JP7714640B2 - Imaging device and fixed imaging element - Google Patents
Imaging device and fixed imaging elementInfo
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Description
本発明は、受光素子アレイを備える撮像装置及び固体撮像素子に関するものである。 The present invention relates to an imaging device and a solid-state imaging element equipped with a light-receiving element array.
従来から、デジタルカメラ等の撮像装置に用いられるCMOS等の固体撮像素子として、特許文献1(日本国特開2022-164387号公報)に記載の固体撮像素子が知られている。 Conventionally, the solid-state imaging element described in Patent Document 1 (JP Patent Publication No. 2022-164387) has been known as a solid-state imaging element such as a CMOS used in imaging devices such as digital cameras.
この固体撮像素子500は、図11に示すように、光電変換素子を含む受光素子502がアレイ状に2次元配列され、画素駆動配線503及び垂直信号線504と接続している受光素子アレイ501を有すると共に、周辺回路として、列並列信号処理回路505、出力回路506、タイミング制御回路507、水平走査回路508、垂直走査回路509等を有する。 As shown in Figure 11, this solid-state imaging device 500 has a photodetector array 501 in which photodetectors 502, each including a photoelectric conversion element, are arranged two-dimensionally in an array and connected to pixel drive wiring 503 and vertical signal lines 504. It also has peripheral circuits such as a column-parallel signal processing circuit 505, an output circuit 506, a timing control circuit 507, a horizontal scanning circuit 508, and a vertical scanning circuit 509.
この固体撮像素子500では、該固体撮像素子500を備えた撮像装置(デジタルカメラ等)での撮像時において受光素子アレイ501が露光したときに、該受光素子アレイ501を構成する複数の受光素子502のそれぞれから出力された信号が垂直信号線504、列並列信号処理回路505、出力回路506等を通じて外部に出力される。 In this solid-state imaging element 500, when the light-receiving element array 501 is exposed to light during imaging using an imaging device (digital camera, etc.) equipped with the solid-state imaging element 500, signals output from each of the multiple light-receiving elements 502 that make up the light-receiving element array 501 are output to the outside via vertical signal lines 504, column-parallel signal processing circuits 505, output circuits 506, etc.
近年、固体撮像素子500や固体撮像素子500を備えた撮像装置の省電力化が求められているが、この固体撮像素子500や前記撮像装置では、受光素子アレイ501に含まれる複数の受光素子502のそれぞれから出力される信号が全て外部に出力される構成(いわゆる全量読み出しの構成)であるため固体撮像素子500内や外部に出力される信号量が多く、固体撮像素子500では前記信号量に応じた消費電力が必要になるため、上記の固体撮像素子500や、この固体撮像素子500を備えた撮像装置において省電力化が十分ではなかった。 In recent years, there has been a demand for power savings in solid-state imaging elements 500 and imaging devices equipped with solid-state imaging elements 500. However, with this solid-state imaging element 500 and imaging devices, all signals output from the multiple light-receiving elements 502 included in the light-receiving element array 501 are output to the outside (a so-called full-amount readout configuration). As a result, the amount of signal output within and to the outside of the solid-state imaging element 500 is large, and the solid-state imaging element 500 requires power consumption according to this signal amount. As a result, power savings have not been sufficient in the above-mentioned solid-state imaging element 500 or imaging devices equipped with this solid-state imaging element 500.
そこで、本発明は、消費電力を抑えることができる撮像装置及び固体撮像素子を提供することを課題とする。 Therefore, an objective of the present invention is to provide an imaging device and solid-state imaging element that can reduce power consumption.
本発明に係る撮像装置は、
複数の受光素子をそれぞれ有する複数の受光素子グループを備える受光素子アレイと、
前記受光素子グループの複数の受光素子から出力される信号を圧縮した圧縮信号を受光素子グループ毎にそれぞれ生成する圧縮部と、を備える。
The imaging device according to the present invention comprises:
a light receiving element array including a plurality of light receiving element groups each having a plurality of light receiving elements;
The image forming apparatus further includes a compression unit that generates a compressed signal for each light receiving element group by compressing signals output from the plurality of light receiving elements of the light receiving element group.
また、前記撮像装置は、
前記受光素子アレイと前記圧縮部とを有する固体撮像素子を備えてもよい。
Moreover, the imaging device
The image sensor may include a solid-state image sensor having the light receiving element array and the compression section.
また、前記撮像装置において、
前記受光素子グループでは、前記受光素子アレイが露光したときに該受光素子グループの少なくとも一つの受光素子の露光量が該受光素子グループの他の受光素子の露光量と異なってもよい。
Moreover, in the imaging device,
In the light receiving element group, when the light receiving element array is exposed, the amount of exposure of at least one light receiving element of the light receiving element group may be different from the amount of exposure of the other light receiving elements of the light receiving element group.
また、前記撮像装置では、
前記受光素子グループにおいて、前記露光量の違いは、各受光素子の露光時間の違いによって生じてもよい。
In addition, in the imaging device,
In the light receiving element group, the difference in the amount of exposure may be caused by a difference in exposure time of each light receiving element.
また、前記撮像装置では、
前記圧縮信号は、前記受光素子グループの各受光素子から出力される信号に含まれる信号値の重み平均値又は平均値を含んでもよい。
In addition, in the imaging device,
The compressed signal may include a weighted average or an average value of signal values included in the signals output from the light receiving elements of the light receiving element group.
また、前記撮像装置は、
前記圧縮部により生成された前記圧縮信号を、出力画像における該圧縮信号と対応する画素の画素信号に再構築する再構築処理部を備えてもよい。
Moreover, the imaging device
The image processing device may further include a reconstruction processing unit that reconstructs the compressed signal generated by the compression unit into pixel signals of pixels in an output image that correspond to the compressed signal.
また、前記撮像装置では、
前記再構築処理部は、前記圧縮信号に含まれている圧縮前の情報に基づいて該圧縮信号を前記画素信号に再構築してもよい。
In addition, in the imaging device,
The reconstruction processing unit may reconstruct the compressed signal into the pixel signal based on pre-compression information included in the compressed signal.
また、前記撮像装置では、
前記受光素子グループの各受光素子は、光電変換素子をそれぞれ有し、
前記再構築処理部は、前記受光素子アレイが露光したときに前記受光素子グループにおいて前記光電変換素子がオーバーフローした受光素子とオーバーフローしなかった受光素子とがあったときに、前記各受光素子の光電変換素子が前記露光によってオーバーフローしない容量であった場合に取得できる信号値の予想値を演算によって求めることで前記圧縮信号を前記画素信号に再構築してもよい。
In addition, in the imaging device,
Each light receiving element of the light receiving element group has a photoelectric conversion element,
The reconstruction processing unit may reconstruct the compressed signal into the pixel signal by calculating an expected value of the signal value that can be obtained if the photoelectric conversion element of each light receiving element has a capacity that will not overflow due to the exposure when there are light receiving elements in the light receiving element group whose photoelectric conversion elements overflow and light receiving elements whose photoelectric conversion elements do not overflow when the light receiving element array is exposed to light.
また、前記撮像装置では、
前記受光素子グループに含まれる複数の受光素子は、基準となる受光素子である基準受光素子と、前記基準受光素子以外の非基準受光素子と、を有し、
前記圧縮部は、前記基準受光素子から出力される信号に含まれる信号値である基準信号値と、前記非基準受光素子から出力される信号に含まれる信号値である非基準信号値と、の差に基づいて前記圧縮信号を生成してもよい。
In addition, in the imaging device,
the plurality of light receiving elements included in the light receiving element group include a reference light receiving element that is a light receiving element serving as a reference, and non-reference light receiving elements other than the reference light receiving element,
The compression unit may generate the compressed signal based on the difference between a reference signal value, which is a signal value included in the signal output from the reference light receiving element, and a non-reference signal value, which is a signal value included in the signal output from the non-reference light receiving element.
また、前記撮像装置において、
前記圧縮部は、前記受光素子グループの前記非基準受光素子から出力される信号に含まれる前記非基準信号値において、
前記基準信号値との差が所定の閾値未満になる非基準信号値しかないときは、該受光素子グループの各受光素子から出力される信号値の重み平均値又は平均値を含む前記圧縮信号を生成し、
前記基準信号値との差が前記所定の閾値未満になる非基準信号値である第一信号値と、前記基準信号値との差が前記所定の閾値以上になる非基準信号値である第二信号値と、があるときは、前記各受光素子から出力される信号のうち前記第二信号値と対応する信号を削除すると共に、前記第一信号値又は前記第二信号値を出力した非基準受光素子の前記基準受光素子に対する位置情報を該基準受光素子が出力する信号に付加することで前記圧縮信号を生成してもよい。
In addition, in the imaging device,
The compression unit is configured to:
When there is only a non-reference signal value whose difference from the reference signal value is less than a predetermined threshold, the compressed signal is generated including a weighted average or an average of the signal values output from each light receiving element of the light receiving element group;
When there is a first signal value which is a non-reference signal value whose difference from the reference signal value is less than the predetermined threshold, and a second signal value which is a non-reference signal value whose difference from the reference signal value is equal to or greater than the predetermined threshold, the compressed signal may be generated by deleting the signal output from each of the light-receiving elements that corresponds to the second signal value, and adding position information of the non-reference light-receiving element that output the first signal value or the second signal value relative to the reference light-receiving element to the signal output from the reference light-receiving element.
また、前記撮像装置において、
前記圧縮部は、前記受光素子グループの前記非基準受光素子から出力される信号に含まれる前記非基準信号値において、
前記基準信号値との差が所定の閾値未満になる非基準信号値しかないときは、該受光素子グループの各受光素子から出力される信号値の重み平均値又は平均値を含む前記圧縮信号を生成し、
前記基準信号値との差が前記所定の閾値未満になる非基準信号値である第一信号値と、前記基準信号値との差が前記所定の閾値以上になる非基準信号値である第二信号値と、があるときは、前記基準信号値と前記第一信号値との重み平均値又は平均値と、前記第一信号値又は前記第二信号値を出力した非基準受光素子の前記基準受光素子に対する位置情報と、を含む前記圧縮信号を生成してもよい。
In addition, in the imaging device,
The compression unit is configured to:
When there is only a non-reference signal value whose difference from the reference signal value is less than a predetermined threshold, the compressed signal is generated including a weighted average or an average of the signal values output from each light receiving element of the light receiving element group;
When there is a first signal value which is a non-reference signal value whose difference from the reference signal value is less than the predetermined threshold, and a second signal value which is a non-reference signal value whose difference from the reference signal value is equal to or greater than the predetermined threshold, the compressed signal may be generated including a weighted average or average value of the reference signal value and the first signal value, and position information of the non-reference light receiving element that output the first signal value or the second signal value relative to the reference light receiving element.
また、本発明に係る固体撮像素子は、
複数の受光素子をそれぞれ有する複数の受光素子グループを備える受光素子アレイと、
前記受光素子グループの複数の受光素子から出力される信号を圧縮した圧縮信号を受光素子グループ毎にそれぞれ生成する圧縮部と、を備える。
Further, the solid-state imaging device according to the present invention comprises:
a light receiving element array including a plurality of light receiving element groups each having a plurality of light receiving elements;
The image forming apparatus further includes a compression unit that generates a compressed signal for each light receiving element group by compressing signals output from the plurality of light receiving elements of the light receiving element group.
本実施形態に係る撮像装置は、
複数の受光素子をそれぞれ有する複数の受光素子グループを備える受光素子アレイと、
前記受光素子グループの複数の受光素子から出力される信号を圧縮した圧縮信号を受光素子グループ毎にそれぞれ生成する圧縮部と、を備える。
The imaging device according to this embodiment includes:
a light receiving element array including a plurality of light receiving element groups each having a plurality of light receiving elements;
The image forming apparatus further includes a compression unit that generates a compressed signal for each light receiving element group by compressing signals output from the plurality of light receiving elements of the light receiving element group.
このように、圧縮部が受光素子グループ毎に圧縮信号を生成し、これら圧縮された各圧縮信号(即ち、信号量が抑えられた状態の信号)を出力することで、該圧縮部より下流側の構成において消費電力を抑えることができる。尚、本発明に係る圧縮部での信号の圧縮とは、各受光素子から出力された信号の単純な加算(画素加算等)により生成された信号より信号量がより小さな信号となるような処理である。 In this way, the compression unit generates a compressed signal for each light-receiving element group and outputs each of these compressed signals (i.e., signals with reduced signal volume), thereby reducing power consumption in the configuration downstream of the compression unit. Note that signal compression in the compression unit according to the present invention is a process that results in a signal with a smaller signal volume than a signal generated by simple addition (pixel addition, etc.) of the signals output from each light-receiving element.
前記撮像装置は、
前記受光素子アレイと前記圧縮部とを有する固体撮像素子を備えてもよい。
The imaging device is
The image sensor may include a solid-state image sensor having the light receiving element array and the compression section.
また、前記撮像装置では、
前記受光素子グループでは、前記受光素子アレイが露光したときに該受光素子グループの少なくとも一つの受光素子の露光量が該受光素子グループの他の受光素子の露光量と異なってもよい。
In addition, in the imaging device,
In the light receiving element group, when the light receiving element array is exposed, the amount of exposure of at least one light receiving element of the light receiving element group may be different from the amount of exposure of the other light receiving elements of the light receiving element group.
かかる構成によれば、露光量の異なる受光素子から出力される各信号の情報を含めつつ信号量を抑えることができる。 This configuration makes it possible to reduce the signal volume while still including information from each signal output from light-receiving elements with different exposure levels.
この場合、
前記受光素子グループにおいて、前記露光量の違いは、各受光素子の露光時間の違いによって生じてもよい。
in this case,
In the light receiving element group, the difference in the amount of exposure may be caused by a difference in exposure time of each light receiving element.
このように受光素子の露光時間を調整して受光素子グループ内における受光素子の露光量の違いを生じさせる構成とすることで、受光素子の露光量を制御によって変更することが可能となる。 By adjusting the exposure time of the light receiving elements in this way to create differences in the amount of exposure of the light receiving elements within a light receiving element group, it is possible to change the amount of exposure of the light receiving elements through control.
また、前記撮像装置では、
前記圧縮信号は、前記受光素子グループの各受光素子から出力される信号に含まれる信号値の重み平均値又は平均値を含んでもよい。
In addition, in the imaging device,
The compressed signal may include a weighted average or an average value of signal values included in the signals output from the light receiving elements of the light receiving element group.
また、前記撮像装置は、
前記圧縮部により生成された前記圧縮信号を、出力画像における該圧縮信号と対応する画素の画素信号に再構築する再構築処理部を備えてもよい。
Moreover, the imaging device
The image processing device may further include a reconstruction processing unit that reconstructs the compressed signal generated by the compression unit into pixel signals of pixels in an output image that correspond to the compressed signal.
かかる構成によれば、圧縮部の下流側において画素信号が再構築され、この画素信号が出力されることで、得られる画像の画質が向上する。 With this configuration, pixel signals are reconstructed downstream of the compression unit and output, improving the image quality of the resulting image.
また、前記撮像装置では、
前記再構築処理部は、前記圧縮信号に含まれている圧縮前の情報に基づいて該圧縮信号を前記画素信号に再構築してもよい。
In addition, in the imaging device,
The reconstruction processing unit may reconstruct the compressed signal into the pixel signal based on pre-compression information included in the compressed signal.
また、前記撮像装置では、
前記受光素子グループの各受光素子は、光電変換素子をそれぞれ有し、
前記再構築処理部は、前記受光素子アレイが露光したときに前記受光素子グループにおいて前記光電変換素子がオーバーフローした受光素子とオーバーフローしなかった受光素子とがあったときに、前記各受光素子の光電変換素子が前記露光によってオーバーフローしない容量であった場合に取得できる信号値の予想値を演算によって求めることで前記圧縮信号を前記画素信号に再構築してもよい。
In addition, in the imaging device,
Each light receiving element of the light receiving element group has a photoelectric conversion element,
The reconstruction processing unit may reconstruct the compressed signal into the pixel signal by calculating an expected value of the signal value that can be obtained if the photoelectric conversion element of each light receiving element has a capacity that will not overflow due to the exposure when there are light receiving elements in the light receiving element group whose photoelectric conversion elements overflow and light receiving elements whose photoelectric conversion elements do not overflow when the light receiving element array is exposed to light.
かかる構成によれば、各受光素子によって規定されるダイナミックレンジより大きなダイナミックレンジの画像を得ることができる、即ち、ハイダイナミックレンジでの撮像が可能となる。 This configuration makes it possible to obtain images with a dynamic range larger than the dynamic range defined by each light-receiving element, i.e., high-dynamic-range imaging is possible.
また、前記撮像装置では、
前記受光素子グループに含まれる複数の受光素子は、基準となる受光素子である基準受光素子と、前記基準受光素子以外の非基準受光素子と、を有し、
前記圧縮部は、前記基準受光素子から出力される信号に含まれる信号値である基準信号値と、前記非基準受光素子から出力される信号に含まれる信号値である非基準信号値と、の差に基づいて前記圧縮信号を生成してもよい。
In addition, in the imaging device,
the plurality of light receiving elements included in the light receiving element group include a reference light receiving element that is a light receiving element serving as a reference, and non-reference light receiving elements other than the reference light receiving element,
The compression unit may generate the compressed signal based on the difference between a reference signal value, which is a signal value included in the signal output from the reference light receiving element, and a non-reference signal value, which is a signal value included in the signal output from the non-reference light receiving element.
このように、受光素子の位置毎の基準信号値と非基準信号値との差に基づいて信号を圧縮することで、再構築処理部において前記位置毎の信号量の差を再構築することができ、これにより、出力画像において解像度を確保することができる。 In this way, by compressing the signal based on the difference between the reference signal value and non-reference signal value for each position of the light receiving element, the difference in signal amount for each position can be reconstructed in the reconstruction processing unit, thereby ensuring resolution in the output image.
具体的には、
前記圧縮部は、前記受光素子グループの前記非基準受光素子から出力される信号に含まれる前記非基準信号値において、
前記基準信号値との差が所定の閾値未満になる非基準信号値しかないときは、該受光素子グループの各受光素子から出力される信号値の重み平均値又は平均値を含む前記圧縮信号を生成し、
前記基準信号値との差が前記所定の閾値未満になる非基準信号値である第一信号値と、前記基準信号値との差が前記所定の閾値以上になる非基準信号値である第二信号値と、があるときは、前記各受光素子から出力される信号のうち前記第二信号値と対応する信号を削除すると共に、前記第一信号値又は前記第二信号値を出力した非基準受光素子の前記基準受光素子に対する位置情報を該基準受光素子が出力する信号に付加することで前記圧縮信号を生成してもよい。
in particular,
The compression unit is configured to:
When there is only a non-reference signal value whose difference from the reference signal value is less than a predetermined threshold, the compressed signal is generated including a weighted average or an average of the signal values output from each light receiving element of the light receiving element group;
When there is a first signal value which is a non-reference signal value whose difference from the reference signal value is less than the predetermined threshold, and a second signal value which is a non-reference signal value whose difference from the reference signal value is equal to or greater than the predetermined threshold, the compressed signal may be generated by deleting the signal output from each of the light-receiving elements that corresponds to the second signal value, and adding position information of the non-reference light-receiving element that output the first signal value or the second signal value relative to the reference light-receiving element to the signal output from the reference light-receiving element.
このように、基準受光素子から出力される信号と、これに付加される位置情報とによって圧縮信号を構成することで、受光素子グループの各受光素子から出力される信号を全て下流側の構成に出力する場合に比べて信号量を好適に抑えることができる。 In this way, by constructing a compressed signal using the signal output from the reference light-receiving element and the positional information added to it, the signal volume can be effectively reduced compared to when all signals output from each light-receiving element in a light-receiving element group are output to a downstream configuration.
また、前記圧縮部は、前記受光素子グループの前記非基準受光素子から出力される信号に含まれる前記非基準信号値において、
前記基準信号値との差が所定の閾値未満になる非基準信号値しかないときは、該受光素子グループの各受光素子から出力される信号値の重み平均値又は平均値を含む前記圧縮信号を生成し、
前記基準信号値との差が前記所定の閾値未満になる非基準信号値である第一信号値と、前記基準信号値との差が前記所定の閾値以上になる非基準信号値である第二信号値と、があるときは、前記基準信号値と前記第一信号値との重み平均値又は平均値と、前記第一信号値又は前記第二信号値を出力した非基準受光素子の前記基準受光素子に対する位置情報と、を含む前記圧縮信号を生成してもよい。
Further, the compression unit may be configured to:
When there is only a non-reference signal value whose difference from the reference signal value is less than a predetermined threshold, the compressed signal is generated including a weighted average or an average of the signal values output from each light receiving element of the light receiving element group;
When there is a first signal value which is a non-reference signal value whose difference from the reference signal value is less than the predetermined threshold, and a second signal value which is a non-reference signal value whose difference from the reference signal value is equal to or greater than the predetermined threshold, the compressed signal may be generated including a weighted average or average value of the reference signal value and the first signal value, and position information of the non-reference light receiving element that output the first signal value or the second signal value relative to the reference light receiving element.
また、本実施形態に係る固体撮像素子は、
複数の受光素子をそれぞれ有する複数の受光素子グループを備える受光素子アレイと、
前記受光素子グループの複数の受光素子から出力される信号を圧縮した圧縮信号を受光素子グループ毎にそれぞれ生成する圧縮部と、を備える。
Moreover, the solid-state imaging device according to this embodiment has
a light receiving element array including a plurality of light receiving element groups each having a plurality of light receiving elements;
The image forming apparatus further includes a compression unit that generates a compressed signal for each light receiving element group by compressing signals output from the plurality of light receiving elements of the light receiving element group.
このように、圧縮部が受光素子グループ毎に圧縮信号を生成し、これら圧縮された各圧縮信号(即ち、信号量が抑えられた状態の信号)を出力することで、該圧縮部より下流側の構成において消費電力を抑えることができる。 In this way, the compression unit generates a compressed signal for each light-receiving element group and outputs each of these compressed signals (i.e., signals with reduced signal volume), thereby reducing power consumption in the configuration downstream of the compression unit.
以下、本発明の第一実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。 The first embodiment of the present invention will now be described with reference to the accompanying drawings.
第一実施形態に係る撮像装置100は、図1及び図2に示すように、複数の受光素子21をそれぞれ有する複数の受光素子グループ20を備える受光素子アレイ2と、受光素子グループ20が有する複数の受光素子21から出力される信号S1を圧縮した圧縮信号S2を受光素子グループ20毎にそれぞれ生成する少なくとも一つの圧縮部10と、を備える。本実施形態の撮像装置100は、受光素子グループ20の数と対応する数の圧縮部10を備え、各圧縮部10は、対応する受光素子グループ20が有する複数の受光素子21から出力される信号S1を圧縮した圧縮信号S2を受光素子グループ20毎に生成する。この撮像装置100は、デジタルカメラ、スマートフォン、タブレットデバイス等の対象物を撮像可能なものであり、本実施形態の撮像装置100は、例えば、スマートフォンである。 As shown in FIGS. 1 and 2 , the imaging device 100 according to the first embodiment includes a light receiving element array 2 having a plurality of light receiving element groups 20, each having a plurality of light receiving elements 21, and at least one compression unit 10 that generates a compressed signal S2 for each light receiving element group 20 by compressing the signal S1 output from the plurality of light receiving elements 21 in the light receiving element group 20. The imaging device 100 of this embodiment includes a number of compression units 10 corresponding to the number of light receiving element groups 20, and each compression unit 10 generates a compressed signal S2 for each light receiving element group 20 by compressing the signal S1 output from the plurality of light receiving elements 21 in the corresponding light receiving element group 20. This imaging device 100 is capable of capturing images of objects such as digital cameras, smartphones, and tablet devices, and the imaging device 100 of this embodiment is, for example, a smartphone.
具体的に、撮像装置100は、図1に示すように、撮像部101と、制御部102と、を備える。本実施形態の撮像装置100は、不揮発性メモリ103と、作業用メモリ104と、操作部105と、表示部106と、記録媒体107と、接続部108と、近距離無線通信部109と、公衆網接続部110と、マイク111と、スピーカ112と、も備える。 Specifically, as shown in FIG. 1, the imaging device 100 includes an imaging unit 101 and a control unit 102. The imaging device 100 of this embodiment also includes a non-volatile memory 103, a working memory 104, an operation unit 105, a display unit 106, a recording medium 107, a connection unit 108, a short-range wireless communication unit 109, a public network connection unit 110, a microphone 111, and a speaker 112.
撮像部101は、制御部102の制御下において、撮像部101が有する光学系によって結像された対象物の像を電気信号に変換した後、ノイズ低減処理等を行い、デジタルデータを出力画像の画像データとして出力する。具体的に、撮像部101は、レンズ等の少なくとも一つの光学素子によって構成される光学系と、該光学系を通じて結像した対象物(撮像対象物)の像を電気信号に変換する(即ち、撮像する)固体撮像素子1と、を有する。 Under the control of the control unit 102, the imaging unit 101 converts the image of the object formed by the optical system of the imaging unit 101 into an electrical signal, then performs noise reduction processing and outputs the digital data as image data for the output image. Specifically, the imaging unit 101 has an optical system composed of at least one optical element such as a lens, and a solid-state imaging element 1 that converts the image of the object (image object) formed through the optical system into an electrical signal (i.e., captures the image).
固体撮像素子1は、例えば、スマートフォン、デジタルカメラ等に組み込まれ、対象物を撮像するための素子であり、本実施形態の固体撮像素子1は、例えば、CMOSイメージセンサーである。 The solid-state imaging device 1 is incorporated into, for example, a smartphone, digital camera, etc., and is used to capture an image of an object. In this embodiment, the solid-state imaging device 1 is, for example, a CMOS image sensor.
具体的に、この固体撮像素子1は、図2に示すように、受光素子アレイ2と、受光素子アレイ2に接続される第一回路部3及び第二回路部4と、第二回路部4が接続される信号処理部5と、を有する。これら受光素子アレイ2、第一回路部3及び第二回路部4、信号処理部5は、同一の半導体基板上又は電気的に接続された複数の半導体基板上に配置されている。 Specifically, as shown in Figure 2, the solid-state imaging device 1 has a photodetector array 2, a first circuit section 3 and a second circuit section 4 connected to the photodetector array 2, and a signal processing section 5 to which the second circuit section 4 is connected. The photodetector array 2, first circuit section 3, second circuit section 4, and signal processing section 5 are arranged on the same semiconductor substrate or on multiple electrically connected semiconductor substrates.
受光素子アレイ2は、行列状に2次元配置される複数の受光素子グループ20を有する。また、受光素子アレイ2は、行列状に配置された複数の受光素子グループ20に対して、行毎に配置され且つそれぞれが行方向(図2における左右方向)に延びる複数の行信号線25と、列毎に配置され且つそれぞれが列方向(図2における上下方向)に延びる複数の列信号線26と、を有する。これら複数の行信号線25のそれぞれは、第一回路部3に接続され、複数の列信号線26のそれぞれは、第二回路部4に接続されている。 The light receiving element array 2 has a plurality of light receiving element groups 20 arranged two-dimensionally in a matrix. The light receiving element array 2 also has a plurality of row signal lines 25 arranged in rows and each extending in the row direction (left-right direction in FIG. 2) for the plurality of light receiving element groups 20 arranged in a matrix, and a plurality of column signal lines 26 arranged in columns and each extending in the column direction (up-down direction in FIG. 2). Each of these plurality of row signal lines 25 is connected to the first circuit unit 3, and each of the plurality of column signal lines 26 is connected to the second circuit unit 4.
複数の受光素子グループ20のそれぞれは、図3にも示すように、複数の受光素子(画素)21を有する。本実施形態の受光素子グループ20では、複数の受光素子21は互いに隣接している。具体的に、受光素子グループ20に含まれる複数の受光素子21は、行列方向にそれぞれ隣接した状態で配置されている。本実施形態の各受光素子グループ20は、二行二列に配置された(即ち、2×2配列の)四つの受光素子21(第一受光素子21a、第二受光素子21b、第三受光素子21c、第四受光素子21d)を有する。また、各受光素子グループ20は、各受光素子21a、21b、21c、21dが接続されるアンプ22も有する。 As shown in FIG. 3, each of the multiple light receiving element groups 20 has multiple light receiving elements (pixels) 21. In the light receiving element group 20 of this embodiment, the multiple light receiving elements 21 are adjacent to one another. Specifically, the multiple light receiving elements 21 included in the light receiving element group 20 are arranged adjacent to each other in the row and column directions. In this embodiment, each light receiving element group 20 has four light receiving elements 21 (first light receiving element 21a, second light receiving element 21b, third light receiving element 21c, and fourth light receiving element 21d) arranged in two rows and two columns (i.e., a 2x2 array). Each light receiving element group 20 also has an amplifier 22 to which each of the light receiving elements 21a, 21b, 21c, and 21d is connected.
尚、図2において、受光素子アレイ2の構成を理解し易いように、行方向に隣り合う受光素子グループ20同士の間と、列方向に隣り合う受光素子グループ20同士の間とに、それぞれ間隔を設けた状態で複数の受光素子グループ20を記載しているが、実際には、受光素子アレイ2において、行方向に隣り合う受光素子グループ20同士が隣接し且つ列方向に隣り合う受光素子グループ20同士が隣接した状態で複数の受光素子グループ20が行列状に配置されている。 In Figure 2, to make it easier to understand the configuration of the photodetector array 2, the multiple photodetector groups 20 are shown with a gap between adjacent photodetector groups 20 in the row direction and between adjacent photodetector groups 20 in the column direction. However, in reality, the photodetector array 2 has multiple photodetector groups 20 arranged in a matrix with adjacent photodetector groups 20 in the row direction adjacent to each other and adjacent photodetector groups 20 in the column direction adjacent to each other.
また、図3において、受光素子グループ20の構成を理解し易いように、行方向に隣り合う受光素子21同士の間と、列方向に隣り合う受光素子21同士の間とに、それぞれ間隔を設けた状態で各受光素子21a、21b、21c、21dを記載しているが、実際には、受光素子グループ20において、行方向に隣り合う受光素子21同士が隣接し且つ列方向に隣り合う受光素子21同士が隣接した状態で複数の受光素子21が行列状に配置されている。 In addition, in Figure 3, to make it easier to understand the configuration of the light receiving element group 20, the light receiving elements 21a, 21b, 21c, and 21d are shown with a gap between adjacent light receiving elements 21 in the row direction and between adjacent light receiving elements 21 in the column direction. However, in reality, in the light receiving element group 20, multiple light receiving elements 21 are arranged in a matrix with adjacent light receiving elements 21 in the row direction adjacent to each other and adjacent light receiving elements 21 in the column direction adjacent to each other.
複数の受光素子21のそれぞれは、入力した光(入射光)を光電変換して入力光量に応じた量の電荷を内部に蓄積し、この蓄積した電荷を電気信号として出力する。本実施形態の各受光素子21から出力可能な信号(画素値)S1の範囲(シグナル・レンジ)は、0~500である。また、各受光素子21は、光電変換素子(本実施形態の例では、フォトダイオード)211をそれぞれ有している。 Each of the multiple light receiving elements 21 photoelectrically converts input light (incident light) and accumulates an amount of charge internally corresponding to the amount of input light, outputting this accumulated charge as an electrical signal. In this embodiment, the range (signal range) of the signal (pixel value) S1 that can be output from each light receiving element 21 is 0 to 500. Each light receiving element 21 also has a photoelectric conversion element (photodiode in this embodiment) 211.
複数の行信号線25のそれぞれは、接続された各受光素子グループ20に対して、第一回路部3から出力されたリセット信号RES、第一~第四電荷転送信号TX1~TX4、及びセレクト信号SELをそれぞれ送信する。 Each of the multiple row signal lines 25 transmits the reset signal RES, the first to fourth charge transfer signals TX1 to TX4, and the select signal SEL output from the first circuit unit 3 to each of the connected light receiving element groups 20.
ここで、リセット信号RESは、各受光素子21a、21b、22c、21dの電荷をリセットするための信号であり、第一電荷転送信号TX1は、第一受光素子21aをON・OFFするための信号であり、第二電荷転送信号TX2は、第二受光素子21bをON・OFFするための信号であり、第三電荷転送信号TX3は、第三受光素子21cをON・OFFするための信号であり、第四電荷転送信号TX4は、第四受光素子21dをON・OFFするための信号である。 Here, the reset signal RES is a signal for resetting the charge of each light-receiving element 21a, 21b, 22c, and 21d, the first charge transfer signal TX1 is a signal for turning the first light-receiving element 21a ON/OFF, the second charge transfer signal TX2 is a signal for turning the second light-receiving element 21b ON/OFF, the third charge transfer signal TX3 is a signal for turning the third light-receiving element 21c ON/OFF, and the fourth charge transfer signal TX4 is a signal for turning the fourth light-receiving element 21d ON/OFF.
複数の列信号線26のそれぞれは、対応する列の各受光素子グループ20にそれぞれ接続され、前記各受光素子グループ20から出力された圧縮信号S2を第二回路部4に送信する。 Each of the multiple column signal lines 26 is connected to each light receiving element group 20 in the corresponding column and transmits the compression signal S2 output from each light receiving element group 20 to the second circuit unit 4.
第一回路部3は、各受光素子グループ20に対してリセット信号RES、第一~第四電荷転送信号TX1~TX4、及びセレクト信号SEL等を出力することにより、受光素子アレイ2の制御、及び各受光素子21から出力される信号S1a、S1b、S1c、S1dを受光素子グループ20毎に圧縮するための制御等を行う。尚、以下では、受光素子グループ20の各受光素子21a、21b、22c、21dから出力される信号S1a、S1b、S1c、S1dを単に信号S1と称することもある。 The first circuit unit 3 outputs a reset signal RES, first to fourth charge transfer signals TX1 to TX4, and a select signal SEL to each light receiving element group 20, thereby controlling the light receiving element array 2 and controlling the compression of the signals S1a, S1b, S1c, and S1d output from each light receiving element 21 for each light receiving element group 20. Note that hereinafter, the signals S1a, S1b, S1c, and S1d output from each light receiving element 21a, 21b, 22c, and 21d in the light receiving element group 20 may also be referred to simply as signal S1.
第二回路部4は、各受光素子グループ20から圧縮信号S2の読み出しやノイズ除去、読み出された各圧縮信号S2のA/D(Analog/Digital)変換等の信号処理を行う。 The second circuit unit 4 performs signal processing such as reading out the compressed signal S2 from each light receiving element group 20, removing noise, and A/D (Analog/Digital) converting each read-out compressed signal S2.
信号処理部5は、第二回路部4から出力された各圧縮信号S2に対して各種の処理を行う部位であり、本実施形態の信号処理部5は、センサ内ISP(Image Signal Processor)である。 The signal processing unit 5 performs various processes on each compressed signal S2 output from the second circuit unit 4. In this embodiment, the signal processing unit 5 is an ISP (Image Signal Processor) within the sensor.
以上のように構成される固体撮像素子1では、第一回路部3から各受光素子グループ20に図4に示すような信号がそれぞれ送信されることにより、受光素子グループ20の各受光素子21a、21b、21c、21dからそれぞれ出力される信号S1a、S1b、S1c、S1dを圧縮して圧縮信号S2を生成する。 In the solid-state imaging device 1 configured as described above, signals such as those shown in Figure 4 are sent from the first circuit unit 3 to each light-receiving element group 20, and the signals S1a, S1b, S1c, and S1d output from each light-receiving element 21a, 21b, 21c, and 21d in the light-receiving element group 20 are compressed to generate a compressed signal S2.
具体的には、各受光素子グループ20において、時刻t1のときに、リセット信号がONになると共にセレクト信号がOFFになる。このとき、第一~第四電荷転送信号TX1~TX4がONになり、各受光素子21a、21b、21c、21dの電荷がリセットされる。 Specifically, in each light-receiving element group 20, at time t1, the reset signal turns ON and the select signal turns OFF. At this time, the first to fourth charge transfer signals TX1 to TX4 turn ON, and the charges in each of the light-receiving elements 21a, 21b, 21c, and 21d are reset.
続いて、時刻t2において、第一電荷転送信号がOFFとなり、所定間隔をあけて時刻t3に第二電荷転送信号がOFFとなり、時刻t4に第三電荷転送信号がOFFとなり、時刻t5に第三電荷転送信号がOFFになる。 Next, at time t2, the first charge transfer signal is turned OFF, and after a predetermined interval, at time t3, the second charge transfer signal is turned OFF, at time t4, the third charge transfer signal is turned OFF, and at time t5, the third charge transfer signal is turned OFF.
このOFFになる時間(露光時間)の違いにより、撮像装置100における撮影時等において受光素子アレイ2が露光したときに、受光素子グループ20の少なくとも一つの受光素子21の露光量が該受光素子グループ20の他の受光素子21の露光量と異なった状態となる。本実施形態の撮像装置100では、受光素子グループ20における各受光素子21a、21b、21c、21dの露光量がそれぞれ異なる。 Due to this difference in the OFF time (exposure time), when the photosensitive element array 2 is exposed during photography or the like in the imaging device 100, the amount of exposure of at least one photosensitive element 21 in the photosensitive element group 20 will be different from the amount of exposure of the other photosensitive elements 21 in that photosensitive element group 20. In the imaging device 100 of this embodiment, the amount of exposure of each of the photosensitive elements 21a, 21b, 21c, and 21d in the photosensitive element group 20 is different.
続いて、時刻t6においてリセット信号がONになると共にセレクト信号がOFFになった後、時刻t9においてリセット信号がOFFになると共にセレクト信号がONになる。 Next, at time t6, the reset signal turns ON and the select signal turns OFF, and then at time t9, the reset signal turns OFF and the select signal turns ON.
そして、時刻t6から時刻t9の間の時刻t7、時刻t8において、第一~第四電荷転送信号TX1~TX4が同時にON・OFFする。これにより、各受光素子21a、21b、21c、21dがOFFになっている間(詳しくは、第一受光素子21aが第一蓄積時間T1(時刻t2~時刻t7)の間、第二受光素子21bが第二蓄積時間T2(時刻t3~時刻t7)の間、第三受光素子21cが第三蓄積時間T3(時刻t4~時刻t7)の間、第四受光素子21dが第四蓄積時間T4(時刻t5~時刻t7)の間)に蓄積された電荷がこれら各受光素子21a、21b、21c、21dを含む受光素子グループ20に接続されている列信号線26に電気信号としてそれぞれ同時に出力され、これにより、各受光素子21a、21b、21c、21dからそれぞれ出力された信号S1a、S1b、S1c、S1dが圧縮されて圧縮信号S2となる。尚、本実施形態の撮像装置100における各蓄積時間T1~T4の関係は、T2=(3/4)T1、T3=(2/4)T1、T4=(1/4)T1である。 Then, at times t7 and t8 between times t6 and t9, the first to fourth charge transfer signals TX1 to TX4 are simultaneously turned ON and OFF. As a result, the charges accumulated while each of the light-receiving elements 21a, 21b, 21c, and 21d is OFF (more specifically, the first light-receiving element 21a during the first accumulation time T1 (time t2 to time t7), the second light-receiving element 21b during the second accumulation time T2 (time t3 to time t7), the third light-receiving element 21c during the third accumulation time T3 (time t4 to time t7), and the fourth light-receiving element 21d during the fourth accumulation time T4 (time t5 to time t7)) are simultaneously output as electrical signals to the column signal lines 26 connected to the light-receiving element groups 20 including each of these light-receiving elements 21a, 21b, 21c, and 21d, and as a result, the signals S1a, S1b, S1c, and S1d output from each of the light-receiving elements 21a, 21b, 21c, and 21d are compressed to become a compressed signal S2. The relationship between the accumulation times T1 to T4 in the imaging device 100 of this embodiment is T2 = (3/4) T1, T3 = (2/4) T1, and T4 = (1/4) T1.
この受光素子グループ20毎にそれぞれ生成される圧縮信号S2は、受光素子グループ20の各受光素子21a、21b、21c、21dから出力される信号S1に含まれる画素値(信号値)の平均値を含む。 The compressed signal S2 generated for each light receiving element group 20 contains the average value of the pixel values (signal values) contained in the signal S1 output from each light receiving element 21a, 21b, 21c, and 21d of the light receiving element group 20.
例えば、一つの受光素子グループ20Aに着目したときに、該受光素子グループ20Aの各受光素子21a、21b、21c、21dの露光量がシグナル・レンジ内の場合は、図5に示すように、第一受光素子21aから出力される信号S1aに含まれる画素値が400で、第二受光素子21bから出力される信号S1bに含まれる画素値が300で、第三受光素子21cから出力される信号S1cに含まれる画素値が200で、第四受光素子21dから出力される信号S1dに含まれる画素値が100のときに、当該受光素子グループ20Aから出力される圧縮信号S2に含まれる画素値(平均値)は、
(400+300+200+100)/4=250
となる。尚、本実施形態において、「信号の平均値」とは、信号の重みなし加算値のことである。
For example, when focusing on one light receiving element group 20A, if the exposure amounts of the light receiving elements 21a, 21b, 21c, and 21d of the light receiving element group 20A are within the signal range, as shown in FIG. 5, when the pixel value included in the signal S1a output from the first light receiving element 21a is 400, the pixel value included in the signal S1b output from the second light receiving element 21b is 300, the pixel value included in the signal S1c output from the third light receiving element 21c is 200, and the pixel value included in the signal S1d output from the fourth light receiving element 21d is 100, the pixel value (average value) included in the compressed signal S2 output from the light receiving element group 20A is
(400 + 300 + 200 + 100) / 4 = 250
In this embodiment, the "average value of the signal" refers to an unweighted sum of the signal.
また、受光素子グループ20Aの一部の受光素子21a、21b、21c、21dの露光量がシグナル・レンジを超えた場合は、例えば図6に示すように、第一受光素子21aから出力される信号S1aに含まれる画素値が500で、第二受光素子21bから出力される信号S1bに含まれる画素値が500で、第三受光素子21cから出力される信号S1cに含まれる画素値が500で、第四受光素子21dから出力される信号S1dに含まれる画素値が300のときに、当該受光素子グループ20Aから出力される圧縮信号S2に含まれる画素値(平均値)は、
(500+500+500+300)/4=450
となる。
Furthermore, when the exposure amount of some of the light receiving elements 21a, 21b, 21c, and 21d of the light receiving element group 20A exceeds the signal range, for example, as shown in FIG. 6, when the pixel value included in the signal S1a output from the first light receiving element 21a is 500, the pixel value included in the signal S1b output from the second light receiving element 21b is 500, the pixel value included in the signal S1c output from the third light receiving element 21c is 500, and the pixel value included in the signal S1d output from the fourth light receiving element 21d is 300, the pixel value (average value) included in the compressed signal S2 output from the light receiving element group 20A is
(500 + 500 + 500 + 300) / 4 = 450
This becomes:
以上のように、本実施形態の固体撮像素子1においては、受光素子グループ20が有する複数の受光素子21a、21b、21c、21dから出力される信号S1a、S1b、S1c、S1dを圧縮した圧縮信号S2を受光素子グループ20毎にそれぞれ生成する上述の圧縮部10は、受光素子グループ20と該受光素子グループ20を制御する第一回路部3とによって構成されている。即ち、本実施形態の固体撮像素子1は、複数(受光素子グループ20の数と対応する数)の圧縮部10を備えている。 As described above, in the solid-state imaging device 1 of this embodiment, the above-mentioned compression unit 10 that generates, for each light-receiving element group 20, compressed signals S2 by compressing the signals S1a, S1b, S1c, and S1d output from the multiple light-receiving elements 21a, 21b, 21c, and 21d included in the light-receiving element group 20, is composed of the light-receiving element group 20 and the first circuit unit 3 that controls the light-receiving element group 20. In other words, the solid-state imaging device 1 of this embodiment has multiple compression units 10 (the number corresponding to the number of light-receiving element groups 20).
制御部102は、入力された信号やプログラムに従って撮像装置100の各部を制御する。この制御部102は、固体撮像素子1から出力された圧縮信号S2を画素信号S3に再構築する再構築処理部102Aを有する。尚、制御部102が撮像装置100の全体を制御する構成に限定されない。複数のハードウェアが処理を分担することにより撮像装置100の全体を制御する構成でもよい。 The control unit 102 controls each unit of the imaging device 100 in accordance with input signals and programs. This control unit 102 has a reconstruction processing unit 102A that reconstructs the compressed signal S2 output from the solid-state imaging element 1 into a pixel signal S3. Note that the configuration is not limited to one in which the control unit 102 controls the entire imaging device 100. It is also possible for the entire imaging device 100 to be controlled by multiple pieces of hardware sharing the processing.
再構築処理部102Aは、固体撮像素子1から出力される圧縮信号(各受光素子グループ20に対応する圧縮信号)S2を、該圧縮信号S2に含まれている圧縮前の情報に基づいて出力画像における該圧縮信号S2と対応する画素の画素信号S3に再構築する。 The reconstruction processing unit 102A reconstructs the compressed signal S2 (compressed signal corresponding to each light receiving element group 20) output from the solid-state imaging device 1 into a pixel signal S3 of the pixel in the output image corresponding to the compressed signal S2, based on the pre-compression information contained in the compressed signal S2.
この再構築処理部102Aを有する制御部102では、固体撮像素子1から出力される各圧縮信号S2が再構築されてそれぞれ画素信号S3が生成され、これにより、出力画像(画像データ)が生成される。制御部102は、この出力画像を表示部106を通じて外部に出力(表示等)する。 The control unit 102, which has this reconstruction processing unit 102A, reconstructs each compressed signal S2 output from the solid-state imaging device 1 to generate a pixel signal S3, thereby generating an output image (image data). The control unit 102 outputs (displays, etc.) this output image externally via the display unit 106.
具体的に、再構築処理部102Aは、受光素子アレイ2が露光したときに受光素子グループ20の各光電変換素子211がオーバーフローしなかったときには、圧縮信号S2に含まれる画素値と各受光素子21a、21b、21c、21dの蓄積時間T1、T2、T3、T4とに基づいて圧縮信号S2を画素信号S3に再構築する。また、再構築処理部102Aは、受光素子アレイ2が露光したときに受光素子グループ20において光電変換素子211がオーバーフローした受光素子21と光電変換素子211がオーバーフローしなかった受光素子21とがあったときには、各受光素子21の光電変換素子211が露光によってオーバーフローしない容量であった場合に取得できる画素値(信号値)の予想値を含むように圧縮信号S2を画素信号S3に再構築する。 Specifically, when the photoelectric conversion elements 211 of the photoreceptor array 20 do not overflow when the photoreceptor array 2 is exposed, the reconstruction processing unit 102A reconstructs the compressed signal S2 into a pixel signal S3 based on the pixel values included in the compressed signal S2 and the accumulation times T1, T2, T3, and T4 of the photoreceptors 21a, 21b, 21c, and 21d. Furthermore, when the photoreceptor array 2 is exposed and there are photoreceptors 21 in the photoreceptor group 20 whose photoelectric conversion elements 211 overflow and those whose photoelectric conversion elements 211 do not overflow, the reconstruction processing unit 102A reconstructs the compressed signal S2 into a pixel signal S3 so as to include predicted pixel values (signal values) that can be obtained if the photoelectric conversion elements 211 of each photoreceptor 21 have a capacity that will not overflow when exposed.
より具体的に、再構築処理部102Aは、例えば、図5に示すように、受光素子グループ20Aから出力された圧縮信号S2に含まれる画素値が250のときには、画素信号S3に含まれる画素値をxとして、T4=(1/4)T1、T3=(2/4)T1、T2=(3/4)T1より、下記の演算を行う。
{x+(3/4)x+(2/4)x+(1/4)x}/4=250
x=400
そして、再構築処理部102Aは、画素信号S3に含まれる画素値xが400となるように、圧縮信号S2から画素信号S3を再構築する。
More specifically, for example, as shown in FIG. 5, when the pixel value contained in the compressed signal S2 output from the light receiving element group 20A is 250, the reconstruction processing unit 102A performs the following calculation, where x is the pixel value contained in the pixel signal S3, and T4 = (1/4)T1, T3 = (2/4)T1, and T2 = (3/4)T1.
{x+(3/4)x+(2/4)x+(1/4)x}/4=250
x=400
Then, the reconstruction processing unit 102A reconstructs the pixel signal S3 from the compressed signal S2 so that the pixel value x included in the pixel signal S3 becomes 400.
また、再構築処理部102Aは、例えば、図6に示すように、受光素子グループ20Aから出力された圧縮信号S2に含まれる画素値が450のとき(即ち、受光素子グループ20において光電変換素子211がオーバーフローした受光素子21と光電変換素子211がオーバーフローしなかった受光素子21とがあったとき)には、第四蓄積時間T4のときに受光素子21dから得られる信号S1に含まれる画素値をx1として、下記の演算を行う。
(500+500+500+x1)/4=450
x1=300
そして、第四蓄積時間T4のときに受光素子21dから出力される信号S1dに含まれる画素値x1が300であることから、再構築処理部102Aは、信号S1d(画素値300)を第一蓄積時間T1のときに受光素子21aから出力される信号S1a相当に換算する。具体的には、第一蓄積時間T1が第四蓄積時間T4の四倍であるため、300×4=1200となり、これにより、画素信号S3に含まれる画素値(予想値)x2が1200となるように再構築処理部102Aは画素信号S3を再構築する。
Furthermore, for example, as shown in FIG. 6, when the pixel value included in the compressed signal S2 output from the light receiving element group 20A is 450 (i.e., when there are light receiving elements 21 whose photoelectric conversion elements 211 have overflowed and light receiving elements 21 whose photoelectric conversion elements 211 have not overflowed in the light receiving element group 20), the reconstruction processing unit 102A performs the following calculation, using x1 as the pixel value included in the signal S1 obtained from the light receiving element 21d at the fourth accumulation time T4.
(500+500+500+x1)/4=450
x1 = 300
Then, because the pixel value x1 included in the signal S1d output from the light receiving element 21d during the fourth accumulation time T4 is 300, the reconstruction processing unit 102A converts the signal S1d (pixel value 300) into a value equivalent to the signal S1a output from the light receiving element 21a during the first accumulation time T1. Specifically, because the first accumulation time T1 is four times the fourth accumulation time T4, 300×4=1200. As a result, the reconstruction processing unit 102A reconstructs the pixel signal S3 so that the pixel value (predicted value) x2 included in the pixel signal S3 becomes 1200.
このように、本実施形態の撮像装置100の再構築処理部102Aによれば、受光素子グループ20の各受光素子21a、21b、21c、21dがシグナル・レンジより大きな値(画素値)となるような光量の光が入射しても(即ち、受光素子グループ20において光電変換素子211がオーバーフローする受光素子21が有っても)、白飛びすることなく出力画像が生成される。即ち、本実施形態の撮像装置100では、シグナル・レンジが0~2000のHigh Dynamic Range(HDR)撮像が可能である。 As such, with the reconstruction processing unit 102A of the imaging device 100 of this embodiment, even if light of an amount such that each of the light receiving elements 21a, 21b, 21c, and 21d in the light receiving element group 20 has a value (pixel value) greater than the signal range is incident (i.e., even if there is a light receiving element 21 in the light receiving element group 20 whose photoelectric conversion element 211 overflows), an output image is generated without blown-out highlights. In other words, the imaging device 100 of this embodiment is capable of High Dynamic Range (HDR) imaging with a signal range of 0 to 2000.
不揮発性メモリ103は、電気的に消去・記録可能な不揮発性のメモリである。本実施形態の不揮発性メモリ103は、制御部102が実行する基本的なソフトウェアであるOS(オペレーティングシステム)、及びこのOSと協働して応用的な機能を実現するアプリケーションを記録している。また、作業用メモリ104は、表示部106の画像表示用メモリ、及び制御部102の作業領域等として使用される。 The non-volatile memory 103 is electrically erasable and recordable non-volatile memory. In this embodiment, the non-volatile memory 103 stores the OS (operating system), which is the basic software executed by the control unit 102, and applications that work with the OS to realize applied functions. The working memory 104 is used as image display memory for the display unit 106 and as a working area for the control unit 102.
操作部105は、撮像装置100に対する指示をユーザ等が入力するために用いられる。本実施形態の操作部105は、撮像装置100の電源のON/OFFを指示するための電源ボタン、及び表示部106に形成されるタッチパネル等を有する。 The operation unit 105 is used by a user or the like to input instructions to the imaging device 100. In this embodiment, the operation unit 105 includes a power button for turning the imaging device 100 on and off, and a touch panel formed on the display unit 106.
表示部106は、出力画像(画像データ)の表示、及び操作のための文字表示等を行う。 The display unit 106 displays the output image (image data) and displays text for operation.
記録媒体107は、撮像部101から出力された画像データを記録する。 The recording medium 107 records the image data output from the imaging unit 101.
接続部108は、外部機器と接続するためのインターフェイスである。この接続部108を介して、撮像装置100が外部機器とデータのやりとりを行う。 The connection unit 108 is an interface for connecting to external devices. The imaging device 100 exchanges data with external devices via this connection unit 108.
近距離無線通信部109は、近距離無線通信を行うための通信ユニットである。近距離無線通信部109は、無線通信のためのアンテナと無線信号を処理するための変復調回路や通信コントローラによって構成されている。 The short-range wireless communication unit 109 is a communication unit for performing short-range wireless communication. The short-range wireless communication unit 109 is composed of an antenna for wireless communication, a modulation/demodulation circuit for processing wireless signals, and a communication controller.
公衆網接続部110は、公衆無線通信を行うためのインターフェイスである。この公衆網接続部110を介して、撮像装置100は、他の機器と通話のための通信を行う。このとき、制御部102は、マイク111及びスピーカ112を介して音声信号の入出力を行うことで前記通話を実現する。本実施形態の公衆網接続部110は、アンテナであり、このアンテナを介して制御部102が公衆網に接続する。 The public network connection unit 110 is an interface for conducting public wireless communications. The imaging device 100 communicates with other devices via this public network connection unit 110. At this time, the control unit 102 realizes the call by inputting and outputting audio signals via the microphone 111 and speaker 112. In this embodiment, the public network connection unit 110 is an antenna, and the control unit 102 connects to the public network via this antenna.
以上の撮像装置100は、複数の受光素子21をそれぞれ有する複数の受光素子グループ20を備える受光素子アレイ2と、受光素子グループ20の複数の受光素子21から出力される信号S1を圧縮した圧縮信号S2を受光素子グループ20毎にそれぞれ生成する圧縮部10と、を備えている。このように、圧縮部10が受光素子グループ20毎に圧縮信号S2を生成し、これら圧縮された各圧縮信号(即ち、信号量が抑えられた状態の信号)S2を出力することで、該圧縮部10より下流側の構成(本実施形態の例では、制御部102等)において消費電力が抑えられる。 The imaging device 100 described above includes a photoreceptor array 2 having a plurality of photoreceptor groups 20, each having a plurality of photoreceptors 21, and a compression unit 10 that generates a compressed signal S2 for each photoreceptor group 20 by compressing the signal S1 output from the plurality of photoreceptors 21 in the photoreceptor group 20. In this way, the compression unit 10 generates a compressed signal S2 for each photoreceptor group 20 and outputs each of these compressed signals S2 (i.e., signals with reduced signal volume), thereby reducing power consumption in the components downstream of the compression unit 10 (such as the control unit 102 in this embodiment).
また、本実施形態の撮像装置100は、受光素子アレイ2と圧縮部10とを有する固体撮像素子1を備えている。かかる構成によれば、固体撮像素子1において圧縮部10が受光素子グループ20毎に圧縮信号S2を生成し、これら圧縮された各圧縮信号(即ち、信号量が抑えられた状態の信号)S2を出力することで、固体撮像素子1(詳しくは、圧縮部10)より下流側の構成において消費電力を抑えることができる。 The imaging device 100 of this embodiment also includes a solid-state imaging element 1 having a light-receiving element array 2 and a compression unit 10. With this configuration, the compression unit 10 in the solid-state imaging element 1 generates a compressed signal S2 for each light-receiving element group 20, and outputs each of these compressed signals S2 (i.e., signals with reduced signal volume), thereby reducing power consumption in the configuration downstream of the solid-state imaging element 1 (more specifically, the compression unit 10).
また、本実施形態の撮像装置100は、圧縮部10により生成された圧縮信号S2を、該圧縮信号S2に含まれている圧縮前の情報に基づいて出力画像における該圧縮信号S2と対応する画素の画素信号S3に再構築する再構築処理部102Aを備えている。このため、圧縮部10の下流側において画素信号S3が再構築され、この画素信号S3が表示部106等に出力されることで該表示部106等に表示される画像(即ち、表示部106から得られる画像)の画質が向上する。 The imaging device 100 of this embodiment also includes a reconstruction processing unit 102A that reconstructs the compressed signal S2 generated by the compression unit 10 into a pixel signal S3 of the pixel in the output image that corresponds to the compressed signal S2, based on the pre-compression information contained in the compressed signal S2. As a result, the pixel signal S3 is reconstructed downstream of the compression unit 10, and this pixel signal S3 is output to a display unit 106 or the like, thereby improving the image quality of the image displayed on the display unit 106 or the like (i.e., the image obtained from the display unit 106).
また、本実施形態の撮像装置100において、受光素子グループ20では、受光素子アレイ2が露光したときに該受光素子グループ20の少なくとも一つの受光素子21の露光量が該受光素子グループ20の他の受光素子21の露光量と異なる。かかる構成によれば、各圧縮信号S2において、露光量の異なる受光素子21a、21b、21c、21dから出力される各信号S1a、S1b、S1c、S1dの情報を含めつつ信号量を抑えることができる。 Furthermore, in the imaging device 100 of this embodiment, when the light receiving element array 2 is exposed, the amount of exposure of at least one light receiving element 21 in the light receiving element group 20 is different from the amount of exposure of the other light receiving elements 21 in the light receiving element group 20. With this configuration, the signal amount can be reduced while including information on the signals S1a, S1b, S1c, and S1d output from the light receiving elements 21a, 21b, 21c, and 21d with different exposure amounts in each compressed signal S2.
また、本実施形態の撮像装置100では、受光素子グループ20において、受光素子21a、21b、21c、21d毎の露光量の違いは、各受光素子21a、21b、21c、21dの露光時間(電荷の蓄積時間)の違いによって生じている。このように受光素子21a、21b、21c、21d毎の露光時間を調整して受光素子グループ20内における受光素子21a、21b、21c、21dの露光量の違いを生じさせる構成とすることで、受光素子21a、21b、21c、21dの露光量を制御(本実施形態の例では、第一回路部3による制御)によって変更することが可能となる。 In addition, in the imaging device 100 of this embodiment, the differences in the amount of exposure for each of the light receiving elements 21a, 21b, 21c, and 21d in the light receiving element group 20 are caused by differences in the exposure time (charge accumulation time) of each of the light receiving elements 21a, 21b, 21c, and 21d. By adjusting the exposure time for each of the light receiving elements 21a, 21b, 21c, and 21d in this manner to cause differences in the amount of exposure for each of the light receiving elements 21a, 21b, 21c, and 21d within the light receiving element group 20, it is possible to change the amount of exposure for each of the light receiving elements 21a, 21b, 21c, and 21d by controlling (in this embodiment, by control by the first circuit unit 3).
また、本実施形態の撮像装置100では、各圧縮部10は、受光素子グループ20の各受光素子21a、21b、21c、21dから出力される信号S1a、S1b、S1c、S1dに含まれる画素値(信号値)の平均値を含む圧縮信号S2を対応する受光素子グループ20毎にそれぞれ生成する。前記平均値の代わりに重み平均値が用いられてもよい。 Furthermore, in the imaging device 100 of this embodiment, each compression unit 10 generates a compressed signal S2 for each corresponding light receiving element group 20, the compressed signal S2 including the average value of the pixel values (signal values) included in the signals S1a, S1b, S1c, and S1d output from each light receiving element 21a, 21b, 21c, and 21d of the light receiving element group 20. A weighted average value may be used instead of the average value.
また、本実施形態の撮像装置100では、受光素子グループ20の各受光素子21は、光電変換素子211をそれぞれ有する。そして、再構築処理部102Aは、受光素子アレイ2が露光したときに受光素子グループ20において光電変換素子211がオーバーフローした受光素子21とオーバーフローしなかった受光素子21とがあったときに、各受光素子21の光電変換素子211が露光によってオーバーフローしない容量であった場合に取得できる信号値の予想値を演算によって求めることで圧縮信号S2を画素信号S3に再構築する。これにより、各受光素子21によって規定されるダイナミックレンジより大きなダイナミックレンジの出力画像(画像データ)を得ることができる、即ち、ハイダイナミックレンジでの撮像が可能となる。 In addition, in the imaging device 100 of this embodiment, each light receiving element 21 in the light receiving element group 20 has a photoelectric conversion element 211. When the light receiving element array 2 is exposed to light and some light receiving elements 211 in the light receiving element group 20 overflow and some do not, the reconstruction processing unit 102A calculates the predicted signal value that can be obtained if the photoelectric conversion element 211 of each light receiving element 21 has a capacity that will not overflow due to exposure, and reconstructs the compressed signal S2 into a pixel signal S3. This makes it possible to obtain an output image (image data) with a dynamic range larger than the dynamic range defined by each light receiving element 21, i.e., enables imaging with a high dynamic range.
また、本実施形態の撮像装置100では、受光素子アレイ2がN個の受光素子21を有していても、受光素子グループ20がm個あるため、受光素子アレイ2から読み出される信号S2の数(又は回数)がN/mに抑えられる。尚、N>mである。 Furthermore, in the imaging device 100 of this embodiment, even if the light receiving element array 2 has N light receiving elements 21, there are m light receiving element groups 20, so the number (or number of times) of signals S2 read from the light receiving element array 2 is limited to N/m, where N>m.
これにより、受光素子アレイから各受光素子の信号がそれぞれ読み出される構成に比べ、受光素子アレイ2から読み出されるデータ量が抑えられる。その結果、固体撮像素子1から制御部102等へ転送されるデータ量が抑えられ、撮像装置100において高い画質と低パワー、高フレームレートの両立が可能となる。 This reduces the amount of data read from the light-receiving element array 2 compared to a configuration in which the signals of each light-receiving element are read out individually from the light-receiving element array. As a result, the amount of data transferred from the solid-state imaging element 1 to the control unit 102, etc. is reduced, enabling the imaging device 100 to achieve both high image quality, low power consumption, and a high frame rate.
また、本実施形態の撮像装置100では、デュアルコンバージョンゲイン(DCG)のような複数回画素を読む動作を省略できるため、高い画質と低パワー、高フレームレートの両立が可能となる。 In addition, the imaging device 100 of this embodiment can omit the operation of reading pixels multiple times, such as in dual conversion gain (DCG), making it possible to achieve high image quality, low power consumption, and a high frame rate.
以上のような本実施形態の撮像装置100では、受光素子グループ20内の複数の受光素子21a、21b、21c、21dから出力される信号S1a、S1b、S1c、S1dが圧縮されて圧縮信号S2となり、この複数の受光素子21a、21b、21c、21dの信号S1a、S1b、S1c、S1dの情報を含む圧縮信号S2を、再構築処理部102Aが撮像画像における一つの画素に対応する画素信号S3に再構築することで、撮像画像が生成される。即ち、本実施形態の撮像装置100は、受光素子グループ20の数に対応する画素数の出力画像を生成する。 In the image capturing device 100 of this embodiment as described above, the signals S1a, S1b, S1c, and S1d output from the multiple light receiving elements 21a, 21b, 21c, and 21d in the light receiving element group 20 are compressed to become a compressed signal S2, and the reconstruction processing unit 102A reconstructs the compressed signal S2, which contains information about the signals S1a, S1b, S1c, and S1d from the multiple light receiving elements 21a, 21b, 21c, and 21d, into a pixel signal S3 corresponding to one pixel in the captured image, thereby generating a captured image. In other words, the image capturing device 100 of this embodiment generates an output image with a number of pixels corresponding to the number of light receiving element groups 20.
次に、本発明の第二実施形態について、図7~図10も参照しつつ説明するが、上記第一実施形態と同様の構成には同一符号を用い、第一実施形態と異なる構成について詳細に説明する。 Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to Figures 7 to 10. The same reference numerals will be used for components similar to those in the first embodiment, and components that differ from the first embodiment will be described in detail.
第二実施形態に係る撮像装置100は、図7に示すように、複数の受光素子21をそれぞれ有する複数の受光素子グループ20を備える受光素子アレイ2Aと、受光素子グループ20が有する複数の受光素子21から出力される信号S1を圧縮した圧縮信号S2を受光素子グループ20毎にそれぞれ生成する少なくとも一つの圧縮部10Aと、を備える。本実施形態の撮像装置100は、一つの圧縮部10Aを備え、この一つの圧縮部10Aが、受光素子グループ20が有する複数の受光素子21から出力される信号S1を圧縮した圧縮信号S2を受光素子グループ20毎に生成する。 As shown in FIG. 7 , the imaging device 100 according to the second embodiment includes a light receiving element array 2A having a plurality of light receiving element groups 20, each having a plurality of light receiving elements 21, and at least one compression unit 10A that generates, for each light receiving element group 20, a compressed signal S2 by compressing the signal S1 output from the plurality of light receiving elements 21 in the light receiving element group 20. The imaging device 100 of this embodiment includes one compression unit 10A, and this one compression unit 10A generates, for each light receiving element group 20, a compressed signal S2 by compressing the signal S1 output from the plurality of light receiving elements 21 in the light receiving element group 20.
具体的に、撮像装置100は、撮像部101と、制御部102と、を備える。本実施形態の撮像装置100も、第一実施形態と同様に、不揮発性メモリ103と、作業用メモリ104と、操作部105と、表示部106と、記録媒体107と、接続部108と、近距離無線通信部109と、公衆網接続部110と、マイク111と、スピーカ112と、を備える。 Specifically, the imaging device 100 includes an imaging unit 101 and a control unit 102. Similar to the first embodiment, the imaging device 100 of this embodiment also includes a non-volatile memory 103, a working memory 104, an operation unit 105, a display unit 106, a recording medium 107, a connection unit 108, a short-range wireless communication unit 109, a public network connection unit 110, a microphone 111, and a speaker 112.
撮像部101は、少なくとも一つの光学素子によって構成される光学系と、該光学系を通じて結像した対象物(撮像対象物)の像を電気信号に変換する(即ち、撮像する)固体撮像素子1Aと、を備える。 The imaging unit 101 includes an optical system composed of at least one optical element, and a solid-state imaging element 1A that converts the image of an object (image object) formed through the optical system into an electrical signal (i.e., captures the image).
固体撮像素子1Aは、複数の受光素子21が行列状に配置される受光素子アレイ2Aと、受光素子アレイ2Aに接続される第一回路部3A及び第二回路部4Aと、第二回路部4Aが接続される信号処理部5Aと、を有する。 The solid-state imaging device 1A has a light-receiving element array 2A in which multiple light-receiving elements 21 are arranged in a matrix, a first circuit unit 3A and a second circuit unit 4A connected to the light-receiving element array 2A, and a signal processing unit 5A to which the second circuit unit 4A is connected.
本実施形態の受光素子アレイ2Aでは、複数の行信号線25Aが、行列状に配置された受光素子21に対して行毎に配置され、複数の列信号線26Aが、行列状に配置された受光素子21に対して列毎に配置されている。 In the light receiving element array 2A of this embodiment, multiple row signal lines 25A are arranged for each row of the light receiving elements 21 arranged in a matrix, and multiple column signal lines 26A are arranged for each column of the light receiving elements 21 arranged in a matrix.
第一回路部3Aは、受光素子アレイ2の制御等を行い、第二回路部4Aは、各受光素子21からの信号S1の読み出しやノイズ除去、読み出された各信号S1のA/D変換等の信号処理を行う。 The first circuit unit 3A controls the light receiving element array 2, while the second circuit unit 4A performs signal processing such as reading out the signal S1 from each light receiving element 21, removing noise, and A/D converting each read-out signal S1.
信号処理部5Aは、第二回路部4から出力された圧縮信号S2に対して各種の処理が行われる部位であり、各受光素子21から出力される信号S1を受光素子グループ20毎に圧縮する信号処理(圧縮処理)等も行う。即ち、本実施形態の撮像装置100では、信号処理部5Aの少なくとも一部が圧縮部10Aを構成する。 The signal processing unit 5A is a component that performs various processes on the compressed signal S2 output from the second circuit unit 4, and also performs signal processing (compression processing) to compress the signal S1 output from each light receiving element 21 for each light receiving element group 20. In other words, in the imaging device 100 of this embodiment, at least a portion of the signal processing unit 5A constitutes the compression unit 10A.
この信号処理部5Aは、受光素子グループ20が有する複数の受光素子(本実施形態の例では、第一受光素子21a、第二受光素子21b、第三受光素子21c、及び第四受光素子21d)において第一受光素子21aを基準となる基準受光素子とし、第二~第四受光素子21b~21dを非基準受光素子としたときに(図10参照)、基準受光素子21aから出力される信号S1aに含まれる画素値(信号値)である基準信号値Sv1aと、非基準受光素子21b、21c、21dから出力される信号S1b、S1c、S1dに含まれる画素値(信号値)である非基準信号値Sv1b、Sv1c、Sv1dと、の差に基づいて圧縮信号S2を生成する。 When the first light receiving element 21a is used as the reference light receiving element and the second to fourth light receiving elements 21b to 21d are used as non-reference light receiving elements among the multiple light receiving elements (in this embodiment, the first light receiving element 21a, second light receiving element 21b, third light receiving element 21c, and fourth light receiving element 21d) included in the light receiving element group 20 (see FIG. 10), the signal processing unit 5A generates a compressed signal S2 based on the difference between the reference signal value Sv1a, which is the pixel value (signal value) included in the signal S1a output from the reference light receiving element 21a, and the non-reference signal values Sv1b, Sv1c, and Sv1d, which are pixel values (signal values) included in the signals S1b, S1c, and S1d output from the non-reference light receiving elements 21b, 21c, and 21d.
本実施形態の固体撮像素子1Aでは、一つの信号処理部5A(圧縮部10A)が、受光素子アレイ2の有する各受光素子21からの信号S1を処理する際に、隣接する複数の受光素子(本実施形態の例では、2×2の行列状に配置された受光素子)21a、21b、21c、21dを受光素子グループ20として受光素子グループ20毎に信号S1を処理して圧縮信号S2を生成し、この受光素子グループ20毎に生成された圧縮信号S2を下流側の構成(制御部102等)に出力する。 In the solid-state imaging device 1A of this embodiment, when one signal processing unit 5A (compression unit 10A) processes a signal S1 from each light receiving element 21 of the light receiving element array 2, it processes the signal S1 for each light receiving element group 20, treating multiple adjacent light receiving elements (in this embodiment, light receiving elements arranged in a 2x2 matrix) 21a, 21b, 21c, and 21d as light receiving element groups 20, to generate a compressed signal S2, and outputs the compressed signal S2 generated for each light receiving element group 20 to a downstream configuration (such as the control unit 102).
詳しくは、信号処理部5A(圧縮部10A)は、図8にも示すように、受光素子グループ20の非基準受光素子21b、21c、21dから出力される信号S1b、S1c、S1dに含まれる非基準信号値(画素値)Sv1b、Sv1c、Sv1dにおいて、基準受光素子21aから出力される信号S1aに含まれる基準信号値(画素値)Sv1aとの差が所定の閾値(本実施形態の例では、各受光素子21のシグナル・レンジが0~500の場合、画素値の差が25~75)未満になる非基準信号値(第一信号値)Sv1b、Sv1c、Sv1dしかないときは、該受光素子グループ20の各受光素子21a、21b、21c、21dから出力される信号S1a、S1b、S1c、S1dに含まれる画素値Sv1a、Sv1b、Sv1c、Sv1dの平均値を含む圧縮信号S2を生成する(第一の圧縮処理)。尚、所定の閾値は、受光素子21のシグナル・レンジのマックスの値の10%程度を目安に設定される。また、本実施形態の信号処理部5Aにおける第一の圧縮処理は、いわゆるビニング(binning)である。また、本実施形態の圧縮信号S2は、画素値Sv1a、Sv1b、Sv1c、Sv1dの平均値と、位置情報3b111と、を有する。尚、本実施形態の信号処理部5A(圧縮部10)での第一の圧縮処理によって生成された圧縮信号S2の位置情報は、固定値(3b111)である。 In more detail, as shown in FIG. 8, the signal processing unit 5A (compression unit 10A) calculates whether the difference between the non-reference signal values (pixel values) Sv1b, Sv1c, Sv1d included in the signals S1b, S1c, S1d output from the non-reference light receiving elements 21b, 21c, 21d of the light receiving element group 20 and the reference signal value (pixel value) Sv1a included in the signal S1a output from the reference light receiving element 21a is equal to or greater than a predetermined threshold value (in this embodiment, the difference is calculated by multiplying the difference by 1/2 by 1/2). When the signal range of 1 is 0 to 500, and only non-reference signal values (first signal values) Sv1b, Sv1c, and Sv1d exist for which the pixel value difference is less than 25 to 75, a compressed signal S2 is generated (first compression process) including the average value of the pixel values Sv1a, Sv1b, Sv1c, and Sv1d included in the signals S1a, S1b, S1c, and S1d output from the light receiving elements 21a, 21b, 21c, and 21d of the light receiving element group 20. The predetermined threshold is set approximately 10% of the maximum value of the signal range of the light receiving element 21. The first compression process in the signal processing unit 5A of this embodiment is so-called binning. The compressed signal S2 of this embodiment includes the average value of the pixel values Sv1a, Sv1b, Sv1c, and Sv1d and position information 3b111. In this embodiment, the position information of the compressed signal S2 generated by the first compression process in the signal processing unit 5A (compression unit 10) is a fixed value (3b111).
また、信号処理部5A(圧縮部10A)は、図9にも示すように、基準信号値Sv1aとの差が所定の閾値未満になる非基準信号値(第一信号値)Sv1cと、基準信号値Sv1aとの差が所定の閾値以上になる非基準信号値(第二信号値)Sv1b、Sv1dと、があるときは、各受光素子21a、21b、21c、21dから出力される信号のうち第二信号値Sv1b、Sv1dと対応する信号S1b、S1dを削除すると共に、該基準受光素子21aが出力する信号S1aに含まれる画素値Sv1aを該画素値Sv1aと第一信号値Sv1cとの平均値(図9に示す例では、100)とした上で、第一信号値Sv1cを含む信号S1cを出力した非基準受光素子21cの基準受光素子21aに対する位置情報(図9に示す例では、圧縮信号S2の符号3b010)を付加することにより、圧縮信号S2を生成する(第二の圧縮処理)。 Furthermore, as shown in FIG. 9, when there is a non-reference signal value (first signal value) Sv1c whose difference from the reference signal value Sv1a is less than a predetermined threshold, and non-reference signal values (second signal values) Sv1b, Sv1d whose difference from the reference signal value Sv1a is equal to or greater than a predetermined threshold, the signal processing unit 5A (compression unit 10A) deletes the signals S1b, S1d corresponding to the second signal values Sv1b, Sv1d from the signals output from the light receiving elements 21a, 21b, 21c, 21d. At the same time, the pixel value Sv1a included in the signal S1a output by the reference light receiving element 21a is set to the average value of the pixel value Sv1a and the first signal value Sv1c (100 in the example shown in FIG. 9), and position information (symbol 3b010 of the compressed signal S2 in the example shown in FIG. 9) of the non-reference light receiving element 21c that output the signal S1c including the first signal value Sv1c relative to the reference light receiving element 21a is added to generate a compressed signal S2 (second compression process).
尚、第二の圧縮処理の位置情報(図9における圧縮信号S2の符号3b010)において、実際の位置情報は、3bitのデータであり、図9に示す例では「010」である。この三桁の数字において一つ目の数字(最も左の数字)が基準受光素子(第一受光素子)21aに対する第二受光素子21bの位置を示し、二つ目の数字が基準受光素子21aに対する第三受光素子21cの位置を示し、三つ目の数字が基準受光素子21aに対する第四受光素子21dの位置を示す。そして、各位置に対応する受光素子21b、21c、21dからの信号S1b、S1c、S1dに含まれる画素値が第一信号値のときに1となり、第二信号値のときに0となる。 The position information for the second compression process (symbol 3b010 of compressed signal S2 in Figure 9) is actually 3-bit data, and in the example shown in Figure 9, it is "010." In this three-digit number, the first digit (the leftmost digit) indicates the position of the second light-receiving element 21b relative to the reference light-receiving element (first light-receiving element) 21a, the second digit indicates the position of the third light-receiving element 21c relative to the reference light-receiving element 21a, and the third digit indicates the position of the fourth light-receiving element 21d relative to the reference light-receiving element 21a. The pixel values contained in the signals S1b, S1c, and S1d from the light-receiving elements 21b, 21c, and 21d corresponding to each position are 1 when the first signal value is reached, and 0 when the second signal value is reached.
制御部102は、再構築処理部102Bを有し、この再構築処理部102Bは、固体撮像素子1Aから出力される圧縮信号S2から、該圧縮信号S2と対応する受光素子グループ20の各受光素子21a、21b、21c、21dに対応する画素の画素信号S3a、S3b、S3c、S3dをそれぞれ再構築する。 The control unit 102 has a reconstruction processing unit 102B, which reconstructs, from the compressed signal S2 output from the solid-state imaging device 1A, pixel signals S3a, S3b, S3c, and S3d of the pixels corresponding to each of the light receiving elements 21a, 21b, 21c, and 21d in the light receiving element group 20 that correspond to the compressed signal S2.
具体的に、再構築処理部102Bは、第一の圧縮処理によって生成された圧縮信号S2(画素値4、位置情報3b111:図8参照)を、例えば、以下のようにして再構築する。 Specifically, the reconstruction processing unit 102B reconstructs the compressed signal S2 (pixel value 4, position information 3b111: see Figure 8) generated by the first compression process, for example, as follows:
図10の受光素子アレイ2Aにおける右上の受光素子グループ20から出力された圧縮信号S2に対し、再構築処理部102Bは、図8にも示すように、基準受光素子21aと対応する画素の画素信号S3aの画素値を、圧縮信号S2の画素値4と同じとし、各非基準受光素子21b、21c、21dと対応する画素の画素信号S3b、S3c、S3dの画素値を、それぞれ基準受光素子21aと対応する画素の画素信号S3aの画素値4と同じとすることで、圧縮信号S2を各画素信号S3a、S3b、S3c、S3dに再構築する。 For the compressed signal S2 output from the upper right light receiving element group 20 in the light receiving element array 2A in FIG. 10, the reconstruction processing unit 102B, as also shown in FIG. 8, sets the pixel value of the pixel signal S3a of the pixel corresponding to the reference light receiving element 21a to pixel value 4 of the compressed signal S2, and sets the pixel values of the pixel signals S3b, S3c, S3d of the pixels corresponding to each of the non-reference light receiving elements 21b, 21c, 21d to pixel value 4 of the pixel signal S3a of the pixel corresponding to the reference light receiving element 21a, thereby reconstructing the compressed signal S2 into each pixel signal S3a, S3b, S3c, S3d.
また、再構築処理部102Bは、第二の圧縮処理によって生成された圧縮信号S2(画素値100、位置情報3b010:図9参照)を、例えば、以下のようにして再構築する。 Furthermore, the reconstruction processing unit 102B reconstructs the compressed signal S2 (pixel value 100, position information 3b010: see Figure 9) generated by the second compression process, for example, as follows:
図10の受光素子アレイ2における左上の受光素子グループ20から出力された圧縮信号S2に対し、再構築処理部102Bは、図9にも示すように、基準受光素子21aと対応する画素の画素信号S3aの画素値を、圧縮信号S2の画素値100と同じとし、非基準受光素子21b、21c、21dと対応する各画素のうち、位置情報(3b010)において1となっている画素の画素信号S3cの画素値を、基準受光素子21aと対応する画素の画素値100と同じとし、位置情報(3b010)において0となっている画素の画素信号S3b、S3dの画素値を、行方向に隣り合う画素(図10に示す例では、右隣りの画素)の画素値4と同じとすることで、圧縮信号S2を各画素信号S3a、S3b、S3c、S3dに再構築する。尚、再構築処理部102Bは、位置情報(3b010)において0となっている画素の画素信号S3b、S3dの各画素値を、当該圧縮信号S2の画素値100と、行方向に隣り合う受光素子グループ20から出力された圧縮信号S2の画素値4と、の重み平均値又は平均値としてもよい。 For the compressed signal S2 output from the upper left light receiving element group 20 in the light receiving element array 2 in Figure 10, the reconstruction processing unit 102B, as also shown in Figure 9, sets the pixel value of the pixel signal S3a of the pixel corresponding to the reference light receiving element 21a to the pixel value 100 of the compressed signal S2, sets the pixel value of the pixel signal S3c of the pixel corresponding to the non-reference light receiving elements 21b, 21c, and 21d, which has position information (3b010) set to 1, to the pixel value 100 of the pixel corresponding to the reference light receiving element 21a, and sets the pixel values of the pixel signals S3b and S3d of the pixel corresponding to the pixel with position information (3b010) set to 0, to the pixel value 4 of the adjacent pixel in the row direction (in the example shown in Figure 10, the pixel adjacent to the right), thereby reconstructing the compressed signal S2 into each pixel signal S3a, S3b, S3c, and S3d. Furthermore, the reconstruction processing unit 102B may set each pixel value of the pixel signals S3b, S3d of a pixel whose position information (3b010) is 0 to the weighted average or average value of the pixel value 100 of the compressed signal S2 and the pixel value 4 of the compressed signal S2 output from the adjacent light receiving element group 20 in the row direction.
以上の撮像装置100では、図10に示すように、露光時において受光素子アレイ2の左端部において縦線状の像(図10において他の領域に対して白くなっている領域)が結像した場合、信号処理部5A(圧縮部10A)は、受光素子アレイ2の右側において上下に並ぶ受光素子グループ20に対して第一の圧縮処理をそれぞれ行い、受光素子アレイ2の左側において上下に並ぶ受光素子グループ20に対して第二の圧縮処理を行それぞれ行う。このようにして受光素子グループ20毎に生成された圧縮信号S2が固体撮像素子1Aからそれぞれ出力される。 In the imaging device 100 described above, as shown in FIG. 10, when a vertical line image (the area that appears white compared to other areas in FIG. 10) is formed at the left end of the light receiving element array 2 during exposure, the signal processing unit 5A (compression unit 10A) performs a first compression process on the light receiving element groups 20 arranged vertically on the right side of the light receiving element array 2, and performs a second compression process on the light receiving element groups 20 arranged vertically on the left side of the light receiving element array 2. In this way, a compressed signal S2 generated for each light receiving element group 20 is output from the solid-state imaging device 1A.
続いて、制御部102の再構築処理部102Bが、第一の圧縮処理によって生成された圧縮信号S2と、第二の圧縮処理によって生成された圧縮信号S2とを、それぞれ異なる方法によって再構築し(図8及び図9参照)、これにより、画像データとしてボケの少ない高解像画像が生成される。 Next, the reconstruction processing unit 102B of the control unit 102 reconstructs the compressed signal S2 generated by the first compression process and the compressed signal S2 generated by the second compression process using different methods (see Figures 8 and 9), thereby generating a high-resolution image with little blur as image data.
本実施形態に係る撮像装置100は、複数の受光素子21をそれぞれ有する複数の受光素子グループ20を備える受光素子アレイ2Aと、受光素子グループ20の複数の受光素子21から出力される信号S1を圧縮した圧縮信号S2を受光素子グループ20毎にそれぞれ生成する信号処理部5A(圧縮部10A)と、を備える。このように、信号処理部5Aが受光素子グループ20毎に圧縮信号S2を生成し、これら圧縮された各圧縮信号(即ち、信号量が抑えられた状態の信号)S2を出力することで、該信号処理部5Aより下流側の構成において消費電力が抑えられる。 The imaging device 100 according to this embodiment includes a light receiving element array 2A having a plurality of light receiving element groups 20, each having a plurality of light receiving elements 21, and a signal processing unit 5A (compression unit 10A) that generates a compressed signal S2 for each light receiving element group 20 by compressing the signal S1 output from the plurality of light receiving elements 21 in the light receiving element group 20. In this way, the signal processing unit 5A generates a compressed signal S2 for each light receiving element group 20 and outputs each of these compressed signals S2 (i.e., signals with reduced signal volume), thereby reducing power consumption in the configuration downstream of the signal processing unit 5A.
また、本実施形態の撮像装置100では、受光素子グループ20に含まれる複数の受光素子21は、基準となる受光素子21である基準受光素子21aと、基準受光素子21a以外の非基準受光素子21b、21c、21dと、を有する。そして、信号処理部5A(圧縮部10A)は、基準受光素子21aから出力される信号S1aに含まれる画素値(信号値)である基準信号値Sv1aと、非基準受光素子21b、21c、21dから出力される信号S1b、S1c、S1dに含まれる画素値(信号値)である非基準信号値Sv1b、Sv1c、Sv1dと、の差に基づいて圧縮信号S2を生成する。 In addition, in the imaging device 100 of this embodiment, the multiple light receiving elements 21 included in the light receiving element group 20 include a reference light receiving element 21a, which is the reference light receiving element 21, and non-reference light receiving elements 21b, 21c, and 21d other than the reference light receiving element 21a. The signal processing unit 5A (compression unit 10A) generates a compressed signal S2 based on the difference between a reference signal value Sv1a, which is a pixel value (signal value) included in the signal S1a output from the reference light receiving element 21a, and non-reference signal values Sv1b, Sv1c, and Sv1d, which are pixel values (signal values) included in the signals S1b, S1c, and S1d output from the non-reference light receiving elements 21b, 21c, and 21d.
このように、基準受光素子21aに対する非基準受光素子21b、21c、21dの位置毎の基準信号値(画素値)Sv1aと非基準信号値(画素値)Sv1b、Sv1c、Sv1dとの差に基づいて各受光素子21a、21b、21c、21dから出力される信号S1a、S1b、S1c、S1dを圧縮することで、再構築処理部102Bにおいて前記位置毎の信号量の差を再構築することができ、これにより、出力画像において解像度を確保することができる。即ち、ボケの少ない高解像画像が得られる。 In this way, by compressing the signals S1a, S1b, S1c, and S1d output from each light-receiving element 21a, 21b, 21c, and 21d based on the difference between the reference signal value (pixel value) Sv1a and the non-reference signal values (pixel values) Sv1b, Sv1c, and Sv1d for each position of the non-reference light-receiving elements 21b, 21c, and 21d relative to the reference light-receiving element 21a, the reconstruction processing unit 102B can reconstruct the difference in signal amount for each position, thereby ensuring resolution in the output image. In other words, a high-resolution image with little blur is obtained.
また、本実施形態の撮像装置100では、信号処理部5A(圧縮部10A)は、受光素子グループ20の非基準受光素子21b、21c、21dから出力される信号S1b、S1c、S1dに含まれる非基準信号値Sv1b、Sv1c、Sv1dにおいて、基準信号値Sv1aとの差が所定の閾値未満になる非基準信号値Sv1b、Sv1c、Sv1dしかないときは、該受光素子グループ20の各受光素子21a、21b、21c、21dから出力される信号S1a、S1b、S1c、S1dに含まれる画素値(信号値)Sv1a、Sv1b、Sv1c、Sv1dの平均値を含む圧縮信号S2を生成する。尚、前記平均値の代わりに重み平均値が用いられてもよい。 In addition, in the imaging device 100 of this embodiment, when the signals S1b, S1c, and S1d output from the non-reference light-receiving elements 21b, 21c, and 21d of the light-receiving element group 20 contain only non-reference signal values Sv1b, Sv1c, and Sv1d whose difference from the reference signal value Sv1a is less than a predetermined threshold, the signal processing unit 5A (compression unit 10A) generates a compressed signal S2 containing the average value of the pixel values (signal values) Sv1a, Sv1b, Sv1c, and Sv1d included in the signals S1a, S1b, S1c, and S1d output from each light-receiving element 21a, 21b, 21c, and 21d of the light-receiving element group 20. Note that a weighted average value may be used instead of the average value.
また、信号処理部5A(圧縮部10A)は、基準信号値Sv1aとの差が所定の閾値未満になる非基準信号値である第一信号値Sv1cと、基準信号値Sv1aとの差が所定の閾値以上になる非基準信号値である第二信号値Sv1b、Sv1dと、があるときは、各受光素子21a、21b、21c、21dから出力される信号S1a、S1b、S1c、S1dのうち第二信号値Sv1b、Sv1dと対応する信号S1b、S1dを削除すると共に、第一信号値Sv1cを出力した非基準受光素子21cの基準受光素子21aに対する位置情報(本実施形態の例では、3b010)を該基準受光素子21aが出力する信号S1aに付加することで圧縮信号S2を生成する。 Furthermore, when there is a first signal value Sv1c, which is a non-reference signal value whose difference from the reference signal value Sv1a is less than a predetermined threshold, and second signal values Sv1b, Sv1d, which are non-reference signal values whose difference from the reference signal value Sv1a is equal to or greater than a predetermined threshold, the signal processing unit 5A (compression unit 10A) deletes the signals S1b, S1d corresponding to the second signal values Sv1b, Sv1d from the signals S1a, S1b, S1c, S1d output from each of the light receiving elements 21a, 21b, 21c, 21d, and adds position information (3b010 in this embodiment) of the non-reference light receiving element 21c that output the first signal value Sv1c relative to the reference light receiving element 21a to the signal S1a output from the reference light receiving element 21a, thereby generating a compressed signal S2.
このように、基準受光素子21aから出力される信号S1a(詳しくは、信号S1aに基づく信号)と、これに付加される位置情報(3b010等)とによって圧縮信号S2を構成することで、受光素子グループ20の各受光素子21a、21b、21c、21dから出力される信号S1a、S1b、S1c、S1dを全て下流側の構成に出力する場合に比べて信号量が好適に抑えられる。 In this way, by constructing a compressed signal S2 using the signal S1a (more specifically, a signal based on the signal S1a) output from the reference light-receiving element 21a and the positional information (3b010, etc.) added to it, the signal volume is suitably reduced compared to when the signals S1a, S1b, S1c, and S1d output from each light-receiving element 21a, 21b, 21c, and 21d in the light-receiving element group 20 are all output to a downstream configuration.
また、本実施形態の撮像装置100では、受光素子アレイ2がN個の受光素子21を有していても、受光素子グループ20がm個あるため、固体撮像素子1Aから出力される信号S2の数(又は回数)がN/mに抑えられる。尚、N>mである。 Furthermore, in the imaging device 100 of this embodiment, even if the light receiving element array 2 has N light receiving elements 21, there are m light receiving element groups 20, so the number (or number of times) of signals S2 output from the solid-state imaging element 1A is limited to N/m, where N>m.
これにより、受光素子アレイの各受光素子から読み出された信号が固体撮像素子からそれぞれ出力される構成に比べ、固体撮像素子1Aから出力される信号S2の信号量(データ量)が抑えられる。また、固体撮像素子1Aより下流側の構成(再構築処理部102B等)においてm画素+αの情報からN画素を再構築することで、撮像装置100において高い画質と低パワー、高フレームレートの両立が可能となる。 This reduces the signal volume (data volume) of the signal S2 output from the solid-state imaging device 1A compared to a configuration in which signals read out from each light-receiving element in the light-receiving element array are output individually from the solid-state imaging element. Furthermore, by reconstructing N pixels from information on m pixels + α in the configuration downstream of the solid-state imaging device 1A (such as the reconstruction processing unit 102B), the imaging device 100 can achieve both high image quality, low power consumption, and a high frame rate.
以上のような本実施形態の撮像装置100では、受光素子グループ20内の複数の受光素子21a、21b、21c、21dから出力される信号S1a、S1b、S1c、S1dが圧縮されて圧縮信号S2となり、この圧縮信号S2を、再構築処理部102Aが撮像画像における各受光素子21a、21b、21c、21dと対応する画素の画素信号S3a、S3b、S3c、S3dにそれぞれ再構築することで、撮像画像が生成される。即ち、本実施形態の撮像装置100は、受光素子21の数に対応する画素数の出力画像を生成する。 In the imaging device 100 of this embodiment as described above, the signals S1a, S1b, S1c, and S1d output from the multiple light receiving elements 21a, 21b, 21c, and 21d in the light receiving element group 20 are compressed to become a compressed signal S2, and the reconstruction processing unit 102A reconstructs this compressed signal S2 into pixel signals S3a, S3b, S3c, and S3d of pixels corresponding to each light receiving element 21a, 21b, 21c, and 21d in the captured image, thereby generating a captured image. In other words, the imaging device 100 of this embodiment generates an output image with a number of pixels corresponding to the number of light receiving elements 21.
尚、本発明の撮像装置100及び固体撮像素子1、1Aは、上記第一及び第二実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を追加することができ、また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることができる。さらに、ある実施形態の構成の一部を削除することができる。 The imaging device 100 and solid-state imaging elements 1, 1A of the present invention are not limited to the first and second embodiments described above, and various modifications can of course be made without departing from the spirit of the present invention. For example, the configuration of one embodiment can be added to the configuration of another embodiment, or part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment. Furthermore, part of the configuration of one embodiment can be deleted.
上記第一実施形態及び第二実施形態の受光素子グループ20は、2×2配置の四つの受光素子21a、21b、21c、21dを有するが、この構成に限定されない。受光素子グループ20は、複数(二つ以上)の受光素子21を有していればよい。尚、受光素子グループ20において、複数の受光素子21は、2×2配置、3×3配置、4×4配置等のように行方向に並ぶ受光素子21と列方向に並ぶ受光素子21とが同じ数となるように(即ち、正方形の行列状に)配置されることが好ましい。 In the first and second embodiments described above, the light receiving element group 20 has four light receiving elements 21a, 21b, 21c, and 21d arranged in a 2x2 matrix, but is not limited to this configuration. The light receiving element group 20 may have a plurality (two or more) of light receiving elements 21. It is preferable that the plurality of light receiving elements 21 in the light receiving element group 20 be arranged in a 2x2, 3x3, 4x4, or other matrix such that the number of light receiving elements 21 arranged in the row direction is the same as the number of light receiving elements 21 arranged in the column direction (i.e., in a square matrix).
また、上記第二実施形態の受光素子グループ20では、基準受光素子は、図8及び図9に示す行列状の配置(2×2配置)において1行1列目の位置(図8及び図9の例では左上の位置)に配置されているが、他の位置に配置されていてもよい。 In addition, in the light receiving element group 20 of the second embodiment described above, the reference light receiving element is arranged in the first row, first column position (the upper left position in the examples of Figures 8 and 9) in the matrix arrangement (2 x 2 arrangement) shown in Figures 8 and 9, but it may also be arranged in another position.
また、上記第一及び第二実施形態の撮像装置100では、固体撮像素子1、1Aが圧縮部10を有し、再構築処理部102A、102Bが、固体撮像素子1、1Aと異なる位置(制御部102)に配置されているが、この構成に限定されない。固体撮像素子1、1Aが、圧縮部10と再構築処理部102A、102Bとの両構成を有していてもよい。 In addition, in the imaging device 100 of the first and second embodiments described above, the solid-state imaging element 1, 1A has a compression unit 10, and the reconstruction processing units 102A, 102B are located in a different position (control unit 102) from the solid-state imaging element 1, 1A, but this configuration is not limited. The solid-state imaging element 1, 1A may have both the compression unit 10 and the reconstruction processing units 102A, 102B.
また、上記第一及び第二実施形態の各撮像装置100では、圧縮信号S2に含まれる画素値(平均値)は、いわゆる単純平均によって導出された値であるが、この構成に限定されない。前記平均値(binning)は、重み平均によって導出された値であってもよい。 Furthermore, in each of the imaging devices 100 of the first and second embodiments described above, the pixel value (average value) included in the compressed signal S2 is a value derived by so-called simple averaging, but this configuration is not limited to this. The average value (binning) may also be a value derived by weighted averaging.
また、上記第二実施形態では、圧縮信号S2を生成する第二の圧縮処理での位置情報は、第一信号値を出力する受光素子21b、21c、21dの基準受光素子21aに対する位置を示す信号であるが、この構成に限定されない。第二の圧縮処理での位置情報を、第二信号値を出力する受光素子21b、21c、21dの基準受光素子21aに対する位置を示す信号とし、この位置情報から第一信号値を出力する受光素子の21b、21c、21dの基準受光素子21aに対する位置を特定する構成でもよい。 In addition, in the second embodiment described above, the position information in the second compression process that generates the compressed signal S2 is a signal that indicates the position of the light receiving elements 21b, 21c, and 21d that output the first signal value relative to the reference light receiving element 21a, but this configuration is not limited to this. The position information in the second compression process may be a signal that indicates the position of the light receiving elements 21b, 21c, and 21d that output the second signal value relative to the reference light receiving element 21a, and the position information may be used to identify the position of the light receiving elements 21b, 21c, and 21d that output the first signal value relative to the reference light receiving element 21a.
また、上記第二実施形態では、信号処理部(圧縮部)5Aは、受光素子グループ20の非基準受光素子21b、21c、21dから出力される信号に含まれる非基準信号値において、第一信号値と第二信号値とがあるときは、各受光素子21a、21b、21c、21dから出力される信号のうち第二信号値と対応する信号を削除すると共に、第一信号値又は第二信号値を出力した非基準受光素子21b、21c、21dの基準受光素子21aに対する位置情報を該基準受光素子21aが出力する信号に付加することで圧縮信号S2を生成するが、この構成に限定されない。例えば、信号処理部(圧縮部)5Aは、受光素子グループ20の非基準受光素子21b、21c、21dから出力される信号に含まれる非基準信号値において、第一信号値と第二信号値とがあるときは、基準信号値と第一信号値との重み平均値又は平均値と、第一信号値又は第二信号値を出力した非基準受光素子21b、21c、21dの基準受光素子21aに対する位置情報と、を含む圧縮信号S2を生成する構成等でもよい。 In addition, in the above second embodiment, when the non-reference signal values contained in the signals output from the non-reference light receiving elements 21b, 21c, and 21d of the light receiving element group 20 include a first signal value and a second signal value, the signal processing unit (compression unit) 5A deletes the signal corresponding to the second signal value from the signals output from each light receiving element 21a, 21b, 21c, and 21d, and generates a compressed signal S2 by adding position information relative to the reference light receiving element 21a of the non-reference light receiving elements 21b, 21c, and 21d that output the first signal value or the second signal value to the signal output from the reference light receiving element 21a, but this configuration is not limited to this. For example, when the non-reference signal values included in the signals output from the non-reference light-receiving elements 21b, 21c, and 21d of the light-receiving element group 20 include a first signal value and a second signal value, the signal processing unit (compression unit) 5A may be configured to generate a compressed signal S2 that includes a weighted average or average value of the reference signal value and the first signal value, and position information of the non-reference light-receiving elements 21b, 21c, and 21d that output the first signal value or the second signal value relative to the reference light-receiving element 21a.
本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更及び/又は改良することは容易に成し得ることであると認識すべきである。従って、当業者が実施する変更形態又は改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態又は当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。 In order to express the present invention, the present invention has been appropriately and sufficiently described above through embodiments with reference to the drawings. However, it should be recognized that those skilled in the art could easily modify and/or improve the above-described embodiments. Therefore, unless modifications or improvements made by those skilled in the art deviate from the scope of the claims set forth in the claims, such modifications or improvements are deemed to be encompassed within the scope of the claims.
1、1A…固体撮像素子、2、2A…受光素子アレイ、20…受光素子グループ、21…受光素子、21a…第一受光素子、基準受光素子、21b…第二受光素子、非基準受光素子、21c …第三受光素子、非基準受光素子、21d…第四受光素子、非基準受光素子、211…光電変換素子、22…アンプ、25、25A…行信号線、26、26A…列信号線、3、3A…第一回路部、4、4A…第二回路部、5…信号処理部、5A…信号処理部(圧縮部)、10、10A…圧縮部、100…撮像装置、101…撮像部、102…制御部、102A、102B…再構築処理部、103…不揮発性メモリ、104…作業用メモリ、105…操作部、106…表示部、107…記録媒体、108…接続部、109…近距離無線通信部、110…公衆網接続部、111…マイク、112…スピーカ、500…固体撮像素子、501…受光素子アレイ、502…受光素子、503…画素駆動配線、504…垂直信号線、505…列並列信号処理回路、506…出力回路、507…タイミング制御回路、508…水平走査回路、509…垂直走査回路、RES…リセット信号、S1、S1a、S1b、S1c、S1d…信号、S2…圧縮信号、S3、S3a、S3b、S3c、S3d…画素信号、SEL…セレクト信号、Sv1a…基準信号値、Sv1b、Sv1d…非基準信号値、第二信号値、Sv1c…非基準信号値、第一信号値、t1~t9…時刻、T1…第一蓄積時間、T2…第二蓄積時間、T3…第三蓄積時間、T4…第四蓄積時間、TX1…第一電荷転送信号、TX2…第二電荷転送信号、TX3…第三電荷転送信号、TX4…第四電荷転送信号 1, 1A... solid-state imaging element, 2, 2A... light-receiving element array, 20... light-receiving element group, 21... light-receiving element, 21a... first light-receiving element, reference light-receiving element, 21b... second light-receiving element, non-reference light-receiving element, 21c ...third light receiving element, non-reference light receiving element, 21d...fourth light receiving element, non-reference light receiving element, 211...photoelectric conversion element, 22...amplifier, 25, 25A...row signal line, 26, 26A...column signal line, 3, 3A...first circuit unit, 4, 4A...second circuit unit, 5...signal processing unit, 5A...signal processing unit (compression unit), 10, 10A...compression unit, 100...imaging device, 101...imaging unit, 102...control unit, 102A, 102B...reconstruction processing unit, 103...non-volatile memory, 104...working memory, 105...operation unit, 106...display unit, 107...recording medium, 108...connection unit, 109...short-range wireless communication unit, 110...public network connection unit, 111...microphone, 112...speaker, 500...solid-state imaging element, 501...light receiving element array, 502...light receiving element, 503 ...pixel drive wiring, 504...vertical signal line, 505...column-parallel signal processing circuit, 506...output circuit, 507...timing control circuit, 508...horizontal scanning circuit, 509...vertical scanning circuit, RES...reset signal, S1, S1a, S1b, S1c, S1d...signal, S2...compression signal, S3, S3a, S3b, S3c, S3d...pixel signal, SEL...select signal, Sv1a...reference signal value, Sv1b, Sv1d...non-reference signal value, second signal value, Sv1c...non-reference signal value, first signal value, t1-t9...time, T1...first accumulation time, T2...second accumulation time, T3...third accumulation time, T4...fourth accumulation time, TX1...first charge transfer signal, TX2...second charge transfer signal, TX3...third charge transfer signal, TX4...fourth charge transfer signal
Claims (12)
前記受光素子グループの複数の受光素子から出力される信号を圧縮した圧縮信号を受光素子グループ毎にそれぞれ生成する圧縮部と、
前記圧縮部により生成された前記圧縮信号を、出力画像における該圧縮信号と対応する画素の画素信号に再構築する再構築処理部と、を備え、
前記受光素子グループでは、前記受光素子アレイが露光したときに該受光素子グループの少なくとも一つの受光素子の露光量が該受光素子グループの他の受光素子の露光量と異なり、
前記圧縮信号は、前記受光素子グループの各受光素子から出力される信号に含まれる信号値の重み平均値又は平均値を含み、
前記受光素子グループの各受光素子は、光電変換素子をそれぞれ有し、
前記再構築処理部は、前記受光素子アレイが露光したときに前記受光素子グループにおいて前記光電変換素子がオーバーフローした受光素子とオーバーフローしなかった受光素子とがあったときに、前記各受光素子の光電変換素子が前記露光によってオーバーフローしない容量であった場合に取得できる信号値の予想値を演算によって求めることで前記圧縮信号を前記画素信号に再構築する、撮像装置。 a light receiving element array including a plurality of light receiving element groups each having a plurality of light receiving elements;
a compression unit that generates a compressed signal for each light-receiving element group by compressing signals output from the plurality of light-receiving elements of the light-receiving element group;
a reconstruction processing unit that reconstructs the compressed signal generated by the compression unit into pixel signals of pixels in an output image that correspond to the compressed signal ,
In the light receiving element group, when the light receiving element array is exposed, the amount of exposure of at least one light receiving element of the light receiving element group is different from the amount of exposure of the other light receiving elements of the light receiving element group,
the compressed signal includes a weighted average or an average of signal values included in the signals output from the light receiving elements of the light receiving element group,
Each light receiving element of the light receiving element group has a photoelectric conversion element,
The reconstruction processing unit, when there are light receiving elements in the light receiving element group whose photoelectric conversion elements overflow and light receiving elements whose photoelectric conversion elements do not overflow when the light receiving element array is exposed, reconstructs the compressed signal into the pixel signal by calculating an expected value of the signal value that can be obtained if the photoelectric conversion element of each light receiving element has a capacity that will not overflow due to the exposure .
前記圧縮部は、前記基準受光素子から出力される信号に含まれる信号値である基準信号値と、前記非基準受光素子から出力される信号に含まれる信号値である非基準信号値と、の差に基づいて前記圧縮信号を生成し、
前記圧縮部は、前記受光素子グループの前記非基準受光素子から出力される信号に含まれる前記非基準信号値において、
前記基準信号値との差が所定の閾値未満になる非基準信号値しかないときは、該受光素子グループの各受光素子から出力される信号値の重み平均値又は平均値を含む前記圧縮信号を生成する第一の圧縮処理と、
前記基準信号値との差が前記所定の閾値未満になる非基準信号値である第一信号値と、前記基準信号値との差が前記所定の閾値以上になる非基準信号値である第二信号値と、があるときは、前記各受光素子から出力される信号のうち前記第二信号値と対応する信号を削除すると共に、前記第一信号値又は前記第二信号値を出力した非基準受光素子の前記基準受光素子に対する位置情報を該基準受光素子が出力する信号に付加することで前記圧縮信号を生成する第二の圧縮処理と、を行う、請求項1に記載の撮像装置。 the plurality of light receiving elements included in the light receiving element group include a reference light receiving element that is a light receiving element serving as a reference, and non-reference light receiving elements other than the reference light receiving element,
the compression unit generates the compressed signal based on a difference between a reference signal value, which is a signal value included in the signal output from the reference light-receiving element, and a non-reference signal value, which is a signal value included in the signal output from the non-reference light-receiving element;
The compression unit is configured to:
a first compression process for generating the compressed signal including a weighted average or average value of the signal values output from each light receiving element of the light receiving element group when there is only a non-reference signal value whose difference from the reference signal value is less than a predetermined threshold value;
2. The imaging device according to claim 1, further comprising: a first signal value that is a non-reference signal value whose difference from the reference signal value is less than the predetermined threshold; and a second signal value that is a non-reference signal value whose difference from the reference signal value is equal to or greater than the predetermined threshold; and a second compression process that deletes the signal output from each of the light receiving elements that corresponds to the second signal value; and adds position information of the non-reference light receiving element that output the first signal value or the second signal value relative to the reference light receiving element to the signal output from the reference light receiving element, thereby generating the compressed signal .
前記圧縮部は、前記基準受光素子から出力される信号に含まれる信号値である基準信号値と、前記非基準受光素子から出力される信号に含まれる信号値である非基準信号値と、の差に基づいて前記圧縮信号を生成し、
前記圧縮部は、前記受光素子グループの前記非基準受光素子から出力される信号に含まれる前記非基準信号値において、
前記基準信号値との差が所定の閾値未満になる非基準信号値しかないときは、該受光素子グループの各受光素子から出力される信号値の重み平均値又は平均値を含む前記圧縮信号を生成する第一の圧縮処理と、
前記基準信号値との差が前記所定の閾値未満になる非基準信号値である第一信号値と、前記基準信号値との差が前記所定の閾値以上になる非基準信号値である第二信号値と、があるときは、前記基準信号値と前記第一信号値との重み平均値又は平均値と、前記第一信号値又は前記第二信号値を出力した非基準受光素子の前記基準受光素子に対する位置情報と、を含む前記圧縮信号を生成する第二の圧縮処理と、を行う、請求項1に記載の撮像装置。 the plurality of light receiving elements included in the light receiving element group include a reference light receiving element that is a light receiving element serving as a reference, and non-reference light receiving elements other than the reference light receiving element,
the compression unit generates the compressed signal based on a difference between a reference signal value, which is a signal value included in the signal output from the reference light-receiving element, and a non-reference signal value, which is a signal value included in the signal output from the non-reference light-receiving element;
The compression unit is configured to:
a first compression process for generating the compressed signal including a weighted average or average value of the signal values output from each light receiving element of the light receiving element group when there is only a non-reference signal value whose difference from the reference signal value is less than a predetermined threshold value;
2. The imaging device according to claim 1, wherein, when there is a first signal value that is a non-reference signal value whose difference from the reference signal value is less than the predetermined threshold, and a second signal value that is a non-reference signal value whose difference from the reference signal value is equal to or greater than the predetermined threshold, a second compression process is performed to generate the compressed signal including a weighted average or average value of the reference signal value and the first signal value, and position information of the non-reference light receiving element that output the first signal value or the second signal value relative to the reference light receiving element.
前記基準受光素子と対応する画素の画素信号の画素値を、前記圧縮信号の画素値と同じとし、各前記非基準受光素子と対応する画素の画素信号の画素値を、それぞれ前記基準受光素子と対応する画素の画素信号の画素値と同じとすることで、前記圧縮信号を前記画素信号に再構築する、請求項5又は6に記載の撮像装置。7. The imaging device according to claim 5, wherein the compressed signal is reconstructed into the pixel signal by making pixel values of pixel signals of pixels corresponding to the reference light receiving element the same as pixel values of the compressed signal, and making pixel values of pixel signals of pixels corresponding to each of the non-reference light receiving elements the same as pixel values of pixel signals of pixels corresponding to the reference light receiving element.
前記基準受光素子と対応する画素の画素信号の画素値を、前記圧縮信号の画素値と同じとし、前記非基準受光素子と対応する各画素のうち、位置情報において1となっている画素の画素信号の画素値を、前記基準受光素子と対応する画素の画素値と同じとし、位置情報において0となっている画素の画素信号の画素値を、該画素と行方向に隣り合う画素の画素値と同じとすることで、前記圧縮信号を前記画素信号に再構築する、請求項5又は6に記載の撮像装置。7. The imaging device according to claim 5, wherein the compressed signal is reconstructed into the pixel signal by making a pixel value of a pixel signal of a pixel corresponding to the reference light receiving element the same as a pixel value of the compressed signal, making a pixel value of a pixel signal of a pixel corresponding to the non-reference light receiving element, the pixel value of a pixel whose position information is 1, the same as a pixel value of a pixel corresponding to the reference light receiving element, and making a pixel value of a pixel signal of a pixel whose position information is 0 the same as a pixel value of a pixel adjacent to the pixel in the row direction.
前記基準受光素子と対応する画素の画素信号の画素値を、前記圧縮信号の画素値と同じとし、前記非基準受光素子と対応する各画素のうち、位置情報において1となっている画素の画素信号の画素値を、前記基準受光素子と対応する画素の画素値と同じとし、位置情報において0となっている画素の画素信号の各画素値を、前記圧縮信号の画素値と、該画素と行方向に隣り合う受光素子グループから出力された圧縮信号の画素値と、の重み平均値又は平均値とすることで、前記圧縮信号を前記画素信号に再構築する、請求項5又は6に記載の撮像装置。7. The imaging device according to claim 5, wherein the compressed signal is reconstructed into the pixel signal by setting a pixel value of a pixel signal of a pixel corresponding to the reference light receiving element to the same pixel value of the compressed signal, setting a pixel value of a pixel signal of a pixel corresponding to the non-reference light receiving element, among the pixels corresponding to the non-reference light receiving element, whose position information is 1, to the same pixel value of a pixel corresponding to the reference light receiving element, and setting each pixel value of a pixel signal of a pixel whose position information is 0 to a weighted average or average of the pixel value of the compressed signal and the pixel values of compressed signals output from light receiving element groups adjacent to the pixel in the row direction.
前記受光素子グループの複数の受光素子から出力される信号を圧縮した圧縮信号を受光素子グループ毎にそれぞれ生成する圧縮部と、
前記圧縮部により生成された前記圧縮信号を、出力画像における該圧縮信号と対応する画素の画素信号に再構築する再構築処理部と、を備え、
前記受光素子グループでは、前記受光素子アレイが露光したときに該受光素子グループの少なくとも一つの受光素子の露光量が該受光素子グループの他の受光素子の露光量と異なり、
前記圧縮信号は、前記受光素子グループの各受光素子から出力される信号に含まれる信号値の重み平均値又は平均値を含み、
前記受光素子グループの各受光素子は、光電変換素子をそれぞれ有し、
前記再構築処理部は、前記受光素子アレイが露光したときに前記受光素子グループにおいて前記光電変換素子がオーバーフローした受光素子とオーバーフローしなかった受光素子とがあったときに、前記各受光素子の光電変換素子が前記露光によってオーバーフローしない容量であった場合に取得できる信号値の予想値を演算によって求めることで前記圧縮信号を前記画素信号に再構築する、固体撮像素子。 a light receiving element array including a plurality of light receiving element groups each having a plurality of light receiving elements;
a compression unit that generates a compressed signal for each light-receiving element group by compressing signals output from the plurality of light-receiving elements of the light-receiving element group;
a reconstruction processing unit that reconstructs the compressed signal generated by the compression unit into pixel signals of pixels in an output image that correspond to the compressed signal ,
In the light receiving element group, when the light receiving element array is exposed, the amount of exposure of at least one light receiving element of the light receiving element group is different from the amount of exposure of the other light receiving elements of the light receiving element group,
the compressed signal includes a weighted average or an average of signal values included in the signals output from the light receiving elements of the light receiving element group,
Each light receiving element of the light receiving element group has a photoelectric conversion element,
The reconstruction processing unit, when there are photoreceptors in the photoreceptor group whose photoelectric conversion elements overflow and those whose photoelectric conversion elements do not overflow when the photoreceptor array is exposed to light, reconstructs the compressed signal into the pixel signal by calculating an expected value of the signal value that can be obtained if the photoelectric conversion element of each photoreceptor has a capacity that will not overflow due to the exposure .
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