JP3948456B2 - Solid-state image sensor and control method of solid-state image sensor - Google Patents
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Description
この発明は、例えばディジタル記録の電子スチルカメラに使用して好適な固体撮像素子および固体撮像素子の制御方法に関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device suitable for use in an electronic still camera for digital recording, for example, and a control method for the solid-state imaging device.
最近、ディジタル電子スチルカメラが普及しつつある。電子スチルカメラに使用して好適な固体撮像素子例えばCCD撮像素子として、正方格子、全画素読出しのものが提案されている。正方格子は、隣接する画素の縦方向の間隔と横方向の間隔とを等しくするもので、撮像信号をパソコン用モニタに合わせるために採用される。従来のビデオカメラ等に使用されるCCD撮像素子は、インターレース方式の出力信号を発生するために、図21に示すように、1/60秒(1フィールド)蓄積して、2画素を読出し、垂直転送用のCCDにおいて読出した2画素を混合し、また、混合する画素の上下方向の位置を奇数フィールドおよび偶数フィールドでずらすことによって、インターレース走査を実現していた。 Recently, digital electronic still cameras are becoming popular. As a solid-state image sensor suitable for use in an electronic still camera, for example, a CCD image sensor, a sensor having a square lattice and all-pixel readout has been proposed. The square lattice equalizes the vertical interval and the horizontal interval between adjacent pixels, and is used to match the image pickup signal with a personal computer monitor. In order to generate an interlaced output signal, a CCD image sensor used in a conventional video camera or the like accumulates 1/60 seconds (one field) and reads out two pixels as shown in FIG. Interlaced scanning has been realized by mixing two pixels read out by a transfer CCD and shifting the positions of the pixels to be mixed in the odd and even fields.
かかるCCD撮像素子は、1/60秒の蓄積時間のために、1/30秒の蓄積時間のフレーム蓄積方式と比較して、動画像の撮像を良好に行うことができるが、垂直解像度が低い不利がある。従って、電子スチルカメラの撮像素子として適していない。そこで、図22に示すように、1/30秒間蓄積し、全画素を読出す全画素読出し方式が提案されている。この方式によれば、垂直解像度の低下を防止することができるが、撮像素子から撮像信号を出力するためには、画素数が同じ場合に、上述したビデオカメラ用の撮像素子の2倍の時間を必要とする。より具体的には、1/30秒周期の撮像信号が発生する。 Such a CCD image sensor has a 1/60 second accumulation time, and therefore can capture a moving image better than a frame accumulation method with a 1/30 second accumulation time, but has a low vertical resolution. There are disadvantages. Therefore, it is not suitable as an image sensor for an electronic still camera. Therefore, as shown in FIG. 22, an all-pixel readout method has been proposed in which all the pixels are read out by accumulating for 1/30 second. According to this method, it is possible to prevent a decrease in vertical resolution. However, in order to output an image pickup signal from the image pickup device, when the number of pixels is the same, the time is twice as long as that of the image pickup device for a video camera described above. Need. More specifically, an imaging signal having a period of 1/30 second is generated.
ディジタル電子スチルカメラの場合、撮影時にピントを合わせたり、撮影時のカメラアングルを調整するために、撮像画像を表示するモニタ例えば液晶モニタを設けることが多い。液晶モニタは、1/60秒のノンインターレース走査で、テレビジョン画像を表示するのが普通である。従って、図23に示すように、1/30秒周期の撮像信号をそのまま液晶モニタに供給すると、表示画像の歪が発生する問題がある。これを避けるためには、図24に示すように、液晶モニタ62に対してVRAM(ビデオRAM)61(あるいはフレームメモリ)によりフレームレートを変換する必要がある。VRAM61に対しては、1/30秒周期の撮像信号が供給され、その出力に1/60秒周期のノンインターレース信号が発生する。
In the case of a digital electronic still camera, a monitor for displaying a captured image, for example, a liquid crystal monitor is often provided in order to focus at the time of shooting or to adjust the camera angle at the time of shooting. A liquid crystal monitor normally displays a television image in a 1/60 second non-interlaced scan. Therefore, as shown in FIG. 23, when an imaging signal having a 1/30 second period is supplied to a liquid crystal monitor as it is, there is a problem that distortion of a display image occurs. In order to avoid this, as shown in FIG. 24, it is necessary to convert the frame rate with respect to the
このように、全画素読出しの撮像素子は、垂直解像度が高いという点で、電子スチルカメラの撮像素子として好適な反面、通常のテレビジョンモニタに撮像画像を表示するのにVRAMあるいはフレームメモリが必要となり、コストが上昇する問題があった。さらに、電子スチルカメラが自動焦点制御装置、自動アイリス制御装置、自動ホワイトバランス制御装置等の自動制御装置を備えているので、撮像素子の出力信号の周期が長いことは、これらの自動制御の応答を遅くする問題が生じた。さらに、モニタに表示される画像の動きが滑らかでない問題もあった。 As described above, the image pickup device for reading all pixels is suitable as an image pickup device for an electronic still camera because it has a high vertical resolution. On the other hand, a VRAM or a frame memory is required to display a picked-up image on a normal television monitor. As a result, there was a problem that the cost increased. Furthermore, since the electronic still camera has automatic control devices such as an automatic focus control device, an automatic iris control device, and an automatic white balance control device, the long period of the output signal of the image sensor is a response to these automatic controls. The problem of slowing down occurred. Furthermore, there has been a problem that the motion of the image displayed on the monitor is not smooth.
上述した問題の解決する一つの方法は、撮像素子の出力信号のデータレートを高くすることである。しかしながら、そのためのサンプリングレート変換器を設ける必要があり、また、クロック周波数が高くなるのに伴って、消費電力の増大、使用部品のコストの上昇、S/Nの劣化等の問題が生じる。従って、撮像信号のデータレートを上げる方法は、好ましくない。 One method for solving the above problem is to increase the data rate of the output signal of the image sensor. However, it is necessary to provide a sampling rate converter for this purpose, and as the clock frequency increases, problems such as an increase in power consumption, an increase in cost of components used, and a deterioration in S / N occur. Therefore, a method for increasing the data rate of the imaging signal is not preferable.
従って、この発明の目的は、高速に撮像信号を出力することができる固体撮像素子および固体撮像素子の制御方法を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a solid-state imaging device capable of outputting an imaging signal at a high speed and a control method for the solid-state imaging device.
上述した課題を解決するために、第1の発明は、垂直方向にN(Nは自然数)画素周期で繰り返される複数の色フィルタを介した光が入射されるマトリクス状に配置された複数のフォトセンサと、複数のフォトセンサから読み出された電荷を垂直方向に連なるフォトセンサからの電荷を混合することなく転送する垂直転送部と、複数のフォトセンサに蓄積された電荷を垂直転送部に転送させるための信号供給部とからなり、複数のフォトセンサは、m(mは自然数)個の垂直方向に連なる第1のフォトセンサ群と、画素周期Nのa倍(aは自然数)の数からなる垂直方向に連なる第2のフォトセンサ群とが垂直方向に交互に配置されることによって構成され、信号供給部は、第1のフォトセンサ群に蓄積された電荷を垂直転送部に転送させるための第1の信号供給部と、第2のフォトセンサ群に蓄積された電荷を垂直転送部に転送させるための第2の信号供給部とが互いに独立して設けられて構成されることを特徴とする固体撮像素子である。 In order to solve the above-described problem, the first invention is a plurality of photos arranged in a matrix shape in which light is incident through a plurality of color filters that are repeated in a vertical direction at a cycle of N (N is a natural number) pixels. A sensor, a vertical transfer unit that transfers charges read from a plurality of photosensors without mixing the charges from the photosensors arranged in the vertical direction, and a charge that is accumulated in the plurality of photosensors is transferred to the vertical transfer unit. The plurality of photosensors are composed of m (m is a natural number) first photosensor groups that are continuous in the vertical direction, and a number a times the pixel period N (a is a natural number). The second photosensor groups that are arranged in the vertical direction are alternately arranged in the vertical direction, and the signal supply unit transfers the charges accumulated in the first photosensor group to the vertical transfer unit. A first signal supplying unit of the order, that the second photosensors for transferring the charges accumulated in the vertical transfer portion group the second signal supply section is configured provided independently of each other This is a featured solid-state imaging device.
また、第2の発明は、垂直方向にN(Nは自然数)画素周期で繰り返される複数の色フィルタを介した光が入射される、マトリクス状に配置され、m(mは自然数)個の垂直方向に連なる第1のフォトセンサ群と、画素周期Nのa倍(aは自然数)の数からなる垂直方向に連なる第2のフォトセンサ群とが垂直方向に交互に配置されることによって構成された複数のフォトセンサの、第1のフォトセンサ群から読み出された電荷を第1の信号供給部から、垂直方向に連なるフォトセンサからの電荷を混合することなく転送する垂直転送部に転送し、第2のフォトセンサ群から読み出された電荷を、第1の信号供給部とは互いに独立して設けられた第2の信号供給部から垂直転送部に転送するようにしたことを特徴とする固体撮像素子の制御方法である。 The second aspect of the invention is arranged in a matrix in which light is incident through a plurality of color filters repeated in a vertical direction with N (N is a natural number) pixel cycles, and m (m is a natural number) verticals. The first photo sensor group that is continuous in the direction and the second photo sensor group that is continuous in the vertical direction, which is a number (a is a natural number) times the pixel period N, are alternately arranged in the vertical direction. The charges read from the first photosensor group of the plurality of photosensors are transferred from the first signal supply unit to the vertical transfer unit that transfers the charges from the photosensors connected in the vertical direction without mixing. The charge read from the second photosensor group is transferred from the second signal supply unit provided independently of the first signal supply unit to the vertical transfer unit. To control a solid-state image sensor It is.
上述したように、請求項1の発明は、垂直方向にN(Nは自然数)画素周期で繰り返される複数の色フィルタを介した光が入射されるマトリクス状に配置された複数のフォトセンサと、複数のフォトセンサから読み出された電荷を垂直方向に連なるフォトセンサからの電荷を混合することなく転送する垂直転送部と、複数のフォトセンサに蓄積された電荷を垂直転送部に転送させるための信号供給部とからなり、複数のフォトセンサは、m(mは自然数)個の垂直方向に連なる第1のフォトセンサ群と、画素周期Nのa倍(aは自然数)の数からなる垂直方向に連なる第2のフォトセンサ群とが垂直方向に交互に配置されることによって構成され、信号供給部は、第1のフォトセンサ群に蓄積された電荷を垂直転送部に転送させるための第1の信号供給部と、第2のフォトセンサ群に蓄積された電荷を垂直転送部に転送させるための第2の信号供給部とによって構成されるため、フォトセンサに蓄積された電荷の垂直転送部への転送を、第1および第2の信号供給部を共に用いて行うことで全画素読み出しが行え、第1の信号供給部のみを用いて行うことで間引き読み出しが行えると共に、間引き読み出しの際には、色フィルタの垂直方向における画素周期Nのa倍の画素数を垂直方向に間引くため、色順序が全画素読み出しの場合と同一に保たれる。
As described above, the invention of
また、請求項4の発明は、垂直方向にN(Nは自然数)画素周期で繰り返される複数の色フィルタを介した光が入射される、マトリクス状に配置され、m(mは自然数)個の垂直方向に連なる第1のフォトセンサ群と、画素周期Nのa倍(aは自然数)の数からなる垂直方向に連なる第2のフォトセンサ群とが垂直方向に交互に配置されることによって構成された複数のフォトセンサの、第1のフォトセンサ群から読み出された電荷を第1の信号供給部から、垂直方向に連なるフォトセンサからの電荷を混合することなく転送する垂直転送部に転送し、第2のフォトセンサ群から読み出された電荷を第2の信号供給部から垂直転送部に転送するようにしているため、フォトセンサに蓄積された電荷の垂直転送部への転送を、第1および第2の信号供給部を共に用いて行うことで全画素読み出しが行え、第1の信号供給部のみを用いて行うことで間引き読み出しが行えると共に、間引き読み出しの際には、色フィルタの垂直方向における画素周期Nのa倍の画素数を垂直方向に間引くため、色順序が全画素読み出しの場合と同一に保たれる。 According to a fourth aspect of the present invention, m (m is a natural number) elements are arranged in a matrix in which light is incident through a plurality of color filters that are repeated in a vertical direction with N (N is a natural number) pixel period. The first photosensor group that is continuous in the vertical direction and the second photosensor group that is continuous in the vertical direction, which is a number (a is a natural number) times the pixel period N, are alternately arranged in the vertical direction. The charges read from the first photosensor group of the plurality of photosensors transferred from the first signal supply unit to the vertical transfer unit that transfers the charges from the photosensors connected in the vertical direction without mixing. Since the charges read from the second photosensor group are transferred from the second signal supply unit to the vertical transfer unit, the transfer of the charges accumulated in the photosensor to the vertical transfer unit is performed. First and second All pixel readout can be performed by using the signal supply unit together, and thinning readout can be performed by using only the first signal supply unit, and at the time of thinning readout, the pixel period in the vertical direction of the color filter Since the number of pixels a times N is thinned out in the vertical direction, the color order is kept the same as in the case of all pixel readout.
この発明によれば、垂直解像度の良好なスチル画像を全画素を読出すフルフレームの撮像モードによって得ることができ、また、液晶ディスプレイ等の表示に使用する場合では、ライン間引きの撮像モードによって、撮像信号を高速に出力することができる。従って、VRAMを設けなくても撮像信号をモニタに表示することができる。また、高速で撮像信号を出力できることにより、オートフォーカス等の自動制御装置の応答を速くすることができる。さらに、コマ数が多くなるので、モニタ画像の動きが滑らかになる利点がある。 According to the present invention, a still image with good vertical resolution can be obtained by a full-frame imaging mode for reading out all pixels, and when used for display of a liquid crystal display or the like, by a line-thinning imaging mode, An imaging signal can be output at high speed. Therefore, the image pickup signal can be displayed on the monitor without providing the VRAM. Further, since the imaging signal can be output at a high speed, the response of an automatic control device such as autofocus can be accelerated. Furthermore, since the number of frames increases, there is an advantage that the monitor image moves smoothly.
また、この発明では、記録時に、画像信号をメモリ(DRAM)に書込む期間以外では、撮像信号を表示するので、表示が消える期間を最小限とすることができる。さらに、再生時に、記録媒体からデータを読出している期間、撮像信号を表示装置に供給するので、表示が消える期間を記録時と同様に最小限とすることができる。 Further, in the present invention, since the image pickup signal is displayed during recording other than the period in which the image signal is written in the memory (DRAM), the period during which the display disappears can be minimized. Furthermore, since the image pickup signal is supplied to the display device during the reproduction of data from the recording medium, the display disappearance period can be minimized as in the recording.
以下、この発明の一実施例について図面を参照して説明する。図1は、この発明の一実施例の全体的構成を示す。101は、固体撮像素子例えばCCD撮像素子である。CCD撮像素子101は、三原色フィルタ、補色フィルタ等を有する単板式のイメージャである。CCD撮像素子101は、後で詳細に説明するように、全画素を読出すフルフレーム読出しの動作モード(第1の撮像モード)と、ライン数を減少させた信号を出力するライン間引きの動作モード(第2の撮像モード)とが切替え可能とされている。撮像素子101には、レンズ系100を介して被写体光が入射される。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows the overall configuration of an embodiment of the present invention.
撮像素子101の出力信号がサンプルホールド,AGC回路102に供給される。フルフレーム読出しモードでは、1枚の画像読出しの時間が1/30秒であり、ライン間引きモードでは、これが1/60秒である。サンプルホールドは、相関二重サンプリング回路の構成とされ、ノイズの除去、波形整形、欠陥画素の補償がなされる。AGCは、被写体の明るさに応じてゲインを制御するもので、また、自動絞り調整のためにもゲインが制御される。サンプルホールド,AGC回路102の出力信号がA/D変換器103に供給される。A/D変換器103からは、1サンプルが10ビットのディジタル撮像信号が発生する。
An output signal of the
ディジタル化された撮像信号がIC回路の構成のカメラ信号処理回路104に供給される。この信号処理回路104は、ディジタルクランプ回路、輝度信号処理回路、色信号処理回路、輪郭補正回路、欠陥補償回路、自動絞り制御回路、自動焦点制御回路、自動ホワイトバランス補正回路、コンポーネント信号(Y:輝度信号、Cr、Cb:色差信号が4:1:1の比のサンプリング周波数でサンプリングされたディジタルビデオ信号)のマルチプレクサ、同期信号発生回路、タイミング生成器、マイクロコンピュータとのインターフェース等が含まれる。信号処理回路104のより具体的な構成については後述する。マルチプレクサによって、コンポーネント信号が多重化データへ変換される。
The digitized imaging signal is supplied to the camera
105は、信号処理を制御するマイクロコンピュータであって、マイクロコンピュータ105からのコントロール信号がレンズ系100、電子ボリューム106、カメラ信号処理回路104、タイミングコントローラ107に供給される。タイミングコントローラ107は、タイミング生成器108およびCCD駆動回路109から構成される。電子ボリューム106は、サンプルホールド,AGC回路102のゲインコントロール信号を発生する。
A
タイミングコントローラ107に対しては、クロックMCKの3倍の周波数のクロック3MCKが供給される。また、107からカメラ信号処理回路104に対してMCK、3/2MCKが送り出される。一例として、撮像素子101の水平画素数が780とされ、MCK=780fh (fh:撮像素子101の水平走査周波数)=12.3MHzとされている。また、カメラ信号処理回路104において発生した水平同期信号Hおよび垂直同期信号Vがタイミングコントローラ107に供給される。タイミングコントローラ107のCCD駆動回路109で発生した駆動パルスが撮像素子101に供給される。駆動パルスは、垂直駆動パルス、水平駆動パルス、読出しパルス等を含む。
A clock 3MCK having a frequency three times that of the clock MCK is supplied to the
図2は、カメラ信号処理回路104の一例を示す。ここでは、自動絞り制御回路を含む場合の構成を示す。簡単のため、欠陥補償回路、自動焦点制御回路、自動ホワイトバランス補正回路についての図示を省略する。A/D変換器103からの10ビット幅のディジタル撮像信号がディジタルクランプ回路111を介して演算回路112に供給される。撮像素子が三原色フィルタを有する場合、演算回路112によって、三原色信号の加算または減算がなされ、輝度信号成分および色差信号成分が生成される。
FIG. 2 shows an example of the camera
輝度信号成分が輝度信号処理回路113および輪郭補正回路114に供給され、色差信号成分が色信号処理回路116に供給される。輝度信号処理回路113には、γ補正回路等が含まれる。輪郭補正回路114により生成された輪郭補正信号が輝度信号処理回路113の出力信号に対して加算回路115により加算される。加算回路115から輝度信号Yが得られる。色信号処理回路116には、γ補正回路、HUE、ゲイン調整回路等が含まれる。色信号処理回路116から色差信号Cr、Cbが発生する。Y、Cr、Cbからなるコンポーネント信号がマルチプレクサ117に供給される。マルチプレクサ117によって、後述のようにこれらの信号が合成され、その出力には、多重化コンポーネント信号が発生する。
The luminance signal component is supplied to the luminance
タイミング、同期信号発生回路118が設けられており、3MCKのクロックから水平同期信号H、垂直同期信号V、クロック、タイミング信号がこの回路118から発生する。119がマイクロコンピュータ105とカメラ信号処理回路104との間のインターフェースのためのシリアルI/Oであり、120が検出、累算回路である。演算回路112で形成された輝度信号成分が検出、累算回路120に供給される。絞り制御の場合、撮像画面が複数の領域に分割され、領域毎に撮像信号が累算される。そして、各領域の累算データが検出、累算回路120からシリアルI/O119に対して出力される。
A timing / synchronization
シリアルI/O119を通じて累算データをマイクロコンピュータ105が受け取り、累算データに対する重み付け演算、重み付けされた各領域のデータの総和を求める演算、絞り制御信号の生成等をマイクロコンピュータ105が行う。生成された絞り制御信号によって、レンズ系100の絞り制御リングの駆動モータが駆動され、タイミングコントローラ107および電子ボリューム106が制御される。タイミングコントローラ107によって電子シャッタ(露光時間)が制御され、電子ボリューム106によってゲインが制御される。また、シリアルI/O119を通じてマイクロコンピュータ105から検出、累算回路120にコントロール信号が供給され、領域の分割のパターン等が制御される。
The
(411)方式のコンポーネント信号を多重化するためのマルチプレクサ117についてより詳細に説明する。図3に示すように、マルチプレクサ117は、クロックMCKに同期した8ビット幅の輝度信号Y、色差信号Cが入力され、3/2MCK(クロックMCKの3/2倍の周波数のクロック)に同期した8ビット幅の多重化コンポーネント信号を発生する。図4は、マルチプレクサ117の一例の構成を示す。マルチプレクサ117は、輝度信号Yおよび色信号Cの一方を選択する入力セレクタ121と、入力セレクタ121が直列入力として供給されるシフトレジスタ122と、シフトレジスタ122の並列出力がロードされるレジスタ123と、レジスタ123にロードされたデータを順次選択する出力セレクタ124と、出力セレクタ124に接続されたレジスタ125とからなる。各レジスタは、8ビット幅のものである。
The
図5は、上述のマルチプレクサ117の動作を示すタイミングチャートである。3MCKは、クロックMCKの周波数の3倍のクロックである。輝度データYおよび色信号Cは、クロックMCKと同期している。(411)方式のコンポーネント信号であるので、4サンプルの輝度データ(例えばY0 、Y1 、Y2 、Y3 )に対して、1サンプルの赤の色差データ(例えばCr0 )と1サンプルの青の色差データ(例えばCb0 )とが対応している。
FIG. 5 is a timing chart showing the operation of the
セレクトパルスのハイレベルで輝度データを選択し、そのローレベルで色データを選択するように、入力セレクタ121が制御される。シフトレジスタ122は、3/2MCKがクロックとして供給され、入力セレクタ121により選択されたデータを取り込むと共に、直列にシフトする。シフトレジスタ122の初段のレジスタの出力Q0 は、図に示すように、Y-1、Y0 、Cr0 、Y1 、Y2 、Cb0 、Y3 、・・・と変化する。
The
レジスタ123に対して、1/4MCKのクロックのタイミングでもって、シフトレジスタ122の出力が並列にロードされる。1/4MCKのクロックの周期は、3/2MCKの周期の6倍である。また、1/4MCKのクロックの位相は、互いに関連する輝度データおよび色差データの合計6サンプルがシフトレジスタ122からレジスタ123に転送されるように選定される。
The output of the
出力セレクタ124は、クロック(3/2MCK)と同期してレジスタ123からY0、Y1、Y2、Y3、Cr、Cbの順になるように順次選択し、選択されたサンプルをレジスタ125が取り込む。従って、レジスタ125からは、Y0、Y1、Y2、Y3、Cr、Cbの順になるように、多重化されたコンポーネント信号が発生する。
The
上述したマルチプレクサ117は、データのサンプリングクロック周波数をMCKから1.5倍の周波数の3/2MCKに変更することによって、8ビット幅の多重化コンポーネント信号へ変換する。マルチプレクサ117を設けない場合では、カメラ信号処理回路104から(8×2=16ビット)幅のデータ(輝度信号Yおよび色信号C)が出力される。その場合では、二つのデータバス間のクロストークが発生したり、基板配線面積が増加することによってクロストークが増加したり、メモリのデータの幅が増加することによってメモリのサイズが大きくなったり、メモリの消費電力が増大する等の種々の問題が生じる。上述したマルチプレクサ117を信号処理回路104の出力側に設けることによって、これらの問題の発生を防止することができる。
The
図1に戻って、この発明の一実施例についてさらに説明する。カメラ信号処理回路104からの上述したように多重化されたコンポーネント信号がデータスイッチャ130に供給される。データスイッチャ130は、カメラ信号処理回路104の出力と接続された出力点aと、コンポーネント信号を三原色信号へ変換する変換回路134と接続された入力点bと、記録再生データバス140と接続された入出力点cとを有する。データスイッチャ130の状態は、ユーザのキー操作等に基づいて発生したモード切り換え信号131、132、133によって制御される。図1中のマイクロコンピュータ105は、主としてカメラ部の制御のために設けられており、図示しないが、記録/再生動作の制御、装置全体の制御のために、それぞれマイクロコンピュータが設けられ、これらのマイクロコンピュータ間での通信がなされる。
Returning to FIG. 1, an embodiment of the present invention will be further described. The component signals multiplexed as described above from the camera
変換回路134により発生した三原色信号R、G、Bがテレビジョン表示装置例えば液晶ディスプレイ135に供給され、液晶ディスプレイ135により撮像画像が表示される。液晶ディスプレイ135は、1/60秒周期のノンインターレース方式でもってカラー画像を表示する。記録再生データバス140に対して、ランダムアクセス可能なメモリ例えばDRAM(dynamic random access memory)141およびデータ圧縮用のエンコーダ/デコーダ例えばJPEG(Joint Photographic Experts Group)のエンコーダ/デコーダ142が接続される。JPEG以外の方式の高能率符号化を使用しても良い。エンコーダ/デコーダ142に対して記録媒体例えばフラシュメモリ143およびインターフェース144が接続される。DRAM141は、メモリコントローラ145から供給されるアドレス信号、制御信号によってその動作が制御される。
The three primary color signals R, G, and B generated by the
エンコーダ/デコーダ142は、JPEG、すなわち、適応DCT(Discrete Cosine Transform)の符号化によって約1/10にデータ量を圧縮する。JPEGにおけるブロック化等の処理のために、DRAM141が設けられている。フラシュメモリ143は、電源を切っても記憶内容が保持され、メモリ全体あるいは分割した領域毎に電気的に一括して消去、再書込みが可能な半導体メモリである。記録媒体としては、フラシュメモリ以外の半導体メモリ等の媒体を使用しても良い。さらに、圧縮されたスチル画像データを必要に応じてパ−ソナルコンピュータに供給するためにインターフェースを設けても良い。この発明の一実施例において、記録とは、撮像信号を符号化してフラシュメモリ143に書込むことであり、再生とは、フラシュメモリ143内のデータを読出し、読出しデータを復号することである。
The encoder /
上述したこの発明の一実施例について、より詳細に説明する。この一実施例では、データスイッチャ130の接続状態によって5種類の動作が可能とされている。これは、モニタリングモード、第1の記録モード、第2の記録モード、第1の再生モード、第2の再生モードとからなる。これらのモードは、モード切り換え信号131、132、133によって設定される。モード切り換え信号131、132、133は、図示しない記録再生系制御用のマイクロコンピュータから発生する。マイクロコンピュータ105によって、モード切り換え信号を発生しても良い。モニタリングモードでは、撮像画面を液晶ディスプレイ135に表示する。第1の記録モードでは、所望の撮像画像をDRAM141に書込む。第2の記録モードでは、DRAM141に記憶された画像データを圧縮してフラッシュメモリ143に書込む。第1の再生モードでは、フラッシュメモリ143に記憶されたデータを読出し、読出しデータを復号してDRAM141に書込む。第2の再生モードでは、DRAM141のデータを読出して液晶ディスプレイ135に表示する。
One embodiment of the present invention described above will be described in more detail. In this embodiment, five types of operations are possible depending on the connection state of the
図6は、データスイッチャ130の出力点aと入力点bとが接続されるモニタリングモードの接続を示す。モニタリングモードは、モード切り換え信号131がアクティブとなることによって設定される。モニタリングモードでは、マイクロコンピュータ105は、タイミングコントローラ107のCCD駆動回路109を制御し、撮像素子101をライン間引きモードで動作させる。撮像素子101からは、読出しがされないラインが生じ、1/60秒周期で撮像信号が読出される。
FIG. 6 shows the connection in the monitoring mode in which the output point a and the input point b of the
モニタリングモードでは、信号処理回路104の出力信号がデータスイッチャ130を介して変換回路134に供給され、変換回路134から出力される三原色信号が液晶ディスプレイ135に供給され、表示される。撮像素子101がライン間引きモードで動作するので、液晶ディスプレイ135が1/60秒周期のノンインターレスの表示を行うことができる。液晶ディスプレイ135の表示を見て、画角の調整等を行い、記録したいスチル画像を決定することができる。ライン間引きモードのために、垂直解像度が記録時と比べると劣化するが、撮影画像をモニタする目的にとっては問題とはならず、これはまたフィールド蓄積を行うCCD撮像カメラと同等である。ライン間引きモードでは、高速読出しのために動きに対する追従性が良くなる。従って、自動焦点調整、自動絞り調整等の自動制御の応答が良くなり、動画をモニタするのが容易となる。
In the monitoring mode, the output signal of the
なお、モニタリングモードにおいて、破線で示すデータバスに接続されるDRAM141、エンコーダ/デコーダ142、フラッシュメモリ143が不動作とされる。消費電力の節約のために、これらの動作しない回路に対する電源供給がオフとされるか、あるいは動作に必要なクロックの供給を停止することが好ましい。以下に説明する他のモードにおいても、動作しない回路に対するバスが破線で示され、また、動作しない回路に対する電源供給がオフされることは、同様である。
In the monitoring mode, the
図7は、スチル画像を記録する場合のモード、すなわち、データスイッチャ130の出力点aと入出力点cとが接続される第1の記録モードの接続を示す。第1の記録モードは、モード切り換え信号132がアクティブとなることによって設定される。第1の記録モードでは、マイクロコンピュータ105は、タイミングコントローラ107のCCD駆動回路109を制御し、撮像素子101をフルフレーム読出しモードで動作させる。撮像素子101からは、全画素例えば32万画素が読出され、1/30秒周期で撮像信号が読出される。
FIG. 7 shows a mode for recording a still image, that is, a connection in the first recording mode in which the output point a and the input / output point c of the
撮像信号がカメラ信号処理回路104において処理され、データスイッチャ130の出力点aおよび入出力点c、並びに記録再生データバス140を通じてDRAM141に書込まれる。メモリコントローラ145は、DRAM141を書込み状態にし、書込みアドレスをDRAM141に対して供給する。メモリコントローラ145は、図示しない記録/再生系制御用のマイクロコンピュータによって制御される。1枚分のスチル画像データがDRAM141に書込まれる。1/30秒の画像データの書込みがなされる、第1の記録モードでは、液晶ディスプレイ135に画像を表示することができない。画像が表示されない時間を最小限とするために、書込みが終了すると、次の第2の記録モードに移行する。
The imaging signal is processed by the camera
DRAM141に対する1枚分の画像データの書込みが終了すると、データスイッチャ130が図8に示すように、出力点aおよび入力点bが接続される第2の記録モードとなる。第2の記録モードは、モード切り換え信号131がアクティブとなることによって設定される。このモードでは、DRAM141から画像データが読出される。読出されたデータがバス140を介してエンコーダ/デコーダ142に供給される。エンコーダ/デコーダ142は、DRAM141から読出したデータを例えばJPEGにより圧縮する。また、圧縮されたデータがフラッシュメモリ143に書込まれる。このようにして、撮像画像が圧縮されて記録される。
When the writing of one image data to the
また、第2の記録モードでは、撮像素子101がライン間引きモードで動作するようになされ、モニタリングモードと同様に、高速で撮像素子101から読出された信号がカメラ信号処理回路104で処理され、画像信号がデータスイッチャ130および変換回路134を介して液晶ディスプレイ135に供給され、画像が表示される。それによって、記録時に画像の表示が消える時間を最小限とすることができる。
In the second recording mode, the
フラッシュメモリ143に書込まれた画像データを再生して液晶ディスプレイ135により表示するのが再生モードである。図9は、データスイッチャ130の出力点aおよび入力点bが接続され、撮像信号が液晶ディスプレイ135に表示される第1の再生モードの状態を示す。第1の再生モードは、モード切り換え信号131がアクティブとなることによって設定される。このモードでは、フラッシュメモリ143からデータが読出され、読出しデータがエンコーダ/デコーダ142に供給される。
In the reproduction mode, the image data written in the
エンコーダ/デコーダ142によりデータが復号され、画像データが発生する。この画像データを書込むように、DRAM141が制御される。この場合、第1の記録モードと同一のデータ配列でもって、復号データがDRAM141に書込まれるように、メモリコントローラ145がDRAM141の書込みアドレスを制御する。読出し時のアドレス制御によって、同様のデータ配列を実現しても良い。この関係は、DRAM141から読出されたデジタル画像信号を変換回路134を介して液晶ディスプレイ135に供給し、液晶ディスプレイ135により表示する場合に、モニタリングモードで使用されるものと同一の構成を使用するためために必要である。第1の再生モードは、ライン間引きモードで撮像素子101が駆動され、撮像素子101の撮像画像が液晶ディスプレイ135に表示されている。
Data is decoded by the encoder /
DRAM141に対して復号データが書込まれると、図10に示す第2の再生モードとなる。第2の再生モードでは、データスイッチャ130の入出力点cと入力点bとが接続される。第2の再生モードは、モード切り換え信号133がアクティブとなることによって設定される。DRAM141が読出し状態とされる。そして、記録再生データバス140、データスイッチャ130、変換回路134を介してDRAM141の読出しデータが液晶ディスプレイ135に供給される。従って、フラッシュメモリ143に記録されているデータと対応する画像を液晶ディスプレイ135により見ることが可能となる。この場合、フラッシュメモリ143に記録されているデータは、ライン間引きデータではなく、フルフレームのデータである。従って、メモリコントローラ145によるアドレス制御によって、撮像素子101がライン間引きモードで駆動される場合と同様のライン間引きを実現する。それによって、DRAM141の読出しデータを液晶ディスプレイ135により再生することができる。
When the decoded data is written to the
このようにしてフラッシュメモリ143に記憶されているスチル画像データを液晶ディスプレイ135により再生して見ることができる。フラッシュメモリ143の記憶容量、データ圧縮の方法等によって、記録できるスチル画像の枚数が決定される。フラッシュメモリ143は、ICカードの構成とされるのが好ましい。勿論、フラッシュメモリ以外の記録媒体を使用しても良い。さらに、必要に応じて設けられたインターフェースを介して外部のパソコンに記録データを送信したり、外部記憶装置に記録データを記憶するようにしても良い。
In this way, the still image data stored in the
上述した固体撮像素子101の一例について以下に説明する。図11は、固体撮像素子例えばCCD撮像素子1の一例の概略を示す。この例では、インターライン方式を採用し、イメージエリアに2次元配列されたフォトセンサ(例えばフォトダイオード)2と、フォトセンサ2の間に設けられ、フォトセンサ2からの信号電荷を水平CCD(水平転送部)4へ転送するための垂直CCD(垂直転送部)3と、水平CCD4に接続されたバッファアンプ5とを有する。フォトセンサ2には、後述するような配列の色フィルタを通った撮像光が入射する。一つのフォトセンサ2と垂直CCD3中の1ビットとが対応するように構成され、フォトセンサ2からの信号電荷を混合することなく垂直CCD3に読出し、全画素の信号を順次、水平CCD4に転送することが可能とされている。そして、水平CCD4を駆動することによって、信号をフローティングディフュージョンエリアに転送し、順次電圧に変換してバッファアンプ5を通して出力する。
An example of the solid-
撮像素子1の単位画素の平面図を図12に示し、垂直CCD3の構造を図13に示す。垂直CCD3は、例えば3層電極3相駆動の構成とされている。図12において、6は、垂直CCD3の転送チャンネル、7は、画素間、並びに画素および転送チャンネル間を分離するためのチャンネルストッパ、8、9および10は、それぞれ垂直CCD3の転送ゲートである。転送ゲート9は、読出しゲートを兼用している。なお、図12では、遮光膜等についての図示が省略されている。転送ゲート8、9、10は、図13に示すように、第1、第2および第3の多結晶シリコン電極を加工して形成される。これらの転送ゲート8、9、10に対して、垂直駆動パルスφV1 、φV2 、φV3 がそれぞれ印加される。
A plan view of a unit pixel of the
フォトセンサ2から垂直CCD3へ信号を読出す場合、フォトセンサ2に隣接した転送ゲート、すなわち、読出しゲートを兼ねる転送ゲート9に対して、垂直転送クロックφV2 のハイレベルより高いバイアス電圧(読出しパルスと称する)を印加する。ゲート9に読出しパルスを供給すると、1つの画素が垂直CCD3の1ビットに対応しているので、全てのフォトセンサ2から信号電荷が垂直CCD3に読出される。水平CCD5は、転送クロックφH1 、φH2 によって、1ライン分のデータを出力する。なお、水平CCD5としては、例えば複合チャンネル水平CCD構造を採用することができる。その場合、出力部が2チャンネルの構成とされる。
When a signal is read from the
上述したCCD撮像素子は、全画素の信号を順次出力することができるので、電子スチルカメラ、画像取込みに適している。しかしながら、インターレース出力を行う同じ画素数のビデオカメラ用撮像素子と比較して、1画面(画面の上端から下端まで)の出力時間が倍となる。この例では、上述したように、モニタ用の信号、自動焦点制御等の自動制御のための撮像信号として、水平ライン数を減少させることによって、1画面の撮像信号を高速に出力するものであり、且つ、このライン間引きの場合に、カラーフィルタの配列で規定される垂直方向の色シーケンスが崩れることがないようにするものである。一方、撮影した画像をフラッシュメモリに取り込む場合では、フルフレームの撮像信号(ライン数の間引きがされてない撮像信号)を出力する。ライン間引きの場合でも、色シーケンスがフルフレームの場合と同一のため、信号処理回路が複雑となる問題を回避できる。 The CCD image pickup device described above is suitable for electronic still cameras and image capture because it can sequentially output signals of all pixels. However, the output time of one screen (from the upper end to the lower end of the screen) is doubled compared to an image sensor for video cameras having the same number of pixels that performs interlaced output. In this example, as described above, as a monitor signal and an imaging signal for automatic control such as automatic focus control, the number of horizontal lines is reduced to output an imaging signal for one screen at high speed. In addition, in the case of this line thinning, the color sequence in the vertical direction defined by the color filter arrangement is not disturbed. On the other hand, when a captured image is taken into the flash memory, a full frame imaging signal (an imaging signal in which the number of lines is not thinned) is output. Even in the case of line thinning, since the color sequence is the same as that in the case of a full frame, the problem that the signal processing circuit becomes complicated can be avoided.
上述した全画素読出し可能な撮像素子において、ライン数を間引くためには、フォトセンサ2からの信号電荷の読出しに寄与している転送ゲート(第2の多結晶シリコン)9に対する配線を二つに分けることによって可能である。色シーケンスの繰り返し周期をNで表す。図14は、(N=2)の場合の一例である。
In the above-described image pickup device capable of reading all pixels, in order to thin out the number of lines, two wirings for the transfer gate (second polycrystalline silicon) 9 contributing to reading of the signal charges from the
単板式のCCD撮像素子の色フィルタの配列としては、R(赤色を通すフィルタ)、G(緑色を通すフィルタ)、B(青色を通すフィルタ)を図15Aに示すように配列したもの(ベイヤ方式)が知られている。全体の半分の画素に感度の高いGのフィルタを配置する。また、図15Bに示す補色市松配置の色フィルタも知られている。図15Bにおいて、Ye、Cy、Mgは、それぞれ黄色、シアン、マゼンタのフィルタである。図15Bに示す補色フィルタは、原色フィルタに比して解像度を高めることができるので、ビデオカメラに採用されることが多い。一方、図15Aに示す原色フィルタは、色の再現性の点で優れ、電子スチルカメラに採用されることが多い。 As the arrangement of the color filters of the single-plate CCD image sensor, R (filter that passes red), G (filter that passes green), and B (filter that passes blue) are arranged as shown in FIG. 15A (Bayer method) )It has been known. A high-sensitivity G filter is arranged in half of the pixels. Also, a complementary color checkered color filter shown in FIG. 15B is known. In FIG. 15B, Ye, Cy, and Mg are yellow, cyan, and magenta filters, respectively. The complementary color filter shown in FIG. 15B can be increased in resolution as compared with the primary color filter, and is therefore often used in video cameras. On the other hand, the primary color filter shown in FIG. 15A is excellent in terms of color reproducibility and is often employed in an electronic still camera.
この発明における撮像素子として、原色フィルタを有する単板式撮像素子、および補色フィルタを有する単板式撮像素子の何れを使用しても良い。さらに、図示しないが、Gのフィルタを備えた撮像素子と、RおよびBのフィルタの配列を備えた撮像素子とからなり、二つの撮像素子の位置関係が水平方向、または水平および垂直方向に画素ピッチの1/2だけずらされた方式の撮像素子(いわゆる空間絵素ずらし方式)を使用しても良い。 As the image sensor in the present invention, any of a single-plate image sensor having a primary color filter and a single-plate image sensor having a complementary color filter may be used. Further, although not shown in the drawing, the image pickup device includes an image pickup device having a G filter and an image pickup device having an array of R and B filters, and the positional relationship between the two image pickup devices is a pixel in the horizontal direction or in the horizontal and vertical directions. You may use the image pick-up element (what is called a space picture element shift system) of the system shifted only 1/2 of the pitch.
図15Aの配列は、垂直方向の色シーケンスの繰り返し周期Nが(N=2)であり、図15Bの配列は、(N=4)である。図14は、(N=2)であって、垂直方向の1列のフォトセンサ2、垂直CCD3および垂直CCD3のゲートのバス配線を1列の一部に関して示した模式図である。フォトセンサ2のうちで左上コーナーに斜線部を設けたものが一つの色フィルタ例えばGのフィルタに対応し、斜線部を設けないものが他の色フィルタ、例えばBのフィルタと対応している。垂直CCD3は、上述したように3層電極3相駆動形式のもので、撮像素子の開口画素に隣接して3ビットのゲートを有する。また、垂直CCD3は、繰り返し単位Aと、繰り返し単位Bを含む。繰り返し単位Aは、ゲート21、22、23からなり、繰り返し単位Bは、ゲート31、32、33からなる。ゲート22および32が転送兼読出しゲートである。41、42、42´、43は、垂直転送用の駆動パルスφV1 、φV2 、φV2 ´、φV3 がそれぞれ供給されるバス配線である。
In the arrangement of FIG. 15A, the repetition period N of the color sequence in the vertical direction is (N = 2), and the arrangement of FIG. 15B is (N = 4). FIG. 14 is a schematic diagram showing (N = 2) one row of the
ゲート21および31がバス配線41に接続され、ゲート23および33がバス配線43に接続される。これらのバス配線41、43には、それぞれ駆動パルスφV1 、φV3 が供給される。駆動パルスφV2 に関して、2本のバス42および42´が設けられる。繰り返し単位Aとは、転送兼読出しゲート22がバス42と接続されるものを指し、繰り返し単位Bは、転送兼読出しゲート32がバス42´と接続されるものを指す。なお、図14では、簡略化のために、バスラインが片側しか描かれていないが、両側にバスラインを配して、両側駆動するのが普通である。
上述の撮像素子では、ライン間引きのために、繰り返し単位Aがm(m=1,2,3,・・・)並んだA×m(ビット)の範囲と、繰り返し単位BがN×a並んだB×N×a(ビット)の範囲とが垂直方向に交互に形成される。図14に示す例は、(N=2、m=3、a=2)の場合である。なお、mおよびaの値を任意に選ぶことができるが、mおよびaを大きな値としても、(m+N×a)が有効画素数の垂直画素数より小さいことが必要である。 In the above-described imaging device, for line thinning, a range of A × m (bits) in which repeating units A are arranged m (m = 1, 2, 3,...) And repeating units B are arranged N × a. A range of B × N × a (bits) is alternately formed in the vertical direction. The example shown in FIG. 14 is a case of (N = 2, m = 3, a = 2). Although the values of m and a can be arbitrarily selected, even if m and a are large values, it is necessary that (m + N × a) is smaller than the number of effective pixels.
上述した撮像素子において、第1の動作モード、すなわち、全画素の信号を読出すフルフレームの動作時では、垂直CCD3の繰り返し単位AおよびBの両者にフォトセンサ2から信号が読出される。そのためには、バス配線42および42´を通じてゲート22および32の両者に読出しパルスが印加される。この場合、色フィルタの配列の順序と対応する色シーケンス、例えばG、B、G、B、・・・のシーケンスでもって色信号が出力される。
In the imaging device described above, in the first operation mode, that is, in the full frame operation in which the signals of all the pixels are read out, signals are read from the
一方、第2の動作モード、すなわち、ライン間引き動作時では、繰り返し単位Aのゲート22にのみバス配線42を介して読出しパルスが印加される。従って、A×m(ビット)の範囲から信号が読出され、B×N×a(ビット)の範囲からは、信号が読出されない。図14の例では、(m=3)ラインから信号が発生し、(N×a=4)ラインから信号が発生しない。間引かれるライン数がNの整数倍であるので、ライン間引きの場合の撮像出力の色信号の順序と対応する色シーケンスは、フルフレーム読出しと同一の関係に保たれる。
On the other hand, in the second operation mode, that is, in the line thinning operation, the read pulse is applied only to the
図16は、撮像素子を駆動する場合のタイミングを示し、図16Aがフルフレームの読出しを行う場合のタイミングを示す。各水平ブランキング期間において、3相の駆動パルスφV1 、φV2 、φV2 ´、φV3 が垂直CCD3の繰り返し単位Aのゲート21、22および23と、繰り返し単位Bのゲート31、32および33にそれぞれ供給される。また、読出しパルスもゲート22および32との両者に対して印加される。それによって、全てのフォトセンサから信号電荷が垂直CCD3に対して読出される。図16Bの詳細なタイミングチャートに示すように、水平ブランキング期間内で発生する駆動パルスφV1 、φV2 、φV2 ´、φV3 が3相のものであり、ラインシフト期間によって1ラインシフトがなされる。フルフレームの読出し時には、各水平ブランキング期間内で、1ラインシフトがなされる。
FIG. 16 shows the timing when the image sensor is driven, and FIG. 16A shows the timing when full frame reading is performed. In each horizontal blanking period, the three-phase drive pulses φV 1 , φV 2 , φV 2 ′, and φV 3 are the
一方、ライン間引きの読出しの場合では、図16Cに示すように、繰り返し単位Aのゲート22にのみ読出しパルスが印加される。それによって、繰り返し単位Aに隣接したフォトセンサのみから信号電荷が読出される。ライン間引きの場合では、間引かれたラインでは、信号電荷が読出されず、無信号となる。この無信号期間は、後述するように、ラインシフト動作を複数回繰り返すことによって除去できる。
On the other hand, in the case of line thinning readout, a readout pulse is applied only to the
図17Aは、(m=1,a=1)の場合の垂直CCD3のチャンネル6のポテンシャルの模式図である。図面に向かって右側から左側の水平CCD4に向かう方向が垂直転送方向である。チャンネル6には、ライン間引き動作時に、信号電荷Qsを含むパケット51と空パケット52とが存在する。各ラインから信号電荷Qsを出力するためには、空パケット52の分、ラインシフトの回数を増やし、それによって信号電荷と無信号とを水平CCD4において混合し、無信号の期間を除去する。各水平ブランキング期間内でなされるラインシフトの回数は、下記の関係を満足するように選定すれば良い。
FIG. 17A is a schematic diagram of the potential of the
1(:出力する信号電荷Qsを含むパケットの数)+X(前にある信号電荷Qsを含まないパケットの数)以上で、1+X+(N×a)(:後ろにある信号電荷Qsを含まないパケットの数)以下
それによって、(X=0)の場合では、信号電荷のみを水平CCD4に対して転送し、(X≠0)の場合では、信号電荷を含むパケットと1以上の信号電荷を含まないパケットとを水平CCD4に対して転送する。
1 (: number of packets including signal charge Qs to be output) + X (number of packets not including signal charge Qs in front) and 1 + X + (N × a) (: packets not including signal charge Qs in back) Accordingly, in the case of (X = 0), only the signal charge is transferred to the
上述の条件によって、信号電荷を水平CCD4に対して転送し、また、無信号のラインを圧縮することができる。実際には、空パケットの電荷が0ではなく、スミア信号や暗信号等の不要信号電荷Qnが含まれている。各水平ブランキング期間でなされるラインシフトの数が異なると、不要信号電荷Qnの加算される回数が異なるために、不要信号が含まれる量がラインによって異なる。それによって、ラインクロールや、色ずれなどの画質劣化が発生するおそれがある。
Under the above-described conditions, signal charges can be transferred to the
この問題を解決するには、各水平ブランキング期間でなされるラインシフトの回数を一定とすれば良い。限定された条件、すなわち、(m=1、またはm=2)の場合では、垂直CCD3のラインシフトの数を((N×a/m)+1)とすることによって、各ラインの信号電荷Qsに対して加算される信号電荷Qsを含まないパケットの数を一定とすることができる。これによって、上述した画質劣化の発生を防止することができる。
In order to solve this problem, the number of line shifts performed in each horizontal blanking period may be constant. In the case of a limited condition, that is, (m = 1 or m = 2), the number of line shifts of the
図17Bは、(N=2、m=1、a=1)の場合の垂直CCD3のチャンネル6のポテンシャルの模式図である。この例では、(N×a/m=2)となり、ラインシフトの回数を3回とすることによって、各ラインにおいて加算される信号電荷Qsを含まないパケットの数を一定とすることができる。また、図17Cは、(N=2、m=2、a=1)の場合を示す。この場合では、(N×a/m=1)となり、ラインシフトの回数を2回とすれば良い。さらに、m>2の場合でも、スミア信号や暗信号のレベルを充分に小さくすることができれば、問題は生じない。
FIG. 17B is a schematic diagram of the potential of the
上述したCCD撮像素子は、ライン数を減少することができるので、垂直CCD3の繰り返し単位Aの並ぶ数m、繰り返し単位Bの並ぶ数N×aの値を選ぶことによって、1フィールドのテレビジョンの水平走査線数以下に出力撮像信号のライン数を抑えることができる。ベイヤ方式の色フィルタ配列のような(N=2)の場合を例に出力ライン数のいくつかの例を説明する。
The above-described CCD image pickup device can reduce the number of lines. Therefore, by selecting the value of the number m of repeating units A arranged in the
図18に示すように、有効画素数(:垂直×水平)が(480×640)のVGA(Video Graphics Array)対応の撮像素子に対してこの発明を適用した場合では、(a=1、m=2)とされる。従って、ライン間引きモードでは、出力ライン数を半分の240ラインとできる。図19に示すように、有効画素数が(768×1024)の撮像素子では、(m=1、a=1)とすることによって、出力ライン数を256ラインとできる。図20に示すように、有効画素数が(1024×1280)の撮像素子では、(m=1、a1 =1、a2 =2)とすることによって、出力ライン数を256ラインとできる。a1 およびa2 は、交互に使用される。 As shown in FIG. 18, when the present invention is applied to a VGA (Video Graphics Array) compatible image sensor having an effective pixel count (vertical × horizontal) of (480 × 640), (a = 1, m = 2). Therefore, in the line thinning mode, the number of output lines can be reduced to a half of 240 lines. As shown in FIG. 19, in an image sensor with the number of effective pixels (768 × 1024), by setting (m = 1, a = 1), the number of output lines can be 256 lines. As shown in FIG. 20, in an imaging device with the number of effective pixels (1024 × 1280), by setting (m = 1, a 1 = 1, a 2 = 2), the number of output lines can be 256 lines. a 1 and a 2 are used alternately.
図18、図19および図20にそれぞれ示す何れの場合でも、出力ライン数を例えばNTSC方式の1フィールドのライン数(262.5)より少なくすることができる。従って、色シーケンスおよび画角をフルフレーム読出しモードと同一の関係を保持して、ライン間引きモードの撮像信号をより高速に出力することができる。それによって、VRAM、あるいはフレームメモリを使用することなしに、液晶モニタに撮像画面を表示することができる。なお、画角とは、撮影した時に撮像素子に映る範囲がレンズの光軸を中心に張る角度のことである。 In any of the cases shown in FIGS. 18, 19 and 20, the number of output lines can be made smaller than the number of lines per field (262.5) of the NTSC system, for example. Therefore, it is possible to output the image signal in the line thinning mode at a higher speed while maintaining the same relationship between the color sequence and the angle of view as in the full frame readout mode. Thereby, an imaging screen can be displayed on the liquid crystal monitor without using a VRAM or a frame memory. Note that the angle of view is an angle at which the range reflected on the image sensor when taking a picture is centered on the optical axis of the lens.
なお、上述した一実施例における撮像素子の具体的構成は、一例であって、この発明は、これ以外の固体撮像素子を使用することができる。例えば垂直CCDが2層電極4相駆動の構造でも良く、また、インターライン方式以外の方式の撮像素子、さらに、CCD以外を使用した固体撮像素子であっても良い。さらに、固体撮像素子を駆動するモードとして、読出しパルスφV2 ´を印加し、読出しパルスφV2 を印加しない第3の動作モードを設定するようにしても良い。 The specific configuration of the image sensor in the above-described embodiment is merely an example, and other solid-state image sensors can be used in the present invention. For example, the vertical CCD may have a structure of a two-layer electrode four-phase drive, an image sensor other than the interline system, and a solid-state image sensor using other than the CCD. Furthermore, as a mode for driving the solid-state imaging device, a third operation mode in which the read pulse φV 2 ′ is applied and the read pulse φV 2 is not applied may be set.
また、この発明は、上述した構造の撮像素子に限定されず、全画素読出しモードと読出し画素数を減少させたモードとを選択することが可能な撮像素子を使用することができる。 In addition, the present invention is not limited to the image sensor having the above-described structure, and an image sensor that can select an all-pixel readout mode and a mode in which the number of readout pixels is reduced can be used.
2 フォトセンサ
3 垂直CCD
4 水平CCD
6 垂直CCDのチャンネル
101 撮像素子
104 カメラ信号処理回路
105 マイクロコンピュータ
107 タイミングコントローラ
130 データスイッチャ
135 液晶ディスプレイ
141 DRAM
142 エンコーダ/デコーダ
143 フラッシュメモリ
2
4 Horizontal CCD
6
142 Encoder /
Claims (3)
上記複数のフォトセンサから読み出された電荷を垂直方向に連なるフォトセンサからの電荷を混合することなく転送する垂直転送部と、
上記複数のフォトセンサに蓄積された電荷を上記垂直転送部に転送させるための信号供給部と
からなり、
上記複数のフォトセンサは、m(mは自然数)個の垂直方向に連なる第1のフォトセンサ群と、上記画素周期Nのa倍(aは自然数)の数からなる垂直方向に連なる第2のフォトセンサ群とが垂直方向に交互に配置されることによって構成され、
上記信号供給部は、上記第1のフォトセンサ群に蓄積された電荷を上記垂直転送部に転送させるための第1の信号供給部と、上記第2のフォトセンサ群に蓄積された電荷を上記垂直転送部に転送させるための第2の信号供給部とが互いに独立して設けられて構成されることを特徴とする固体撮像素子。 A plurality of photosensors arranged in a matrix in which light is incident through a plurality of color filters that are repeated in a vertical direction with N (N is a natural number) pixel cycles;
A vertical transfer unit that transfers the charges read from the plurality of photosensors without mixing the charges from the photosensors connected in the vertical direction;
A signal supply unit for transferring charges accumulated in the plurality of photosensors to the vertical transfer unit;
The plurality of photosensors include a first photosensor group continuous in the vertical direction with m (m is a natural number) and a second continuous in the vertical direction having a number (a is a natural number) times the pixel period N. The photo sensor group is configured by being alternately arranged in the vertical direction,
The signal supply unit includes a first signal supply unit for transferring charges accumulated in the first photosensor group to the vertical transfer unit, and a charge accumulated in the second photosensor group. A solid-state imaging device, wherein a second signal supply unit for transferring to a vertical transfer unit is provided independently of each other .
上記第1のフォトセンサ群の各フォトセンサに対応して配置された色フィルタの垂直方向の色順序は、上記第1および第2のフォトセンサによって構成される上記複数のフォトセンサの各フォトセンサに対応した配置された色フィルタの垂直方向の色順序と同一であることを特徴とする固体撮像素子。 The solid-state imaging device according to claim 1,
The color filters in the vertical direction of the color filters arranged corresponding to the respective photosensors of the first photosensor group have the photosensors of the plurality of photosensors configured by the first and second photosensors. A solid-state imaging device having the same color order in the vertical direction of the color filters arranged corresponding to the above.
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