JP2000152256A - 固体撮像素子およびその駆動方法並びにカメラシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 色差信号Ｃｒ，Ｃｂが五の目状の配置の補色
カラーコーディングの場合には、２画素分だけ離れた同
じカラー成分の信号同士の加算によって垂直圧縮処理を
実現することになるため、水平方向の色解像度が通常の
水平２繰り返しコーディングに対して水平４繰り返しと
同程度に、即ち１／２に低下する。 【解決手段】 垂直２画素混合による信号電荷の読み出
し、即ちフィールド読み出しを行うＣＣＤ撮像素子にお
いて、そのカラーフィルタの補色カラーコーディング
を、垂直２画素混合によって得られる２つの色差信号Ｃ
ｒ，Ｃｂが、水平方向において交互に存在しかつ垂直方
向において１ビット（１画素分）ずれた斜めパターンと
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像素子およ
びその駆動方法並びにカメラシステムに関し、特に静止
画／動画に兼用可能なカラー方式の固体撮像素子および
その駆動方法、並びに当該固体撮像素子を撮像デバイス
として用いたカメラシステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ビデオカメラへのスチル機能搭載
への期待などを背景に、静止画／動画兼用可能な固体撮
像素子の開発が進められている。一般に、静止画は正方
格子、動画は１３．５ＭＨｚをベースとして考えられて
いる。したがって、両者を兼用するには、いずれかの方
式で補間／圧縮が必要となる。ここで、静止画が高画素
ノンフォーマットであるのに対して、動画はＮＴＳＣ／
ＰＡＬなどの放送方式で律促されるため、静止画用高画
素の固体撮像素子からのダウンコンバージョンにより、
ＮＴＳＣ／ＰＡＬなどのテレビジョン信号を作り出すこ
とが最も効率的と考えられる。

【０００３】ダウンコンバージョンの方法としては、手
振れ補正のような有効画素領域の中心領域を切り出す方
式では、高画素時に放送方式の切り出しを行うと静止画
／動画間の画角の変化が大きくなるとともに、多くの画
素情報を捨てる結果となって効率が悪い。このような理
由から、ダウンコンバージョンの方法として従来は、信
号電荷の転送過程での混合（垂直加算）によって静止画
／動画の垂直圧縮処理を行う手法が採られている。

【０００４】この信号電荷の転送過程での垂直圧縮処理
を実行するには、カラーフィルタのカラーコーディング
が最大の課題となる。すなわち、原色の場合は縦ストラ
イプとして垂直加算するのが無難であるのに対して、補
色は４色あり、縦ストライプとした場合には水平方向の
色解像度の点で不利となる。そこで、水平転送部による
シフト加算（以下、水平シフト加算と称す）の手法を採
り、水平駆動周波数については常に一定とする。

【０００５】ところが、Ｃ（シアン），Ｙ（イエロ
ー），Ｇ（グリーン），Ｍ（マゼンタ）が例えば図１４
に示すように配列された補色市松カラーコーディングで
は、インターレース動作に対応するために、垂直方向に
おいて２画素分の信号電荷を混合（以下、垂直２画素混
合と称す）することによって得られる色差信号Ｃｒ（Ｇ
＋Ｃ，Ｍ＋Ｙ），Ｃｂ（Ｍ＋Ｃ，Ｇ＋Ｙ）が、垂直方向
で交互に得られる線順次となるため、色差信号Ｃｒ，Ｃ
ｂを保持したままの垂直混合は不可能であった。なお、
図１４において、左側が奇数（ＯＤＤ）フィールドを、
右側が偶数（ＥＶＥＮ）フィールドをそれぞれ示してい
る。

【０００６】これに対して、垂直混合を可能とし、水平
シフト加算を実現するために、図１５に示す如き補色カ
ラーコーディングが提案されている（文献；１９９７年
映像情報メディア学会年次大会（ITE'97：1997 ITE Ann
ual Convention）「ハイビジョン／ＮＴＳＣ出力を有す
る単板カラー撮像の検討」pp37〜pp38参照）。この補色
カラーコーディングによれば、図１５から明らかなよう
に、色差信号Ｃｒ（Ｇ＋Ｃ，Ｍ＋Ｙ），Ｃｂ（Ｍ＋Ｃ，
Ｇ＋Ｙ）が五の目状に得られることになる。

【０００７】このように、色差信号Ｃｒ，Ｃｂが五の目
状の配置となる従来の補色カラーコーディングでは、図
１６に示すように、先に水平転送部にラインシフトされ
た１ライン分の信号電荷を、水平ブランキング期間で２
ビット（２画素分）シフトした後に、次の１ライン分の
信号電荷をラインシフトすることにより、同じカラー成
分の信号同士を垂直混合できる。すなわち、色差信号Ｃ
ｒ，Ｃｂを保持したまま垂直混合を実現できる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、色差信
号Ｃｒ，Ｃｂが五の目状の配置、即ち色差信号Ｃｒ，Ｃ
ｂが水平方向および垂直方向で交互に得られる補色カラ
ーコーディングの場合には、上述したように、水平２ビ
ットシフトを伴う垂直混合、即ち２画素分だけ離れた同
じカラー成分の信号同士の加算によって垂直圧縮処理を
実現することになるため、水平方向の色解像度が通常の
水平２繰り返しコーディングに対して水平４繰り返しと
同程度に、即ち１／２に低下するという課題がある。

【０００９】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、水平方向の解像度の
低下を最小限に抑えつつ同じカラー成分の信号同士の垂
直混合を可能とした固体撮像素子およびその駆動方法な
らびにカメラシステムを提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明による固体撮像素
子は、画素の各々の信号電荷を垂直方向に隣り合う２画
素分を混合して読み出すフィルタ読み出しを行うととも
に、垂直２画素混合によって得られる２つの色差信号Ｃ
ｒ，Ｃｂが、水平方向において交互に存在しかつ垂直方
向において１画素分、即ち１ビットずれた斜めパターン
となるカラーコーディングを持つカラーフィルタを搭載
した構成となっている。

【００１１】また、本発明による固体撮像素子の駆動方
法は、上記構成の固体撮像素子において、先ず１ライン
分の信号電荷を垂直転送部から水平転送部へシフトし、
次いでこの１ライン分の信号電荷を水平転送部内で１ビ
ットシフトし、しかる後次の１ライン分の信号電荷を垂
直転送部から水平転送部へシフトすることにより、２ラ
イン分の信号電荷を加算する１ビットシフト加算を行う
ようにする。

【００１２】また、本発明によるカメラシステムは、上
記構成の固体撮像素子を撮像デバイスとして用いるとと
もに、この固体撮像素子に対して静止画モードと動画モ
ードとを択一的に設定可能な撮像モード設定手段を設け
る。そして、駆動手段は、この撮像モード設定手段によ
って設定された撮像モードを実現すべく、固体撮像素子
を撮像モードに応じた駆動タイミングで駆動する。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明で
は、ＣＣＤ(Charge Coupled Device) 型撮像素子（以
下、ＣＣＤ撮像素子と称す）に適用した場合を例に挙げ
て説明するが。これに限定されるものではなく、画素か
ら読み出した信号電荷を垂直→水平転送する構造の固体
撮像素子全般に適用可能である。

【００１４】図１は、本発明に係る例えばＩＳ（インタ
ーレーススキャン）−ＩＴ（インターライントランスフ
ァ）のＣＣＤ撮像素子を示す概略構成図である。図１に
おいて、複数個のセンサ部（画素）１１は、行（垂直）
方向および列（水平）方向にマトリクス状に配列され、
入射光をその光量に応じた電荷量の信号電荷に変換して
蓄積する。これらセンサ部１１の垂直列ごとに複数本の
垂直ＣＣＤ１２が設けられ、これら垂直ＣＣＤ１２と各
センサ部１１との間には読み出しゲート部１３が介在し
ている。

【００１５】複数個のセンサ部１１に蓄積された信号電
荷は、後述する読み出しパルスＸＳＧが読み出しゲート
部１３に印加され、当該読み出しゲート部１３のポテン
シャルが深くなることによって垂直ＣＣＤ１２に読み出
される。垂直ＣＣＤ１２は例えば４相の垂直転送クロッ
クＶφ１〜Ｖφ４によって転送駆動され、読み出された
信号電荷を垂直ブランキング期間の一部にて１走査線
（１ライン）に相当する部分ずつ順に垂直転送（ライン
シフト）する。

【００１６】ここで、垂直ＣＣＤ１２において、１相目
および３相目の転送電極は、読み出しゲート部１３のゲ
ート電極を兼ねている。このことから、４相の垂直転送
クロックＶφ１〜Ｖφ４のうち、１相目の垂直転送クロ
ックＶφ１と３相目の垂直転送クロックＶφ３が低レベ
ル、中間レベルおよび高レベルの３値をとるように設定
されており、その３値目の高レベルのパルスが読み出し
ゲート部１３に印加される読み出しパルスＸＳＧとな
る。

【００１７】複数本の垂直ＣＣＤ１２の各転送先側の端
部に隣接して、水平ＣＣＤ１４が図の左右方向に延在し
ている。この水平ＣＣＤ１４には、複数本の垂直ＣＣＤ
１２から１ラインに相当する信号電荷が順次転送され
る。水平ＣＣＤ１４は、例えば２相の水平転送クロック
Ｈφ１，Ｈφ２によって転送駆動され、複数本の垂直Ｃ
ＣＤ１２からラインシフトされた１ライン分の信号電荷
を、水平ブランキング期間後の水平走査期間において順
次水平転送する。

【００１８】水平ＣＣＤ１４の転送先側の端部には、例
えばフローティングディフュージョンアンプ構成の電荷
検出部１５が配されている。この電荷検出部１５は、フ
ローティングディフュージョンＦＤ、リセットドレイン
ＲＤおよび両者間に位置するリセットゲートＲＧからな
り、水平ＣＣＤ１４によって水平転送されてきた信号電
荷を順次信号電圧に変換して出力する。

【００１９】この電荷検出部１５において、リセットド
レインＲＤにはリセットドレイン電圧ＶＲＤが印加され
ている。そして、リセットゲートＲＧにリセットゲート
パルスφＲＧが印加されることにより、フローティング
ディフュージョンＦＤ内の電荷をリセットドレインＲＤ
に排出するリセット動作が行われる。フローティングデ
ィフュージョンＦＤからの信号電圧は、出力回路１６を
経由してＣＣＤ出力となる。

【００２０】上記構成のＩＳ−ＩＴのＣＣＤ撮像素子に
おいて、センサ部（画素）１１が行列状に多数配列され
てなる撮像エリア１７の上方には、例えば補色カラーコ
ーディングのカラーフィルタ（図示せず）が各画素に対
応してオンチップにて配されている。本発明では、この
カラーフィルタの具体的なカラーコーディングを特徴と
している。カラーコーディングの具体例については後述
する。

【００２１】そして、このカラーコーディングを持つカ
ラーフィルタを有するＣＣＤ撮像素子を、静止画／動画
に兼用できるように構成する。具体的には、ＣＣＤ撮像
素子を静止画高画素の撮像素子とし、この静止画高画素
のＣＣＤ撮像素子からのシフト加算方式によるダウンコ
ンバージョンによってＮＴＳＣ／ＰＡＬ方式のテレビジ
ョン信号を作り出すようにする。

【００２２】ここで、カラーコーディングについて考え
る。水平シフト加算の手法の下に、圧縮率に無関係に色
差信号Ｃｒ，Ｃｂを得るには、水平シフト加算のシフト
量に応じたカラーコーディングの設定が必要である。そ
こで、従来のＣｒ／Ｃｂ横ストライプ（色差信号線順
次）の補色カラーコーディングに対して、本実施形態で
は、水平シフト加算に対応したＣｒ／Ｃｂ斜めパターン
（色差信号点順次線ずらし）の補色カラーコーディング
とする。

【００２３】図２に、本実施形態に係る補色カラーコー
ディングの第１具体例を示す。この第１具体例の補色カ
ラーコーディングでは、図３から明らかなように、水平
４画素×垂直８画素を基本単位として、インターレース
動作に対応するための垂直２画素混合による色差信号Ｃ
ｒ（Ｇ＋Ｃ，Ｍ＋Ｙ），Ｃｂ（Ｍ＋Ｃ，Ｇ＋Ｙ）が、水
平方向で交互に得られる点順次となり、垂直方向では１
ビットシフト（線ずらし）した斜めパターンとなる。な
お、図３において、左側が奇数（ＯＤＤ）フィールド
を、右側が偶数（ＥＶＥＮ）フィールドをそれぞれ示し
ている（以下、対応する図においても同様とする）。

【００２４】次に、この第１具体例に係る補色カラーコ
ーディングを持つカラーフィルタを搭載したＣＣＤ固体
撮像素子において、ダウンコンバージョンによってＮＴ
ＳＣ／ＰＡＬなどのテレビジョン信号を作り出す際に行
われる垂直圧縮の処理について説明する。

【００２５】先ず、１ライン分の信号電荷を垂直ＣＣＤ
１２から水平ＣＣＤ１４へラインシフト（垂直転送）
し、次いでこの水平ＣＣＤ１４にラインシフトした１ラ
イン分の信号電荷を水平ブランキング期間で１ビット
（１転送段分）だけシフト（水平転送）する。しかる
後、次の１ライン分の信号電荷をラインシフトする。こ
の動作を２ラインごとに繰り返して実行する。

【００２６】以上の一連の動作により、図４から明らか
なように、色差信号Ｃｒ，Ｃｂを保持したまま、即ち同
じカラー成分の信号同士を混合することができる。この
垂直４画素分の信号電荷の混合により、水平ラインの本
数が１／２となり、１／２の垂直圧縮を実現できる。

【００２７】このように、Ｃｒ／Ｃｂ斜めパターン（色
差信号点順次線ずらし）の補色カラーコーディングで
は、色差信号Ｃｒ，Ｃｂがラインごとに水平１ビットシ
フトした斜めパターンとなっているため、水平１ビット
シフト加算によって垂直圧縮処理が実現され、水平１ビ
ットシフト加算を何回行っても、色差信号Ｃｒ，Ｃｂが
点順次で保持される。この結果、２ライン加算の場合は
水平３繰り返し相当になり、水平解像度は１／1.5 低下
の最小限で収まる。

【００２８】図５に、補色カラーコーディングの第２具
体例を示す。この第２具体例の補色カラーコーディング
の場合でも、図６から明らかなように、水平４画素×垂
直８画素を基本単位として、色差信号Ｃｒ（Ｃ＋Ｇ，Ｙ
＋Ｍ），Ｃｂ（Ｙ＋Ｇ，Ｃ＋Ｍ）が、水平方向で交互に
得られる点順次となり、垂直方向では１ビットシフト
（線ずらし）した斜めパターンとなる。したがって、こ
の第２具体例に係る補色カラーコーディングを持つカラ
ーフィルタを搭載したＣＣＤ固体撮像素子においても、
図７から明らかなように、色差信号Ｃｒ，Ｃｂを保持し
たまま、垂直圧縮処理を行うことができる。

【００２９】以上、Ｃｒ／Ｃｂ斜めパターンの補色カラ
ーコーディングのカラーフィルタを搭載したＣＣＤ撮像
素子における垂直圧縮の原理について説明したが、続い
て、この垂直圧縮の原理の下にＮＴＳＣ／ＰＡＬのテレ
ビジョン信号にダウンコンバートする際の動作について
説明する。

【００３０】ここで、高画素のＣＣＤ撮像素子として、
ハイビジョン用ＣＣＤ撮像素子を考えると、規格上、ハ
イビジョンが垂直１０８０画素であるのに対して、ＮＴ
ＳＣが垂直４８５画素、ＰＡＬが５７５画素であり、１
／２垂直圧縮を行った場合に、ＮＴＳＣへのダウンコン
バージョンは可能であるが、ＰＡＬへのダウンコンバー
ジョンは不可能である。したがって、ＰＡＬに対しては
例えば１／1.5 垂直圧縮を適用することになる。

【００３１】ここで、１／２垂直圧縮と１／1.5 垂直圧
縮との動作の違いについて、図８を用いて説明する。な
お、図８において、（Ａ）は１／２垂直圧縮の場合を、
（Ｂ）は１／1.5 垂直圧縮の場合をそれぞれ示してい
る。

【００３２】先ず、１／２垂直圧縮の場合（Ａ）につい
ては、先述したように、２ラインごとに１ビットシフト
加算（垂直４画素加算）を行い、その加算するラインの
組み合わせてを奇数フィールドと偶数フィールドとで変
えるようにする。

【００３３】この１／２垂直圧縮の場合には、各ライン
の中心が奇数フィールドと偶数フィールドとで等間隔で
ある。図８（Ａ）において、●印は各ラインの中心を示
している。また、○印は、奇数フィールドでは偶数フィ
ールドの場合の各ラインの中心を、偶数フィールドでは
奇数フィールドの場合の各ラインの中心をそれぞれ示し
ている。

【００３４】一方、１／1.5 垂直圧縮の場合（Ｂ）にお
いては、奇数フィールドでは、最初の２ラインについて
１ビットシフト加算を行い、次の１ラインはそのまま出
力し、次の２ラインについて１ビットシフト加算を行
い、次の１ラインはそのまま出力し、……の繰り返しと
する。偶数フィールドでは、逆に、最初の１ラインをそ
のまま出力し、次の２ラインについて１ビットシフト加
算を行い、次の１ラインはそのまま出力し、次の２ライ
ンについて１ビットシフト加算を行い、…の繰り返しと
する。以上の動作により、１／1.5 垂直圧縮が実現され
る。

【００３５】図８（Ｂ）においても、●印は各ラインの
中心を示し、また○印は奇数フィールドでは偶数フィー
ルドの場合の各ラインの中心を、偶数フィールドでは奇
数フィールドの場合の各ラインの中心をそれぞれ示して
いる。この図８（Ｂ）から明らかなように、１／1.5 垂
直圧縮の場合には、奇数フィールドと偶数フィールドと
でライン中心が不均等になる。

【００３６】また、１／２垂直圧縮の場合には、感度／
飽和信号量共に２倍となり問題ないのであるが、１／1.
5 垂直圧縮の場合には、ラインごとにシフト加算を行っ
たり行わなかったりすることから、感度／飽和信号量／
光学的黒レベルがラインごとに半減することになる。た
だし、これに対しては、ＣＣＤ撮像素子の後段の信号処
理系において、ＡＧＣ（自動利得制御）回路にラインご
とに２倍又は１／２倍の機能を入れることで容易に対応
できる。

【００３７】また、線形のＡ／Ｄコンバータを有する場
合には、ビットシフトにて２倍又は１／２倍の機能を持
たせることで容易に対応できる。すなわち、例えば１０
ビット線形Ａ／Ｄコンバータを１１ビット線形Ａ／Ｄコ
ンバータし、下位へ１ビットシフトして１０ビット出力
とすることで１／２バイポーラ対応ができる。オプティ
カルブラック（光学的黒）のクランプには、Ａ／Ｄ変換
でビットシフト後のデータをＤ／Ａ変換してクランプレ
ベル検出に使用すれば良い。

【００３８】図９に、第１具体例に係る補色カラーコー
ディングの場合の１／1.5 垂直圧縮の動作例を示す。ま
た、図１０に、第２具体例に係る補色カラーコーディン
グの場合の１／1.5 垂直圧縮の動作例を示す。

【００３９】次に、実際に静止画／動画兼用の高画素Ｃ
ＣＤ撮像素子を構成するに当たっての画素数と駆動方法
について考える。当該ＣＣＤ撮像素子をどの程度の高画
素とすべきかは、 １．コンパクトカメラ並みの解像度。 ２．パーソナルコンピュータの入力／編集にも適当で扱
いやすい画素数。 ３．デジタルビデオやデジタルテレビジョンの情報密度
を満足すること。 などの点を考慮すべきと考える。

【００４０】また、駆動周波数に関しては、静止画には
特に制限が無いため、近年、デジタル映像機器で用いら
れている１３．５ＭＨｚの整数倍（又は、Ｎ／Ｍ倍）を
選択すべきと考える。これらを考慮して、垂直画像数お
よび水平画素数を設定する。

【００４１】先ず、垂直方向については、ＮＴＳＣの垂
直４８５画素、ＰＡＬの垂直５７５画素の整数倍＋手振
れ補正領域とし、例えばＮＴＳＣ／ＰＡＬ共に１／1.5
垂直圧縮を行うものとすると、４８５×１．５＝７２
７．５から垂直７２８画素以上、５７５×１．５＝８６
２．５から垂直８６３画素以上となる。水平方向につい
ては、動画が１３．５ＭＨｚをベースとしていることか
ら、１３．５ＭＨｚの整数倍で、シフト加算による解像
度劣化分（１．５）＋手振れ補正領域とすると、例えば
１３．５ＭＨｚ×１．５＝２０．２５ＭＨｚ（水平１０
８０画素）以上となる。

【００４２】また、コンパクトカメラ並み静止画とパー
ソナルコンピュータの入力／編集を考慮し、ＳＸＧＡ＝
１２８０Ｈ×９６０Ｖ以上となる。これらを総合的に判
断すると、１２８０Ｈ×９６０Ｖ＝１２０万画素以上が
最小公倍数となる。１２８０Ｈ×９６０Ｖ＝１２０万画
素のＩＳ−ＩＴのＣＣＤ撮像素子とした場合の特長とし
て、

【００４３】ＳＸＧＡ静止画＝１２８０Ｈ×９６０Ｖ ＮＴＳＣ４：３＝９７０Ｈ×４８５（＝７２８／１．
５）Ｖ＋３２％手振れ補正／水平駆動周波数２４−２７
ＭＨｚ ＩＳ動作 ＮＴＳＣ１６：９＝８６２Ｈ×４８５Ｖ＋４８％手振
れ補正／水平駆動周波数２４−２７ＭＨｚ ＩＳ動作 ＰＡＬ４：３＝１１５０Ｖ×５７５（＝８６３／１．
５）Ｖ＋１１％手振れ補正／水平駆動周波数２４−２７
ＭＨｚ ＩＳ動作 ＰＡＬ１６：９＝１０２２Ｈ×５７５Ｖ＋２５％手振
れ補正／水平駆動周波数２４−２７ＭＨｚ ＩＳ動作

【００４４】これらの関係を図１１に示す。以上から明
らかなように、１２８０Ｈ×９６０Ｖ＝１２０万画素Ｉ
Ｓ−ＩＴのＣＣＤ撮像素子では、ＮＴＳＣ４：３圧縮時
９７０Ｈ×４８５Ｖ相当、ＰＡＬ４：３圧縮時１１５０
Ｈ×５７５Ｖ相当であり、ＮＴＳＣでは水平解像度がや
や不足する。しかし、１／1.5 垂直圧縮では、１ライン
ごとにシフト加算はないため、＋αの解像度の向上は期
待できる。また、ＰＡＬの手振れ補正領域が少ないが、
１０％以上あれば実用上問題はないとのシミュレーショ
ン結果が得られている。

【００４５】また、ＮＴＳＣ１６：９時に水平８６２Ｈ
が不足気味だが、もし１６：９でも十分な水平解像度が
必要ならば、１４４０Ｈ×１０８０Ｖ＝１６０万画素以
上が最小公倍数となる。この場合には、１／２垂直圧縮
と１／1.5 垂直圧縮の併用となる。１４４０Ｈ×１０８
０Ｖ＝１６０万画素のＩＳ−ＩＴのＣＣＤ撮像素子とし
場合の特長として、

【００４６】ＳＸＧＡ静止画＝１２８０Ｈ×９６０Ｖ
＋１３％手振れ補正 ＮＴＳＣ４：３＝１２９３Ｈ×４８５（＝９７０／
２）Ｖ＋１１％手振れ補正／水平駆動周波数２７（＝１
３．５×２）ＭＨｚ ＩＳ動作 ＮＴＳＣ１６：９＝１２９３Ｈ×４８５Ｖ（＝７２
７．５／１．５）＋１１％手振れ補正／水平駆動周波数
２７ＭＨｚ ＩＳ動作 ＰＡＬ４：３＝１１５０Ｖ×５７５（＝８６３／１．
５）Ｖ＋２５％手振れ補正／水平駆動周波数２７ＭＨｚ
ＩＳ動作 ＰＡＬ１６：９＝１０２２Ｈ×５７５Ｖ＋４１％手振
れ補正／水平駆動周波数２７ＭＨｚ ＩＳ動作

【００４７】これらの関係を図１２に示す。以上から明
らかなように、１４４０Ｈ×１０８０Ｖ＝１６０万画素
ＩＳ−ＩＴのＣＣＤ撮像素子では、ＮＴＳＣ４：３圧縮
時１２９３Ｈ×４８５Ｖ相当、ＰＡＬ４：３圧縮時１１
５０Ｈ×５７５Ｖ相当であり、共に≧７２０Ｈ×１．５
を満足する。ただし、左右斜め方向の色解像度のバラン
スが悪くなる。しかし、人間の視覚特性として、垂直／
水平方向の解像感に比べて斜め方向の解像感が低いこと
から、実用上、問題にならないと考えられる。

【００４８】また、ＰＡＬ１６：９の水平１０２２Ｈ
が、７２０Ｈの１．４２倍で限界の線である。１２８０
Ｈ×９６０Ｖ＝１２０万画素の場合は、水平駆動周波数
は２４ＭＨｚ以上。１４４０Ｈ×１０８０Ｖ＝１６０万
画素の場合は、水平駆動周波数は２７ＭＨｚ以上。２７
ＭＨｚは１３．５ＭＨｚ×２で、動画系に適した周波数
である。その２倍の５４ＭＨｚが可能になれば、プログ
レッシブ（全画素独立読み出し）動作ができる点、この
水平拡張版を作ればハイビジョン規格への移行も容易に
なる。

【００４９】上述したように、カラーフィルタのカラー
コーディングを、垂直２画素混合によって得られる２つ
の色差信号Ｃｒ，Ｃｂが、水平方向において交互に存在
しかつ垂直方向において１ビットずれた斜めパターンと
したことにより、シフト加算時に色差信号Ｃｒ，Ｃｂを
保持したまま任意の垂直圧縮が可能になるとともに、水
平方向の解像度の低下を最小限に抑えることができるた
め、静止画／ＮＴＳＣ／ＰＡＬ、さらにはハイビジョン
（ＨＤ）に対応したマルチフォーマットの単板カラーＣ
ＣＤ撮像素子を実現できる。

【００５０】また、このマルチフォーマットの単板カラ
ーＣＣＤ撮像素子では、色差信号Ｃｒ，Ｃｂが水平方向
において点順次となるため、垂直方向の色解像度を向上
できるとともに、垂直圧縮率に関わらず、色差信号Ｃ
ｒ，Ｃｂを維持できることにもなる。

【００５１】図１３は、本実施形態に係るＣＣＤ撮像素
子を撮像デバイスとして用いた本発明に係るカメラシス
テムの構成の一例を示す概略構成図である。本カメラシ
ステムは、ＣＣＤ撮像素子２１、光学系の一部を構成す
るレンズ２２、ＣＣＤ駆動回路２３、撮像モード設定部
２４および信号処理回路２５を有する構成となってい
る。ＣＣＤ撮像素子２１は、水平シフト加算に対応した
Ｃｒ／Ｃｂ斜めパターン（色差信号点順次線シフト）の
補色カラーコーディングを持つカラーフィルタを搭載し
ている。

【００５２】かかる構成のカメラシステムにおいて、被
写体（図示せず）からの入射光（像光）は、光学系のレ
ンズ２２によって図示せぬカラーフィルタを通してＣＣ
Ｄ撮像素子２１の撮像面上に結像される。ＣＣＤ撮像素
子２１は、ＣＣＤ駆動回路２３により、撮像モード設定
部２４で設定された撮像モード応じて駆動される。ここ
で、撮像モード設定部２４、静止画モードと動画モー
ド、動画モードについてはさらにＮＴＳＣモードとＰＡ
Ｌモード等テレビジョン方式に対応した撮像モードの設
定が可能となっている。

【００５３】ＣＣＤ駆動回路２３は、静止画モードで
は、周知のフレーム読み出しを行うようにＣＣＤ撮像素
子２１を駆動し、動画モードでは、先ず１ライン分の信
号電荷を水平ＣＣＤへラインシフトし、次いでこの１ラ
イン分の信号電荷を水平ブランキング期間で１ビットシ
フトし、しかる後次の１ライン分の信号電荷をラインシ
フトするようにＣＣＤ撮像素子２１を駆動する。

【００５４】この動画モードでの動作により、先述した
ように、色差信号Ｃｒ，Ｃｂを保持したまま垂直混合処
理が行われ、ＮＴＳＣ／ＰＡＬなどのテレビジョン信号
へのダウンコンバージョンが実行される。但し、これは
１／２垂直圧縮処理の基本的な動作であり、例えば１／
1.5 垂直圧縮処理を行う場合には、奇数フィールドを例
にとると、最初の２ラインについて１ビットシフト加算
を行い、次の１ラインはそのまま出力し、次の２ライン
は１ビットシフト加算を行い、……の動作を繰り返して
行うようにＣＣＤ撮像素子２１を駆動する。

【００５５】以上により、静止画／動画の双方に対応可
能なカメラシステムを実現できる。これにより、デジタ
ルスチルカメラ用多画素ＣＣＤ撮像素子を撮像デバイス
として用いることで、画質を低下させることなく、ＮＴ
ＳＣ方式やＰＡＬ方式のテレビジョン画像のモニタリン
グが可能となる。

【００５６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
垂直２画素混合による信号電荷の読み出し（フィールド
読み出し）を行う固体撮像素子において、そのカラーフ
ィルタのカラーコーディングを、垂直２画素混合によっ
て得られる２つの色差信号が、水平方向において交互に
存在しかつ垂直方向において１ビットずれた斜めパター
ンとしたことにより、水平方向の解像度の低下を最小限
に抑えかつ色差信号を保持したまま垂直混合できるた
め、任意の垂直圧縮が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る例えばＩＳ−ＩＴのＣＣＤ撮像素
子を示す概略構成図である。

【図２】補色カラーコーディングの第１具体例を示す図
である。

【図３】第１具体例での色差信号Ｃｒ，Ｃｂの配置関係
を示す図である。

【図４】第１具体例での１／２垂直圧縮の場合の動作説
明図である。

【図５】補色カラーコーディングの第２具体例を示す図
である。

【図６】第２具体例での色差信号Ｃｒ，Ｃｂの配置関係
を示す図である。

【図７】第２具体例での１／２垂直圧縮の場合の動作説
明図である。

【図８】垂直圧縮の動作原理図であり、（Ａ）は１／２
垂直圧縮の場合を、（Ｂ）は１／1.5 垂直圧縮の場合を
それぞれ示している。

【図９】第１具体例での１／1.5 垂直圧縮の場合の動作
説明図である。

【図１０】第２具体例での１／1.5 垂直圧縮の場合の動
作説明図である。

【図１１】１２０万画素ＣＣＤ撮像素子におけるＮＴＳ
Ｃ，ＰＡＬ動画／ＳＸＧＡ静止画の画素数の説明図であ
る。

【図１２】１６０万画素ＣＣＤ撮像素子におけるＮＴＳ
Ｃ，ＰＡＬ動画／ＳＸＧＡ静止画の画素数の説明図であ
る。

【図１３】本発明に係るカメラシステムの一例を示す概
略構成図である。

【図１４】従来例（その１）の場合の色差信号Ｃｒ，Ｃ
ｂの配置関係を示す図である。

【図１５】従来例（その２）の場合の色差信号Ｃｒ，Ｃ
ｂの配置関係を示す図である。

【図１６】従来例（その２）の場合における垂直圧縮の
動作説明図である。

【符号の説明】

１１…センサ部、１２…垂直ＣＣＤ、１４…水平ＣＣ
Ｄ、１５…電荷検出部、２１…ＣＣＤ撮像素子、２３…
ＣＣＤ駆動回路、２４…撮像モード設定部、２５…信号
処理回路

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画素の各々の信号電荷を垂直方向に隣り
   合う２画素分を混合して読み出す固体撮像素子であっ
   て、 垂直方向の２画素分の信号電荷の混合によって得られる
   ２つの色差信号が、水平方向において交互に存在しかつ
   垂直方向において１画素分ずれた斜めパターンとなるカ
   ラーコーディングを持つカラーフィルタを有することを
   特徴とする固体撮像素子。
2. 【請求項２】 前記カラーコーディングが補色コーディ
   ングであることを特徴とする請求項１記載の固体撮像素
   子。
3. 【請求項３】 画素の各々の信号電荷を垂直方向に隣り
   合う２画素分を混合して読み出すとともに、垂直方向の
   ２画素分の信号電荷の混合によって得られる２つの色差
   信号が、水平方向において交互に存在しかつ垂直方向に
   おいて１画素分ずれた斜めパターンとなるカラーコーデ
   ィングを持つカラーフィルタを有する固体撮像素子にお
   いて、 先ず１ライン分の信号電荷を垂直転送部から水平転送部
   へシフトし、 次いでこの１ライン分の信号電荷を水平転送部内で１ビ
   ット（１転送段分）シフトし、 しかる後次の１ライン分の信号電荷を垂直転送部から水
   平転送部へシフトして２ライン分の信号電荷を加算する
   １ビットシフト加算を行うことを特徴とする固体撮像素
   子の駆動方法。
4. 【請求項４】 前記１ビットシフト加算の処理を所定の
   ライン数ごとに間引くことを特徴とする請求項３記載の
   固体撮像素子の駆動方法。
5. 【請求項５】 画素の各々の信号電荷を垂直方向に隣り
   合う２画素分を混合して読み出すとともに、垂直方向の
   ２画素分の信号電荷の混合によって得られる２つの色差
   信号が、水平方向において交互に存在しかつ垂直方向に
   おいて１画素分ずれた斜めパターンとなるカラーコーデ
   ィングを持つカラーフィルタを有する固体撮像素子と、 静止画モードと動画モードとを択一的に設定可能な撮像
   モード設定手段と、 前記撮像モード設定手段によって設定された撮像モード
   に応じて前記固体撮像素子を駆動する駆動手段とを備え
   たことを特徴とするカメラシステム。
6. 【請求項６】 前記撮像モード設定手段は、動画モード
   についてテレビジョン方式に対応した撮像モードの設定
   が可能であることを特徴とする請求項５記載のカメラシ
   ステム。