JP2006166074A - カラー固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】色フィルタをベイヤー配列したＸＹアドレス型のカラー固体撮像装置にして各行のＧ画素信号電荷に基づくＧ画素信号が同じ出力回路から出力される固体撮像装置であって、マクチプレクサから出力される画素信号を、簡単安価にベイヤー配列に従って並べ変えることができるカラー固体撮像装置を提供する。
【解決手段】Ｇ画素信号電荷に基づくＧ画素信号をマルチプレクサ５に出力する出力回路４２と、Ｇ画素信号電荷以外の他色画素信号電荷に基づく他色画素信号をマルチプレクサ５に出力する出力回路４１を有し、各出力回路からの画素信号出力を指示するスタート信号の入力タイミングを行ごとに切り替えて、マルチプレクサ５から出力される画素信号列をベイヤー配列に従ったものとするカラー固体撮像装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は固体撮像装置、特に、色フィルタをベイヤー配列したＸＹアドレス型のカラー固体撮像装置に関する。

固体撮像装置は、各種タイプのものが知られているが、その中に、Ｇ（緑）、Ｒ（赤）及びＢ（青）の３原色の色フィルタをベイヤー配列したＸＹアドレス型のカラー固体撮像装置がある。

このタイプのカラー固体撮像装置の従来例を図４に示す。
この固体撮像装置は、画素を配列した画素部１を含んでいる。また、この画素部１に接続された垂直走査回路２及び該画素部に出力回路４１、４２を介して接続された水平走査回路３１、３２を有し、さらに、出力回路４１、４２に接続されたマルチプレクサ５を含んでいる。

画素部１は、図５にその一部を示すように、Ｇ色フィルタを設けた画素Ｇｒ及びＧｂ、Ｒ色フィルタを設けた画素Ｒ及びＢ色フィルタを設けた画素Ｂを、ベイヤー配列で、行列方向に２次元にマトリクス状に配置したものである。なお、「行」は、図において左右方向の画素配列であり、「列」は、図において上下方向の画素配列である。
各画素は光電変換素子を含んでおり、入射光に応じた信号電荷を発生する。

奇数（ｏｄｄ）行には画素Ｒ、画素Ｇｒがこの順で行方向に繰り返し配列されており、偶数（ｅｖｅｎ）行には画素Ｇｂ、画素Ｂがこの順で行方向に繰り返し配列されている。

図４の装置によると、図６に示すように、１フレームごとに垂直走査回路２に垂直同期信号が入力され、行ごとに水平走査回路３１、３２にそれぞれ水平同期信号が入力される。かかる垂直同期信号の入力及び水平同期信号の入力に応じて、この装置の場合は、行順に、該行上の各画素における信号電荷が出力回路４１、４２に読みだされる。

この装置では、各行における奇数列位置の画素に発生した信号電荷、すなわち、奇数行（ｏｄｄ行）については画素Ｒに発生した信号電荷、偶数行（ｅｖｅｎ行）については画素Ｇｂに発生した電荷が出力回路４１に読みだされる。
各行における偶数列位置の画素に発生した信号電荷、すなわち、奇数行（ｏｄｄ行）については画素Ｇｒに発生した信号電荷、偶数行（ｅｖｅｎ行）については画素Ｂに発生した電荷が出力回路４２に読みだされる。

図６及び図７に示すように、出力回路４１は、水平走査回路３１へのスタートパルス信号入力に呼応して、奇数行については、読みだした画素Ｒの信号電荷に基づく画素信号列（画像信号１（１od）：Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３・・・）を出力し、偶数行については、読みだした画素Ｇｂの信号電荷に基づく画素信号列〔画像信号１（１ev）：Ｇｂ１、Ｇｂ２、Ｇｂ２・・・〕を出力する。

出力回路４２は、水平走査回路３２へのスタートパルス信号入力に呼応して、奇数行については、読みだした画素Ｇｒの信号電荷に基づく画素信号列（画像信号２（２od）：Ｇｒ１、Ｇｒ２、Ｇｒ３・・・）を出力し、偶数行については、読みだした画素Ｂの信号電荷に基づく画素信号列〔画像信号２（２ev）：Ｂ１、Ｂ２、Ｂ２・・・〕を出力する。

このように出力回路４１、４２から出力された、画素信号列（画像信号１、２）は、マルチプレクサ５に入力される。
マルチプレクサ５は、入力されてくる画素信号列のうち、奇数行に係る画素信号列、すなわち、奇数列位置の画素Ｒの信号電荷に基づく画素信号列（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３・・・）と偶数列位置の画素Ｇｒの信号電荷に基づく画素信号列（Ｇｒ１、Ｇｒ２、Ｇｒ３・・・）を、図７の上段に示すように列順に、さらに言えば奇数行上の列位置順に（Ｒ１、Ｇｒ1 、Ｒ２、Ｇｒ２、Ｒ３、Ｇｒ３、・・・）と並べ変えて出力する。
また、マルチプレクサ５は、入力されてくる画素信号列のうち、偶数行に係る画素信号列、すなわち、奇数列位置の画素Ｇｂの信号電荷に基づく画素信号列（Ｇｂ１、Ｇｂ２、Ｇｂ３・・・）と偶数列位置の画素Ｂの信号電荷に基づく画素信号列（Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３・・・）を、図７の下段に示すように列順に、さらに言えば偶数行上の列位置順に（Ｇｂ１、Ｂ１、Ｇｂ２、Ｂ２、Ｇｂ３、Ｂ３、・・・）と並べ変えて出力する。

このようにしてマルチプレクサ５から出力された画像信号は、その後の色補間処理等の処理等を経て、最終的にカラー画像の表示やプリントアウト等に供される。

しかし、以上説明した、２線読出し方式の固体撮像装置においては、比視感度の高い緑色の情報を得るための画素Ｇｂ、画素Ｇｒの信号電荷に基づく画素信号が、画素Ｇｂについては出力回路４１から、画素Ｇｒについては出力回路４２から出力される。この場合、出力回路４１、４２の特性ばらつき（ゲイン・オフセットばらつき）によって、回路４１、４２の出力に差異が出てくるため、後段の画像処理において特性ばらつきを補正する必要がある。

この問題を解決するために、図８に例示する画素部１を採用した固体撮像装置が提案されている。
この装置においても、画素部１の画素配列自体は図４の装置におけるものと同様であり、図８では図示を省略しているが、図４の装置と同様に、画素部１に接続された垂直走査回路２及び画素部１に出力回路４１、４２を介して接続された水平走査回路３１、３２を有し、さらに、出力回路４１、４２に接続されたマルチプレクサ５を含んでいる。

図９に示すように、１フレームごとに垂直走査回路２に垂直同期信号が入力され、行ごとに水平走査回路３１、３２にそれぞれ水平同期信号が入力される。かかる垂直同期信号の入力及び水平同期信号の入力に応じて、行順に、該行上の各画素における信号電荷が出力回路４１、４２に読みだされる。

しかしこの装置では、奇数行の奇数列位置の画素Ｒに発生した信号電荷、偶数行の偶数列位置の画素Ｂに発生した信号電荷が共に出力回路４１に読みだされる。
また、奇数行の偶数列位置の画素Ｇｒに発生した信号電荷及び偶数行の奇数列位置の画素Ｇｂに発生した信号電荷は共に出力回路４２に読みだされる。

図９及び図１０に示すように、出力回路４１は、水平走査回路３１へのスタートパルス信号入力に呼応して、奇数行については、読みだした画素Ｒの信号電荷に基づく画素信号列（画像信号１（１od）：Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３・・・）を出力し、偶数行については、読みだした画素Ｂの信号電荷に基づく画素信号列〔画像信号１（１ev）：Ｂ１、Ｂ２、Ｂ２・・・〕を出力する。

出力回路４２は、水平走査回路３２へのスタートパルス信号入力に呼応して、奇数行については、読みだした画素Ｇｒの信号電荷に基づく画素信号列（画像信号２（２od）：Ｇｒ１、Ｇｒ２、Ｇｒ３・・・）を出力し、偶数行については、読みだした画素Ｇｂの信号電荷に基づく画素信号列〔画像信号２（２ev）：Ｇｂ１、Ｇｂ２、Ｇｂ２・・・〕を出力する。かくして、緑色用の画素Ｇｒ、Ｇｂの信号電荷に基づく画素信号は、いずれも出力回路４２から出力される。

このように出力回路４１、４２から出力された、画素信号列（画像信号）は、マルチプレクサ５に入力され、マルチプレクサ５は、入力されてくる画素信号列のうち、奇数行については、奇数列位置の画素Ｒの信号電荷に基づく画素信号列（Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３・・・）と偶数列位置の画素Ｇｒの信号電荷に基づく画素信号列（Ｇｒ１、Ｇｒ２、Ｇｒ３・・・）を、図１０の上段に示すように列順に、さらに言えば奇数行上の列位置順に（Ｒ１、Ｇｒ1 、Ｒ２、Ｇｒ２、Ｒ３、Ｇｒ３、・・・）と並べ変えて出力する。

また、マルチプレクサ５は、入力されてくる画素信号列のうち、偶数行については、奇数列位置の画素Ｇｂの信号電荷に基づく画素信号列（Ｇｂ１、Ｇｂ２、Ｇｂ３・・・）と偶数列位置の画素Ｂの信号電荷に基づく画素信号列（Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３・・・）を、図１０の下段に示すように列順に、さらに言えば偶数行上の列位置順に（Ｂ１、Ｇｂ1 、Ｂ２、Ｇｂ２、Ｇ３、Ｇｂ３、・・・）と並べ変えて出力する。

しかし、このようにしてマルチプレクサ５から出力された画像信号は、奇数行については、ベイヤー配列に従っているが、偶数行についてはベイヤー配列に従っていない。このままでは、既存の回路を用いて色補間処理等の処理等を行えない。

この点、例えば特開２０００−１２８１９号公報は、マルチプレクサから出力される画像信号を、デジタル処理回路でベイヤー配列に従うように並べ変え、その後に、色補間処理等を行うことを開示している。

特開２０００−１２８１９号公報

しかしながら、特開２０００−１２８１９号公報に開示されているようなデジタル処理回路の採用は、それだけ固体撮像装置のコスト高を招くという問題がある。

そこで本発明は、色フィルタをベイヤー配列したＸＹアドレス型のカラー固体撮像装置であり、ベイヤー画素配列中の各行について、該行のＧ画素信号電荷を読出し、スタート信号入力回路からのスタート信号入力に応じて、読みだした画素信号電荷に基づくＧ画素信号列を出力する出力回路と、前記画素配列中の各行について、該行のＧ画素信号電荷以外の他色画素信号電荷を読出し、スタート信号入力回路からのスタート信号入力に応じて、読みだした画素信号電荷に基づく他色画素信号列を出力する出力回路と、該各出力回路から入力されてくるＧ画素信号及び他色画素信号を列順に並べ変えて出力するマルチプレクサとを有するカラー固体撮像装置であって、マクチプレクサから出力される画素信号列を、簡単安価にベイヤー配列に従って並べ変えることができるカラー固体撮像装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため本発明は、色フィルタをベイヤー配列したＸＹアドレス型のカラー固体撮像装置であり、ベイヤー画素配列中の各行について、該行のＧ画素信号電荷を読出し、スタート信号入力回路からのスタート信号入力に応じて、読みだした画素信号電荷に基づくＧ画素信号列を出力する出力回路と、前記画素配列中の各行について、該行のＧ画素信号電荷以外の他色画素信号電荷を読出し、スタート信号入力回路からのスタート信号入力に応じて、読みだした画素信号電荷に基づく他色画素信号列を出力する出力回路と、該各出力回路から入力されてくるＧ画素信号及び他色画素信号を列順に並べ変えて出力するマルチプレクサとを有するカラー固体撮像装置であって、
前記スタート信号入力回路は、前記マルチプレクサから出力される画素信号列が、前記ベイヤー画素配列に従うように、前記出力回路のそれぞれへのスタート信号入力タイミングを行ごとに切り替えることを特徴とするカラー固体撮像装置を提供する。
。

ここで「Ｇ画素」とは、Ｇ（緑）の色フィルタを設けた画素であり、「他色画素」とは、通常は、行によって、Ｒ（赤）の色フィルタを設けた画素又はＢ（青）の色フィルタを設けた画素である。

本発明に係るカラー固体撮像装置によると、Ｇ画素信号電荷に基づくＧ画素信号が同じ出力回路から出力されるので、それだけＧ画素信号のバラツキが抑制され、良好に撮像できる。

また、本発明に係るカラー固体撮像装置によると、図８から図１０を参照して説明した固体撮像装置と同様に、Ｇ画素信号電荷に基づくＧ画素信号が同じ出力回路から出力され、Ｇ画素信号電荷以外の他色画素信号電荷に基づく他色画素信号がもう一つの同じ出力回路から出力されるが、スタート信号入力回路は、マルチプレクサから出力される画素信号列が、ベイヤー画素配列に従うように、出力回路のそれぞれへのスタート信号入力タイミングを行ごとに切り替えるので、マルチプレクサから出力される画素信号列はベイヤー配列に従ったものとなり、そのまま、後段の既存の回路による色補間処理等に供することができる。

このように、本発明に係る固体撮像装置においては、従来のように、マルチプレクサから出力される画素信号列を高価なデジタル処理回路を用いてベイヤー配列に従うように並べ変える必要がなく、出力回路それぞれへのスタート信号入力タイミングを行ごとに切り替えるスタート信号入力回路を用いて、簡単、安価に、マルチプレクサから出力される画素信号列をベイヤー配列に従うように並べ変えることができる。

かかるスタート信号入力回路としては、例えば、スタート信号として、パルス立ち上がりタイミングが異なる複数のスタートパルス信号が入力されるスタートパルス選択部を含み、該スタートパルス選択部は、該複数のスタートパルス信号のうちから、行ごとにスタートパルス信号を切り替えて、前記出力回路のそれぞれへスタートパルス信号を入力するものを挙げることができる。

以上説明したように本発明によると、色フィルタをベイヤー配列したＸＹアドレス型のカラー固体撮像装置であり、ベイヤー画素配列中の各行について、該行のＧ画素信号電荷を読出し、スタート信号入力回路からのスタート信号入力に応じて、読みだした画素信号電荷に基づくＧ画素信号列を出力する出力回路と、前記画素配列中の各行について、該行のＧ画素信号電荷以外の他色画素信号電荷を読出し、スタート信号入力回路からのスタート信号入力に応じて、読みだした画素信号電荷に基づく他色画素信号列を出力する出力回路と、該各出力回路から入力されてくるＧ画素信号列及び他色画素信号列を列順に並べ変えて出力するマルチプレクサとを有するカラー固体撮像装置であって、マクチプレクサから出力される画素信号列を、簡単安価にベイヤー配列に従って並べ変えることができるカラー固体撮像装置を提供することができる。

以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明に係るカラー固体撮像装置の１例の概略構成を示している。
この固体撮像装置は、図８に示す画素部１と同じ構成の画素部を備えており、図４の装置と同様に、画素部１に接続された垂直走査回路２及び画素部１に出力回路４１、４２を介して接続された水平走査回路３１、３２を有し、さらに、出力回路４１、４２に接続されたマルチプレクサ５を含んでいる。
しかし、図１の装置は、水平走査回路３１、３２のそれぞれへ、スタート信号を入力する回路として、水平スタートパルス入力回路６を備えている。

水平スタートパルス入力回路６は、図２に示すように、スイッチＳＷとＪＫフリップフロップ回路ＪＫＦＦからなるスタートパルス選択部ＳＳを含んでいる。スイッチＳＷへは、スタート信号として、パルス立ち上がりタイミングが異なる２種類のスタートパルス信号（HS1in 、HS2in)が入力される。一方、ＪＫフリップフロップ回路ＪＫＦＦのＣＬ端子に水平同期信号が入力され、Ｊ端子、Ｋ端子には電源電圧（ＶＤＤ）が入力されるようになっている。

ＪＫフリップフロップ回路ＪＫＦＦのＣＬ端子に水平同期信号が入力されるごとに、該回路ＪＫＦＦのＱ出力によりスイッチＳＷが切り替えられ、それにより、画素部１における行ごとに、水平走査回路３１、３２へ入力されるスタートパルス信号が切り替えられる。図２には、奇数行について水平走査回路３１にパルス信号ＨＳ１ｉｎが、水平走査回路３２にパルス信号ＨＳ２ｉｎが入力される例が示されているが（図３も参照）、偶数行では、水平走査回路３１にパルス信号ＨＳ２ｉｎが、水平走査回路３２にパルス信号ＨＳ１ｉｎが入力される（図３参照）。

図１に示す固体撮像装置においても、図８〜図１０を参照して説明した固体撮像装置と同様に、１フレームごとに垂直走査回路２に垂直同期信号が入力され、行ごとに水平走査回路３１、３２にそれぞれ水平同期信号が入力される。かかる垂直同期信号の入力及び水平同期信号の入力に応じて、行順に、該行上の各画素における信号電荷が出力回路４１、４２に読みだされる。

そして、奇数行の奇数列位置の画素Ｒに発生した信号電荷、偶数行の偶数列位置の画素Ｂに発生した信号電荷が共に出力回路４１に読みだされる。
また、奇数行の偶数列位置の画素Ｇｒに発生した信号電荷及び偶数行の奇数列位置の画素Ｇｂに発生した信号電荷は共に出力回路４２に読みだされる。

図３に示すように、出力回路４１は、水平走査回路３１へのスタートパルス信号入力に呼応して、奇数行については、画素Ｒの信号電荷に基づく画素信号列（画像信号１（１od）：Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３・・・）を出力し、偶数行については、画素Ｂの信号電荷に基づく画素信号列〔画像信号１（１ev）：Ｂ１、Ｂ２、Ｂ２・・・〕を出力する。

出力回路４２は、水平走査回路３２へのスタートパルス信号入力に呼応して、奇数行については、画素Ｇｒの信号電荷に基づく画素信号列（画像信号２（２od）：Ｇｒ１、Ｇｒ２、Ｇｒ３・・・）を出力し、偶数行については、画素Ｇｂの信号電荷に基づく画素信号列〔画像信号２（２ev）：Ｇｂ１、Ｇｂ２、Ｇｂ２・・・〕を出力する。

しかし、本発明に係るこの撮像装置では、スタートパルス入力回路６から水平走査回路３１、３２へ入力されるスタートパルス信号が、図３に示すように、行ごとに（図３の例では奇数行に対して偶数行について）切り替えられる。その結果、図８〜図１０を参照して説明した撮像装置の場合と異なり、偶数行について、画素信号列（Ｇｂ１、Ｇｂ２、Ｇｂ２・・・）が画素信号列（Ｂ１、Ｂ２、Ｂ２・・・）に先行して出力回路４２から出力される。

かくして、マルチプレクサ５から出力される画素信号列（画像信号）は、図３に示すように、奇数行についても、偶数行についても、ベイヤー配列に従ったものとなり、そのまま、後段の既存の回路による色補間処理等に供することができる。

このように、図１の固体撮像装置においては、従来のように、マルチプレクサから出力される画素信号列を高価なデジタル処理回路を用いてベイヤー配列に従うように並べ変える必要がなく、出力回路それぞれへのスタート信号入力タイミングを行ごとに切り替えるスタート信号入力回路６を用いて、簡単、安価に、マルチプレクサ５から出力される画素信号列をベイヤー配列に従うように並べ変えることができる。

図１に示す固体撮像装置における画素部１のベイヤー配列はベイヤー配列の基本形といえるものであるが、他のタイプの、例えば改良タイプのベイヤー配列についても、支障がないかぎり本発明を適用できる。また、ベイヤー配列の種類によっては、偶数行に対し奇数行についてスタート信号入力を切り替えてもよい。

本発明は、色フィルタをベイヤー配列したＸＹアドレス型のカラー固体撮像装置にして良好に撮像できるものを安価に提供することに利用できる。

本発明に係るカラー固体撮像装置の１例の概略構成を示す図である。 図１に示す固体撮像装置における水平スタートパルス入力回路の例を示す図である。 図１の装置において出力回路から出力される画素信号列（画像信号）及びマルチプレクサから出力される画素信号列（画像信号）を示す図である。 固体撮像装置の従来例を示す図である。 図４の固体撮像装置の画素部における画素配列を示す図である。 図４の固体撮像装置における垂直、水平同期信号印加タイミング及びそれに伴う各出力回路からの画像信号出力を示す図である。 図４の装置において出力回路から出力される画素信号列（画像信号）及びマルチプレクサから出力される画素信号列（画像信号）を示す図である。 固体撮像装置の他の従来例における画素部の一部を示す図である。 図８の画素部を採用した固体撮像装置における垂直、水平同期信号印加タイミング及びそれに伴う各出力回路からの画像信号出力を示す図である。 図８の画素部を採用した固体撮像装置において出力回路から出力される画素信号列（画像信号）及びマルチプレクサから出力される画素信号列（画像信号）を示す図である。

符号の説明

１ 画素部
２ 垂直走査回路
３１、３２ 水平走査回路
４１、４２ 出力回路
５ マルチプレクサ
６ 水平スタートパルス入力回路
ＳＳ スタートパルス選択部
ＳＷ スイッチ
ＦＦ フリップフロップ回路

Claims (2)

1. 色フィルタをベイヤー配列したＸＹアドレス型のカラー固体撮像装置であり、ベイヤー画素配列中の各行について、該行のＧ画素信号電荷を読出し、スタート信号入力回路からのスタート信号入力に応じて、読みだした画素信号電荷に基づくＧ画素信号列を出力する出力回路と、前記画素配列中の各行について、該行のＧ画素信号電荷以外の他色画素信号電荷を読出し、スタート信号入力回路からのスタート信号入力に応じて、読みだした画素信号電荷に基づく他色画素信号列を出力する出力回路と、該各出力回路から入力されてくるＧ画素信号及び他色画素信号を列順に並べ変えて出力するマルチプレクサとを有するカラー固体撮像装置であって、
   前記スタート信号入力回路は、前記マルチプレクサから出力される画素信号列が、前記ベイヤー画素配列に従うように、前記出力回路のそれぞれへのスタート信号入力タイミングを行ごとに切り替えることを特徴とするカラー固体撮像装置。
2. 前記スタート信号入力回路は、スタート信号として、パルス立ち上がりタイミングが異なる複数のスタートパルス信号が入力されるスタートパルス選択部を含んでおり、該スタートパルス選択部は、該複数のスタートパルス信号のうちから、行ごとにスタートパルス信号を切り替えて、前記出力回路へスタートパルス信号を入力する請求項１記載のカラー固体撮像装置。