、前記出力手段を介して出力する第1のモードと、前記圧縮処理手段により前記第1の圧縮率より低い第2の圧縮率で圧縮処理が施された前記画像信号を、前記出力手段を介して出力する第2のモードとで動作し得る固体撮像素子と、
前記圧縮処理手段によって圧縮処理が施された信号を復号する信号処理手段と
を有することを特徴とする撮像装置。 - 複数の画素が行列状に配列された画素アレイを有する固体撮像素子によって実行される撮像方法であって、
前記画素アレイから、位相差検出を行うための位相差検出信号と、画像を生成するための画像信号とを読み出すステップと、
第1のモードにおいて、第1の圧縮率で圧縮処理が施された前記位相差検出信号を、前記固体撮像素子の外部に出力するステップと、
第2のモードにおいて、前記第1の圧縮率よりも低い第2の圧縮率で圧縮処理が施された前記画像信号を、前記固体撮像素子の外部に出力するステップと
を有することを特徴とする撮像方法。
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