JP2003264844A - 固体撮像装置およびその信号読出し方法 - Google Patents

固体撮像装置およびその信号読出し方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 水平混合による画像を高画質にし、信号電荷
の読出しにおけるこれまで以上の高速化および柔軟な読
出し対応を行うことのできる固体撮像装置およびその信
号読出し方法の提供。 【解決手段】 ディジタルカメラ10は、固体撮像素子16
cにおいて受光素子160に蓄積した各色属性の信号電荷を
ラインメモリ162まで転送し、メモリ162から読み出した
信号電荷を水平転送レジスタ164で同色同士水平混合を
行して水平間引きする。これにより、G正方RB完全市松
パターンと異ならせてしまう色属性の信号電荷に対して
電極V3A, V3Bに分けた電極の内、電極V3Bと信号線を接
続させ、電極V3Aにだけ信号電荷を読み出す信号を供給
して電極V3Bと接続された所定の列の信号電荷を間引き
し、この間引きした信号電荷の水平混合に対応する信号
電荷をそのままに読み出す。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像装置およ
びその信号読出し方法に関し、受光素子から読み出され
た信号電荷を水平方向に混合することによって間引きを
行う固体撮像装置に適用して好適なものであり、この固
体撮像装置を駆動させて水平混合を行わせて間引き読出
しを行う信号読出し方法に適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】ディジタルカメラは、エリアイメージセ
ンサを利用して被写界を撮像している。エリアイメージ
センサは、高画質化を目指して光電変換するセンサの受
光素子数、すなわち画素数を数百万以上有する高画素イ
メージセンサも市場に提供されてきている。ディジタル
カメラにおける撮像には、静止画モードと動画モード
（ムービモード）がある。この内、動画モードでの撮像
は、得られる画像を動画表示させるため所定の時間間隔
で周期的に行うことになる。また、動画モードは、使用
者が静止画の画角を決める際に用いることからモニタモ
ードとも呼ばれる。
【０００３】高画素イメージセンサを用いてモニタモー
ドを行い、撮像して得られた信号電荷をそのまま読み出
すと、上述した時間内に完了できなくなるので、追従可
能な画素数の読出しが行われる。この際の信号電荷読出
しでは、水平（行）方向に配された受光素子を１ライン
とするとき、複数のラインから読み出した信号電荷を混
合して垂直加算が行われる。垂直加算は、信号電荷の加
算により信号電荷量が増加するので、信号電荷量に応じ
て撮像感度が高められる。
【０００４】また、エリアイメージセンサを用いてカラ
ー画像を撮像する場合、このセンサの被写界側に入射光
を色分解する色フィルタが配されている。一般的に、デ
ィジタルスチルカメラの場合、１つのエリアイメージセ
ンサに色フィルタが１つ配する単板方式が用いられる。
単板方式の色フィルタは、各受光素子に対して１つの色
フィルタセグメントが対応している。このため、単板を
用いるディジタルスチルカメラは、色フィルタセグメン
トの色が同色同士の信号電荷を垂直混合している。この
ように垂直間引きを受けた場合、画像の垂直解像度は、
間引きに応じて低下する。
【０００５】将来、さらなるエリアイメージセンサの高
画素化に対応し、モニタモードでの信号電荷読出しに対
応する場合が考えられる。このときの対策としては、垂
直混合だけでなく、水平混合も考慮することが考えられ
る。水平混合に対応すべく検討が行われつつある。特開
2001-86519号公報の固体撮像装置は、混合するラインの
位置関係に着目し、エリアイメージセンサから出力され
た色混合した信号から、たとえば三原色R, G, Bの生成
を行っている。固体撮像装置は、三原色R, G, Bを生成
するため色混合した信号に対して複雑な演算処理を施す
特別な画像処理を後段で行っている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところで、エリアイメ
ージセンサの水平間引きは、エリアイメージセンサ内で
水平方向の画素混合が行われているので、生成した画素
信号は、新たな色の画素空間（画像）を構築することに
なる。このとき、この画素空間は、明らかに従来の画素
位置と異なる色空間を示し、その画素配置は均等性が崩
れている。前述したような特別な画像処理を適用しない
で、これまで行っていた信号処理を均等性の崩れている
画素配置として得られた画像に施すと、画像には、縦
筋、偽色等を発生させてしまい、画質劣化を招いてしま
う。
【０００７】また、通常のモニタモードの動画を表示す
る場合、静止画より少ない画素数で動画像を表示してい
るが、表示画像には画質劣化の目立たない画素数を確保
している。しかしながら、この動画像に倍率を高くする
電子ズームをかけると、同じ画素データの繰返し表示が
行われ、実質的に表示画像に寄与する画素数が減少する
ことから、この表示画像には画質劣化が顕著になってし
まう可能性がある。
【０００８】前述した特開2001-86519号公報の固体撮像
装置では、水平方向に色混合して得られた画素データか
ら、三原色R, G, Bを再現する手順から混合する色の条
件が限定される。固体撮像装置において、さらなる信号
読出しの高速化を図るとき、この混色させる条件が問題
になる可能性がある。
【０００９】本発明はこのような従来技術の欠点を解消
し、水平混合による画像を高画質にし、信号電荷の読出
しにおけるこれまで以上の高速化および柔軟な読出し対
応を行うことのできる固体撮像装置およびその信号読出
し方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明の固体撮像装置は
上述の課題を解決するために、被写界からの入射光を各
色に分離する色フィルタセグメントがパターン配列され
た色フィルタ、この色フィルタで透過させ、該透過光を
光電変換して信号電荷を生成する受光素子、色フィルタ
セグメントの色に応じた色属性を有する信号電荷を受光
素子に蓄積させたり、受光素子から蓄積した信号電荷を
読み出す開閉が行われるゲート、このゲートに隣接して
垂直方向にゲートを介して読み出した信号電荷を転送す
る複数の第１の転送素子、この複数の第１の転送素子と
直交する水平方向に前記蓄積した信号電荷を転送する第
２の転送素子、第１の転送素子のそれぞれの最下段と第
２の転送素子との間に配設され、最下段の素子から供給
される信号電荷を一時保持する電荷保持手段、および色
フィルタセグメントのパターン配列で同一行方向に色属
性が同じ信号電荷の混合により水平方向の間引きを行わ
せて生成した色のパターンが、色フィルタのパターンと
異なる位置関係にある信号電荷を間引く電荷間引き手段
を有する固体撮像素子と、ゲートの開閉、第１および第
２の転送素子に対する駆動信号、ならびに電荷保持手段
に保持された信号電荷の読出し信号の生成を行い、さら
に電荷間引き手段に対する間引き駆動信号を生成する駆
動信号生成手段とを含むことを特徴とする。
【００１１】本発明の固体撮像装置は、駆動信号生成手
段からの駆動信号に応じて受光素子に各色属性の信号電
荷を蓄積し、電荷保持手段を駆使して第２の転送素子に
て水平混合を行うことにより水平間引きし、水平混合に
よって得られる色パターンが色フィルタのパターンと異
なるパターンにしてしまう色属性の信号電荷に対して電
荷間引き手段に駆動信号生成手段から供給される間引き
駆動信号により所定の列の信号電荷を間引きし、この間
引きした信号電荷の水平混合に対応する信号電荷を水平
混合することなく、そのままに読み出すことにより、色
フィルタのパターンと同じ位置関係の色パターンを得る
ことができる。
【００１２】本発明の固体撮像装置は上述の課題を解決
するために、被写界からの入射光を各色に分離する色フ
ィルタセグメントがパターン配列された色フィルタ、こ
の色フィルタで透過させ、この透過光を光電変換して信
号電荷を生成する受光素子、色フィルタセグメントの色
に応じた色属性を有する信号電荷を受光素子に蓄積させ
たり、受光素子に蓄積された信号電荷を読み出す開閉が
行われるゲート、このゲートに隣接して垂直方向にゲー
トを介して読み出した信号電荷を転送する複数の第１の
転送素子、この複数の第１の転送素子と直交する水平方
向に蓄積した信号電荷を転送する第２の転送素子、およ
び第１の転送素子のそれぞれの最下段と第２の転送素子
との間に配設され、最下段の素子から供給される信号電
荷を一時保持する電荷保持手段を有する固体撮像素子
と、ゲートの開閉、第１および第２の転送素子に対する
駆動信号、ならびに電荷保持手段に保持された信号電荷
の読出し信号を生成し、水平方向の同色の色属性を有す
る信号電荷を水平混合させる駆動信号も生成する駆動信
号生成手段と、固体撮像素子から水平混合により得られ
たアナログ出力信号を画素としてディジタル化を施し、
得られた画素データのうち、水平混合により色フィルタ
のパターンと異なるパターンをもたらす位置ずれした画
素データをこの画素データの左右に位置する同色の画素
データを用いて補間する信号処理手段とを含むことを特
徴とする。
【００１３】本発明の固体撮像装置は、受光素子で蓄積
された信号電荷を第１の転送素子を介して電荷保持手段
に送り、電荷保持手段から第２の転送素子に読み出した
信号電荷を水平方向の同色の色属性を有する信号電荷同
士で水平混合させ、信号処理手段で色フィルタのパター
ンと異なるパターンをもたらす位置ずれした画素データ
をこの画素データの左右に位置する同色の画素データを
用いて補間を行って、水平混合した色パターンを色フィ
ルタと同じパターンにすることができる。
【００１４】また、本発明の固体撮像装置の信号読出し
方法は上述の課題を解決するために、被写界からの入射
光を色分解する色フィルタセグメントを用いて色分解
し、色分解した入射光に応じてそれぞれの色属性を有す
る信号電荷に変換する第１の工程と、信号電荷を画素と
して水平方向に同色の信号電荷同士を水平混合させる場
合、この水平混合により得られる間引き読出しの色パタ
ーンが本来の色フィルタセグメントの配置パターンと異
なるパターンの位置関係にある信号電荷に対する間引き
処理を含めて水平混合読出しを行う第２の工程と、間引
き処理して得られた位置の信号電荷のレベルに対して正
常な配置パターンを示す位置の水平混合による信号電荷
の生成に用いた画素数に応じてレベル調整する第３の工
程とを含むことを特徴とする。
【００１５】本発明の固体撮像装置の信号読出し方法
は、色属性を有する信号電荷を画素とし、水平混合した
結果、本来の色フィルタセグメントの配置パターンと異
なるパターンの位置関係にある信号電荷を間引き読出し
し、この間引きに対応する信号電荷に対してレベルを同
色同士の水平混合に用いた画素の混合数を倍数としてレ
ベル調整することにより、画面全体のレベルバランスを
一定に保ちながら、水平方向の間引きを行っている。
【００１６】さらに、本発明の画像処理方法は上述の課
題を解決するために、被写界からの入射光を色分解する
パターンを介して各色に分解し、この色分解した光に対
する光電変換により色属性を有する信号電荷を生成し、
水平方向に同色の色属性を有する信号電荷同士を混合す
る水平混合を行う第１の工程と、水平混合により得られ
たアナログ出力信号を画素としてディジタル化を施し、
得られた画素データが示すパターンが色分解するパター
ンと異なるパターンをもたらす位置ずれした画素に対す
る左右に位置した同色の画素データを用いて位置ずれし
た画素を正常な位置に補間する第２の工程とを含むこと
を特徴とする。
【００１７】本発明の画像処理方法は、同色の水平混合
を行い、色分解するパターンに対して位置ずれしている
画素をこの画素の左右に位置する同色の画素データで補
間することにより位置ずれを解消して、生成するパター
ンを色分解するパターンと同じ関係にすることができ
る。
【００１８】
【発明の実施の形態】次に添付図面を参照して本発明に
よる固体撮像装置の実施例を詳細に説明する。
【００１９】本実施例は、本発明の固体撮像装置をディ
ジタルカメラ10に適用した場合である。本発明と直接関
係のない部分について図示および説明を省略する。以下
の説明で、信号はその現れる接続線の参照番号で指示す
る。
【００２０】ディジタルカメラ10には、図２に示すよう
に、光学レンズ系12、絞り機構14、撮像部16、前処理部
18、システム制御部20、信号処理部22、タイミング信号
生成部（TG：Timing signal Generator）24、ドライバ2
6、ストレージ28およびモニタ30が含まれている。光学
レンズ系12は、たとえば、複数枚の光学レンズを組み合
わせて構成されて絞り機構14でつくるアイリスを介して
入射光束が撮像部16に焦点を結ぶように結像させる。光
学レンズ系12は、本撮像の前に行う予備の撮像から被写
体とカメラ10との距離を求め、得られた距離に応じてピ
ント調節する、AF（Automatic Focus：自動焦点）調節
機構および入射光量を調節するAE（Automatic Exposur
e）調節機構を含んでいる。これらの機構は、後述する
ドライバ26から供給される駆動信号に応動する。
【００２１】絞り機構14は、具体的に図示しないが、ド
ライバ26からの駆動信号に応じてリング部を回転させ
る。リング部は羽根を部分的に重ならせてアイリスの形
状を丸く形成し、入射する光束を通すようにアイリスを
形成する。このようにして絞り機構14はアイリスの口径
を変えている。絞り機構14は、メカニカルシャッタ（図
示せず）をレンズシャッタとして組み込んでもよい。
【００２２】撮像部16には、光学ローパスフィルタ16
a、色フィルタ16bおよび固体撮像素子16cが含まれてい
る。光学ローパスフィルタ16aは、入射光の空間周波数
をナイキスト周波数以下にするフィルタである。色フィ
ルタ16bは、たとえば三原色RGBの色フィルタセグメント
が固体撮像素子16cの個々の受光素子（photosensitive
cell）と一対一に所定の位置関係に配されたフィルタで
ある。したがって、色フィルタ16bは、固体撮像素子16c
の受光素子の配置に依存する。固体撮像素子16cが水平
方向および垂直方向に画素を半ピッチずつずらした、い
わゆるハニカム配置の場合、三原色R, G, Bの色フィル
タセグメントは、図１に示すように、色Gの色フィルタ
セグメントを正方格子状に配し、色R, Bの色フィルタセ
グメントの一方の１つを正方格子の中心位置に配し、色
Gフィルタセグメントを挟んで対角に位置する色フィル
タセグメントの色を同色にする、G正方RB完全市松パタ
ーン等が用いられる。
【００２３】また、色フィルタ16bは、ハニカム配置に
限定されるものでなく、正方格子配置もある。この配置
の色フィルタパターンには、ベイヤ（Bayer）パターン
やGストライプRB完全市松パターン等がある。ベイヤパ
ターンは、一方の対角の色フィルタセグメントをGにし
て、他方の対角の色フィルタセグメントを色R, Bにする
パターンである。GストライプRB完全市松パターンは、
縦一列に色Gの色フィルタセグメントを配し、この縦一
列のGストライプを挟む両側の色を異色（R, B)にし、か
つ隣接する２行の対角する色を同色にすることにより完
全市松パターンにしている。
【００２４】なお、色フィルタ16bは三原色RGBに限定す
るものでなく、補色系の色フィルタセグメントであって
もよい。ただし、この場合、後段の信号処理には補色を
原色に変換する処理が追加される。
【００２５】固体撮像素子16cには、図１に示すCCD（Ch
arge Coupled Device）型が用いられる。固体撮像素子1
6cは、光学レンズ系12、絞り機構14のアイリスを通った
入射光を光電変換して信号電荷を生成している。受光素
子160のアレイ配置は、図１に示すように、同一な列
（垂直）および同一行（水平）方向の画素間隔をピッチ
とし、互いに隣接する素子間隔が垂直および水平方向に
半ピッチずつ画素がずれた位置関係にしている。固体撮
像素子16cにおいてあらわにゲートおよび垂直転送レジ
スタを示していないが、ゲートの開閉および垂直転送レ
ジスタ内に読み出した信号電荷の転送を行うための駆動
信号が電極V1, V3A, V3Bを介して供給される。
【００２６】静止画を読み出すモードでは、電極V1と電
極V3A, V3Bとにそれぞれの駆動信号を供給して露光によ
り蓄積した信号電荷を読み出して、水平転送レジスタの
方向に向けて信号電荷を転送する。水平間引きによる読
出しモードでは、電極V1と電極V3Aとにそれぞれの駆動
信号を供給して露光により蓄積した信号電荷を読み出し
て、水平転送レジスタの方向に向けて信号電荷を転送す
る。特に、電極V3Bには、後述するように、水平間引きに
応じて水平混合した場合、使用した色フィルタ16bの色
パターンと異なる位置関係に画素を生成してしまうの
で、信号電荷の読出しを禁止するように駆動する。この
ため、電極V3A, V3Bが別々に配設されている。図１の固
体撮像素子16cでは、左側から５番目の列、13番目の列
の受光素子を各行方向の受光素子と個別に駆動させるよ
うに配線する。第１行目における配線は、電極V3B-B14-
B112-・・・をつなぐ。第３行目における配線は、電極V3B-
R34-R312-・・・をつなぐ。これにより、第０列の受光素子
160が水平混合されずにそのまま残り、第５列の受光素
子160の位置に第２列と第６列で読み出した同色の信号
電荷を水平混合して本来読み出される色と異色の色属性
を有する信号電荷を生成する。第３行では、本来の色B
14, B112が色R14, R112になる。
【００２７】垂直方向に信号電荷を転送するこの垂直転
送レジスタ（図示せず）に対する垂直方向と直交する水
平方向にラインメモリ162が配設されている。ラインメ
モリ162は、垂直転送レジスタのそれぞれに対応したメ
モリを有している。このメモリは、信号電荷の保持/読
出しを行うために入出力用のゲートが形成されている。
固体撮像素子16cは、さらに、ラインメモリ162に対して
並行に水平転送レジスタ164が形成されている。水平転
送レジスタ164は、ラインメモリ162に対応して転送レジ
スタを有している。水平転送レジスタ164の各レジスタ
には、図１に示すように、ポテンシャル井戸を形成し、
形成するポテンシャル井戸の形状に応じて信号電荷を転
送させる水平駆動信号H1〜H8のいずれかが供給される。
水平転送される信号電荷は、水平混合されて、出力アン
プ部166に供給される。なお、固体撮像素子16cにおける
間引き水平混合については、後段にて動作について詳述
する。間引き水平混合とは、単なる水平混合でなく、水
平間引き処理を行っても使用する本来の色フィルタの配
置と同じパターンが得られるように異常をもたらす受光
素子からの信号電荷を間引く読出しを意味している。
【００２８】出力アンプ部166は、供給される信号電荷
（Q）を電圧信号（V）に変換するFDA（Floating Diffus
ion Amplifier)が備えられている。レベル調整機能を有
する場合、出力アンプ部166には、図３に示すように、
水平転送レジスタ164から出力される信号電荷をシステ
ム制御部20から供給される制御信号20aに応動して信号
レベルのゲインを切り換える切換スイッチSW1, SW2
と、水平混合した信号電荷に対するアンプ166aと、水平
間引き混合により読み出した信号電荷に対して水平混合
する画素数に応じてゲインアップさせるアンプ166bとが
含まれている。切換スイッチSW1は、切換スイッチの端
子a, bとアンプ166a, 166bの入力側をそれぞれ接続して
いる。また、切換スイッチSW2は、切換スイッチSW2の端
子c, dとアンプ166a, 166bの出力側が接続されている。
切換スイッチSW1, SW2は、制御信号20aに同期して切り
換える。切換スイッチSW1の入力端子a, bとアンプ166a,
166bの入力側の信号線には、信号レベルのベースのレ
ベル位置をクランプするようにダイオード166c, 166dが
それぞれ、並列接続されている。
【００２９】切換スイッチSW1は、供給される信号電荷
が水平混合されたものか否かに応じて切換えを行う。図
４のグラフは、時間経過に応じてG, R, B, G, ・・・と供
給される中で、たとえば、図１の第３行からの信号電荷
読出しを実線3H, 3Lで表す。色R30に対する増幅は、水
平間引きにより得られた信号電荷を用いることから、他
の色が示す入力の大きさに比べてゲインを２倍にしてい
る。また、図１の第１行からの信号読出しを破線1H, 1L
で表す。この場合、たとえば色B18に対する増幅も他の
色に比べてゲインを同様に２倍にしている。
【００３０】このように撮像部16は、固体撮像素子16c
でQ/V変換された信号16dを撮像信号として前処理部18に
出力する。
【００３１】前処理部18は、図５に示すように、コンデ
ンサ180、相関二重サンプリング（Correlated Double S
ampling:以下、CDSという)回路182、ゲイン調整増幅（G
ainControl Amplifier:以下、GCAという)回路184および
A/D変換器（Analog-to-Digital Converter:以下、ADCと
いう）186を有している。コンデンサ180は、撮像部16か
ら供給される画像信号16dに含まれる直流成分を除去し
てCDS回路182に送る。CDS回路182は、供給される撮像信
号16dが含む低周波のノイズ成分を除去する。
【００３２】GCA回路184は、ノイズ除去された信号18a
をシステム制御部20から供給される制御信号20bに応じ
て増幅することにより波形整形する。
【００３３】ここで、GCA回路184は、固体撮像素子16c
の出力アンプ部166が水平混合の有無に応じた出力レベ
ルの調整を行っていない場合、上述した波形整形のゲイ
ン調整を行うとともに、水平混合しない、露光により得
られたそのままの信号レベルに対応したレベル調整も行
う。このレベル調整を簡単に説明すると、単に水平混合
した場合、各色のレベルは、図6(a)に示すように、水平
混合により各色の信号レベルを反映して得られる。本実
施例のように特定の列の受光素子からの信号電荷を読出
し禁止が行われると、図6(b)に示すように、色Rの信号
レベルが半分になってしまう。この色毎に得られる信号
レベルを同じレベルにすべてするため、GCA回路184は、
水平間引き混合の信号レベルを考慮してレベル調整を行
い、図6(c)に示すように各色の信号レベルが同じにされ
たアナログ信号18bをADC 186に出力する。
【００３４】ADC 186は、供給されるアナログ信号18bを
ディジタル信号に変換された画像データ18cを信号処理
部22に出力する。
【００３５】図２に戻って、信号処理部22は、画像信号
処理部で、RISC（Reduced Instruction Set Computer：
縮小命令セットコンピュータ）チップである。このチッ
プ内には、図示しないが、信号発生回路（SG）、メモ
リ、ガンマ補正回路、評価値算出部、画素補間処理回
路、マトリクス処理回路、および圧縮／伸長処理回路が
含まれている。
【００３６】信号処理部22には、システム制御部20から
の制御信号20cが供給され、信号発生回路はこの制御信
号20cに応動して動作する。信号発生回路は、複数の周
波数を生成することができるPLL（Phase Locked Loop）
回路を有している。信号発生回路は、源発の発振周波数
を基準クロック信号として整数倍に逓倍してクロック信
号を生成してもよい。信号処理部22は、生成したクロッ
ク信号を含むバスライン22a、システムバス100、信号線
22bを介してシステム制御部20およびタイミング信号生
成部24に供給する。
【００３７】ここで、信号処理部22は、水平混合を２画
素で行った場合に、前述した固体撮像素子16cおよび前
処理部18において水平間引きして水平混合していない画
素データと水平混合した画素データとを区別したレベル
調整が行われていないとき、この区別を行い、水平間引
きして得られた水平混合していない画素データを選択し
てビットシフトさせる選択シフト回路を信号処理部22の
入力段側に配設するとよい。選択シフト回路は、ビット
シフトさせる画素データだけを倍にすることができる。
これにより、水平間引きによる低い画素データレベルを
容易に補正することができる。
【００３８】なお、選択シフト回路は、２画素の混合に
限定されるものでなく、水平混合の画素数が2n（nは自
然数）の場合、nビットのシフトで画素データを補正す
ることができる。
【００３９】メモリは、ディジタルデータに変換した画
像データ18cまたは上述の条件の場合、選択シフト回路
でレベル調整が施された画素データを含む画像データを
入力し、一時的に記憶し、ガンマ補正回路に画像データ
として出力する。メモリは、繰り返し読出しを行う場
合、不揮発性メモリを用いることが好ましい。ガンマ補
正回路には、たとえばガンマ補正用のルックアップテー
ブルが含まれている。ガンマ補正回路は、画像処理にお
ける前処理の一つとして供給される画像データをテーブ
ルのデータを用いてガンマ補正する。ガンマ補正回路
は、ガンマ補正した画像データをそれぞれ評価値算出部
および画素補間処理回路に供給する。
【００４０】評価値算出部には、絞り値・シャッタ速
度、ホワイトバランス（White Balance：以下、WBとい
う）調整値および階調補正値を算出する演算回路が含ま
れている。評価値算出部は、上述した演算回路にて、供
給される画像データを基に適切な各パラメータを演算処
理により算出する。これらの算出結果は、パラメータを
データバス22a、システムバス100、制御およびデータを
含むバス200を介してシステム制御部20に供給される。
【００４１】なお、評価値算出部は、信号処理部22の配
設に限定されることなく、システム制御部20に配設する
ようにしてもよい。この場合、信号処理部22は、ガンマ
補正した画像データをシステム制御部20に供給する。
【００４２】画素補間処理回路は、画素データを補間生
成して算出する機能および生成した画素データを広帯域
化する機能を有する。撮像部16は単板の色フィルタ16b
を用いているため、実在する色フィルタセグメントの色
以外の色が撮像素子から得られない。そこで、画素補間
処理回路は、この得られない色の画素データを補間によ
り生成する。さらに、最初に得られた色を含めて生成し
た画素データを用いて高周波化、すなわち広帯域化処理
を行う。画素補間処理回路は、広帯域化したプレーンな
画像データをマトリクス処理回路に供給する。マトリク
ス処理回路は、輝度および色差データをそれぞれ、生成
する。
【００４３】また、画素補間処理回路は、ハニカムタイ
プの固体撮像素子16cを撮像部16に用いている場合、こ
のガンマ補正した画像データを用いて実際に画素の存在
する位置（実画素）や画素の存在しない位置（仮想画
素）に三原色RGBの画素データを補間処理により生成す
る。
【００４４】マトリクス処理回路は、画像データから輝
度データYと色データCb, Crを生成する。生成した画像
データは、圧縮／伸長処理回路に供給される。
【００４５】圧縮／伸長処理回路は、本撮像モードにお
いて供給される画像データ（Y/C）にJPEG（Joint Photo
graphic Experts Group）等の規格で圧縮処理を施す。
圧縮／伸長処理回路は、本撮像後の圧縮した画像データ
をデータバス22a、システムバス100、バス28aを介して
ストレージ28に送って記録する。また、圧縮／伸長処理
部は、ストレージ28に記録した画像データを読み出し、
バス28a、システムバス100、データバス22aを介して供
給される画像データに伸長処理を施す。伸長処理は、圧
縮処理の逆処理である。伸長した画像データ（Y/C）
は、信号処理部22内でD/A変換される。信号処理部22
は、このアナログ信号を再生した画像信号22cとしてモ
ニタ30に出力する。信号処理部22は、再生に限らず、撮
像した画像を静止画や動画で表示する場合も信号処理し
たアナログ信号22cにしてモニタ30に出力する。
【００４６】システム制御部20は、カメラ全体の汎用な
部分やディジタル処理を行う部分を制御するマイクロコ
ンピュータまたはCPU（Central Processing Unit）であ
る。システム制御部20は、図示しないキー操作部から供
給されるタイミング信号、モード信号および選択信号が
含まれるトリガ信号202を受けて、各部に対する制御信
号を生成する。具体的に説明すると、システム制御部20
は、前処理部18および信号処理部22を制御信号22b, 22c
により制御する他、撮像部16の設計に応じて特定の位置
の出力に対してレベル調整を行うように制御信号20aを
供給する。システム制御部20は、図２に制御線を図示し
ていないがタイミング信号生成部24、ドライバ26および
ストレージ28も制御している。
【００４７】システム制御部20には、信号発生回路から
クロック信号22bが供給される。そして、システム制御
部20には、信号処理部22で求めた各種パラメータの情報
も供給される。システム制御部20は、クロック信号22b
に基づいて動作させるように各種パラメータに対応する
制御信号20aないし20cをそれぞれ、生成している。
【００４８】タイミング信号生成部24は、供給されるク
ロック信号22bを基に水平同期信号、垂直同期信号、フ
ィールドシフトゲートパルス、水平転送信号、垂直転送
信号、ラインメモリ162のR/W等の各種タイミング信号を
生成する。タイミング信号生成部24は、生成したタイミ
ング信号240aをドライバ26に供給する。タイミング信号
生成部24は、前処理部18にもサンプリング用のタイミン
グ信号240bを供給している。
【００４９】ドライバ26は、光学レンズ系12のAF調節機
構を駆動させて、ピント調節を行う駆動信号26a、露出
に関わるパラメータのうち、あらかじめ設定された目標
の絞り値と測光値との差がなくなるように図示しない制
御信号に応じてリング部を回転させる駆動信号26bを供
給する。そして、ドライバ26は、露出時間を管理し、光
電変換により生成された信号電荷を転送路に読み出して
この信号電荷を垂直／水平方向に転送させ、動作モード
に応じて水平間引き混合等を破綻なく、行わせるように
駆動信号26cを撮像部16に供給する。
【００５０】ストレージ28は、半導体メモリ等を記録媒
体として用いて、供給される画像データを記録する。記
録媒体には、光ディスクや光磁気ディスクを用いてもよ
い。
【００５１】モニタ30は、液晶モニタを用いる。液晶モ
ニタは、バックライト型、反射型、等がある。モニタ30
には、信号処理部22から供給される画像信号に応じた画
像が表示される。
【００５２】次に固体撮像素子16cにおいて水平間引き
混合を行う場合の動作を説明する。図７は、図８および
図９の接続関係を示す配置図である。図８および図９
は、ラインメモリ（LM）162の保持する信号電荷および
水平転送レジスタ164に形成されるポテンシャルならび
に供給される駆動信号のタイミングを示している。ま
た、時間経過方向は矢印Aで示す。図８のラインメモリ1
62には、図１の第２行および第３行目の受光素子160か
ら読み出し、垂直転送された信号電荷の格納状態を示し
ている。ラインメモリ162は、第０行から数えている。
電極V3Bと接続しているゲートは、間引き水平混合にお
いてトランスファゲートパルスが印加されない。固体撮
像素子16cは、電極V1およびV3Aで作動させている。これ
により、これらの２行の内、水平駆動信号H5が供給され
る色Rの信号電荷は読み出されない。そして、水平転送
レジスタ164には、何も信号電荷がない状態を示してい
る。
【００５３】ラインメモリ162は、水平駆動信号H5が供
給される位置の信号電荷と水平駆動信号H1が供給される
位置の信号電荷とを水平混合するため位置H5に読出し制
御信号を印加する。位置H5に読み出した信号電荷を入れ
るためのポテンシャル井戸を形成するように水平駆動信
号H5だけレベルHを印加する。水平駆動信号H1〜H8が示
すように水平転送レジスタには、８相の駆動信号が供給
されている。
【００５４】しかしながら、水平混合することにより、
本来の色フィルタのパターン配置と異なる位置関係に水
平混合の信号電荷が形成されることがあらかじめわかっ
ているから、位置H5の信号電荷は空である。したがっ
て、水平混合に到るまでの水平駆動は、空のパケットを
転送してしまう。この期間の転送は、無駄な駆動である
から省略することができる。このような省略は、読出し
時間を短縮させることにつながり、大きな効果が得られ
る。
【００５５】図９のラインメモリ162とこの直下に示さ
れたポテンシャル井戸は、ラインメモリ162の位置H1, H
4, H7, H8の信号電荷を水平転送レジスタ164に読み出
し、ポテンシャル井戸を形成した状態を示している。ラ
インメモリ162は、信号電荷の読出しゲートを開くよう
にレベルHが供給されている。これらの位置H1, H4, H7,
H8に供給される水平駆動信号は、レベルHにしている。
位置H8における信号電荷（色G）は、次の転送において
水平駆動信号H8およびH4がレベルH、そして水平駆動信
号H7およびH3がレベルLで供給されるから、そのままの
位置に留まる。また、位置H1も、レベルHの水平駆動信
号が供給され続けているので、信号電荷（色R)はそのま
まの位置に停留する。
【００５６】この後、位置H4, H6, H8の信号電荷は、水
平駆動信号H1を除き、規則的にレベルL/Hを交互に位相
のずれた水平駆動信号H2〜H8が供給されるから、順に信
号電荷の格納するポテンシャル井戸の形成位置を１つず
つシフトさせる。この結果、位置H1〜H8を１つの単位と
みなすと、ポテンシャル井戸がH1 (R), H2 (G), H3
(/), H4 (B), H5 (/), H6 (G), H7 (/), H8 (-)のよう
に形成される。
【００５７】ここで、(/)は、ポテンシャル井戸が形成
されていない状態を示し、(-)は、ポテンシャル井戸が
形成されていながら、信号電荷がない、空の状態を示し
ている。
【００５８】上述した状態において水平駆動信号H4をレ
ベルLにし、水平駆動信号H3をレベルHにする。これによ
り、ポテンシャル井戸は、H1 (R), H2 (G), H3 (B), H4
(/), H5 (/), H6 (G), H7 (/), H8 (/)となる。この位
置関係において、ラインメモリ162の位置H2, H3およびH
6にそれぞれ格納されている色G, B, Gの信号電荷を読み
出す。位置H2, H3およびH6の信号電荷は、これまで転送
されてきた信号電荷と混合して２倍になる。すなわち、
位置H2, H3およびH6は、信号電荷が2G, 2B,2Gになる。
【００５９】この水平混合の後に、これまで停留させて
いた位置H1の信号電荷（R)だけを１つだけ読出し方向に
シフトさせる。次に、位置H8に移動した信号電荷（R)お
よび位置H2の信号電荷（2G)を、それぞれ１つだけ読出
し方向にシフトさせる。これにより、図９に示すように
最下段の位置関係に間引き水平混合が行うことができ
る。この行の場合、水平混合しない信号電荷（R)と水平
混合させた２倍の信号電荷（G)および（B)とが得られ
る。
【００６０】読み出した信号電荷に対して色Gと色R, B
とが異なる行として扱うことにより、固体撮像素子16c
は、間引き水平混合を行っても、本来の色フィルタの配
置パターンと同じ位置関係に色の関係が保たれた信号電
荷の読出しを行うことができる。この点について後述す
る比較例との比較でさらに説明する。
【００６１】図10に比較例の固体撮像素子40を示す。固
体撮像素子40は、基本的に上述した実施例と同じであ
る。各部に付される参照番号は、上述の実施例と同じに
している。固体撮像素子40は、電極V1, V3からの信号線
がライン毎にそれぞれ接続されている。この接続は、垂
直方向の間引き読出しで行われてきた接続である。水平
混合による水平間引き読出しは、何も考慮されていな
い。
【００６２】固体撮像素子40を用いて水平混合による水
平間引き読出しを説明する。図11は、図12および図13の
接続関係を示す配置図である。図12および図13は、ライ
ンメモリ（LM）162の保持する信号電荷および水平転送
レジスタ164に形成されるポテンシャルならびに供給さ
れる駆動信号のタイミングを示している。また、時間経
過方向は矢印Aで示す。図12のラインメモリ162には、図
10の第２行および第３行目の受光素子160から読み出
し、垂直転送された信号電荷の格納状態を示している。
図12では、ラインメモリ162の位置H5から水平転送レジ
スタ164に信号電荷（色R）を読み出して、この信号電荷
（色R）を位置H1までシフトさせる。
【００６３】固体撮像素子40は、色フィルタ16bの色フ
ィルタセグメントを透過した光を光電変換することで色
属性を有する信号電荷を受光素子160にて生成してい
る。水平混合において混色しないように、同色同士を混
合させる。この関係を図14(a)に示す。実線は、混合す
る信号電荷の組または対を表している。図14(a)のよう
に水平混合した場合、図14(b)の位置関係に信号電荷が
生成されることになる。このとき、色Rの水平混合した
信号電荷は、色Gの水平混合した信号電荷と同じ列にな
り、位置ずれしてしまう。これに対して、水平混合した
色Rの所望の位置は、破線で示した矢印の位置である。
【００６４】ここで、色Rの信号電荷に着目するのは、
この色Rを本来の色フィルタ16bが色フィルタセグメント
Rと同じ位置関係をもたらす位置に水平混合した信号電
荷を移動させるためである。
【００６５】図13では、位置H1, H4,およびH8の信号電
荷がラインメモリ162から読み出される。この読出しに
より、位置H1の信号電荷は、直下の色Rの信号電荷と水
平混合して2Rになる。以後、前述した実施例と同じ水平
駆動を行うことにより、位置H1〜H8を１つの単位とみな
すと、ポテンシャル井戸がH1 (2R), H2 (G), H3 (/), H
4 (B), H5 (/), H6 (G), H7 (/), H8 (-)のように形成
される。さらに、前述の実施例と同様に水平駆動し、ラ
インメモリ162に残る信号電荷を読み出す。これによ
り、ポテンシャル井戸は、H1 (2R), H2 (2G), H3 (2B),
H4 (/), H5 (/), H6 (2G), H7 (/), H8 (/)となる。そ
して、各信号電荷をポテンシャル障壁毎に均等に配する
ようにできる。すなわち、H1 (2G), H2 (/), H3 (2B),
H4 (/), H5 (2G), H6 (/), H7 (2R), H8 (/)である。
【００６６】図14に示したように単純に水平混合を行わ
せると、色ずれを起こす。そこで、比較例では、色Rを
考慮して色ずれを起こさない位置まであらかじめシフト
させている。本実施例は、あらかじめ色ずれを発生させ
る信号電荷を間引いている。この場合、色ずれを生じさ
せる信号電荷の読出しを禁止させる電極構造を採用して
いる。この構造を用いることにより、色ずれを起こす位
置の信号電荷を上述したようにシフトさせる操作が無駄
になる。ドライバ26は、この無駄な電荷転送操作になる
図６の走査期間Dを除くようにタイミング信号240aを受
けて駆動信号26cを撮像部16に出力する。したがって、
本実施例の固体撮像素子16cは、固体撮像素子40に比べ
て走査期間Dの分、水平走査を速くすることができる。
【００６７】固体撮像素子16cは、図15に示すように、G
正方RB完全市松パターンにおいて通常行われる８×８を
１つのブロック単位（実画素32個：仮想画素32個）とみ
なして水平２画素混合を行うと、色ずれを考慮しない場
合、図16において矢印32の列の矢印32a〜32dに示す画素
の配置が本来のパターンと異なってしまう。前述した水
平間引き水平２画素混合を行うと、図17に示すように、
色ずれが考慮されて本来の色パターンと同じG正方RB完
全市松パターンを生成することができる。このようにパ
ターンの生成を行うため、実画素をそのまま読み出した
ことによって、ブロックの右端の信号電荷は、理論的に
水平混合した画素の半分になっている。
【００６８】また、固体撮像素子16cは、図18に示すよ
うに、G正方RB完全市松パターンにおいて通常行われる1
2×８を１つのブロック単位（実画素48個：仮想画素48
個）とみなして水平３画素混合を行うと、色ずれを考慮
しない場合、図19において矢印34の列の矢印34a〜34dに
示す画素の配置が本来のパターンと異なってしまう。前
述した水平間引き水平３画素混合を行うと、図20に示す
ように、色ずれが考慮されて本来の色パターンと同じG
正方RB完全市松パターンを生成することができる。この
ようにパターンの生成を行うため、実画素をそのまま読
み出したことによって、ブロックの右端の信号電荷は、
理論的に水平混合した画素の1/3になっている。上述し
た水平間引き２画素および３画素水平混合からわかるよ
うに、この２種類の混合を行う場合、電極3VBを接続す
る画素のゲートは、同じにならない。したがって、本実
施例の間引き水平混合は、水平混合する画素数を念頭に
おいて設計するとよい。
【００６９】このように固体撮像素子は、動画のように
信号読出し時間が規定され、数百万の画素数を有する場
合、信号読出しが重要な要件になる。このように間引き
水平混合は、読出し時間の短縮という大きな効果をもた
らす。また、色ずれを起こす位置の信号電荷（読出し禁
止）に対応する信号電荷は、そのまま読み出されるが、
水平混合していない分、信号電荷量が他の水平混合した
信号電荷量に比べて低い。この信号電荷の不足分は、固
体撮像素子16cの出力アンプ部166、GCA回路184および信
号処理部22のいずれか１つにおいてレベル調整する。
【００７０】これにより、ディジタルカメラ10は、画素
数が増加しても間引き水平混合を行うことにより、高速
に信号電荷を読み出すことができ、かつ読み出す信号の
色フィルタパターンを静止画と同じにできるので、得ら
れる画像を高画質化することができる。
【００７１】上述した実施例は、色フィルタ16bにG正方
RB完全市松パターンを適用したが、本発明は、このパタ
ーンに限定されることなく、ベイヤパターンやGストラ
イプRB完全市松パターンにおいても水平間引き２画素水
平混合が適用できる。図21にベイヤパターンを示す。ベ
イヤパターンは、４画素の正方配置を考えるとき、色G
の色フィルタセグメントを一方の対角にし、色R, Bを他
方の対角にする配置である。色ずれを考慮せずに、２画
素水平混合した場合、図22に示すように、ベイヤパター
ンは再現されるが、生成される画素の配置バランスに偏
りが生じる。そこで、水平間引き２画素水平混合を適用
すると、図23に示すように、生成される。水平間引き２
画素水平混合における水平間引きは、ブロック単位の第
２列目を間引いている。これにより、生成される色パタ
ーンは、２ブロックを含めて水平方向に対して均等にバ
ランスよく配置されることがわかる。ただし、１ブロッ
ク内における右端側の画素列は、水平混合しないで読み
出される画素を示している。図23の色パターンは、色温
度が低い、すなわち赤味がかった画像において有効であ
る。
【００７２】また、水平間引き２画素水平混合における
水平間引きをブロック単位の第３列目を電極V3Bと接続
され、第１列目をそのままに読み出した場合、図24に示
す色パターンがバランスよく得られる。この色パターン
は、色温度が高い、すなわち青味がかった画像において
有効である。これにより、画像全体の色S/Nを稼ぐこと
ができる。
【００７３】次に色フィルタ16bが、GストライプRB完全
市松パターンの場合について説明する。GストライプRB
完全市松パターンは、図25に示すように、色Gを縦方向
にストライプ形成し、この色Gのストライプを挟む２列
の色R, Bの色フィルタセグメントが異色の関係に配され
るパターン、すなわち完全市松パターンである。このパ
ターンにおいて色ずれを考慮せずに２画素水平混合を行
うと、図26の矢印36が示す列に不要な画素が生成され
る。すなわち、この列における色2B, 2Rの画素である。
【００７４】GストライプRG完全市松パターンにおい
て、図25のブロックパターンの内、右端の列をそのまま
残し、左端から第４列目が電極V3Bに接続されることに
より間引きされる間引き水平混合が行われることによ
り、図27に示すように色パターンは、バランスよく生成
することができる。
【００７５】次に本発明の固体撮像装置における他の実
施例を適用したディジタルカメラ10について説明する
（図28を参照）。前述した実施例と異なる点は、固体撮
像素子16cにある。固体撮像素子16cは、同一行内の信号
電荷を読み出すゲート（あらわに図示せず）を電極V3と
接続する比較例と同じ電極構造である。本実施例の固体
撮像素子16cには、水平転送レジスタ164に並行して水平
ドレイン168が配設されている。水平ドレイン168は、水
平転送レジスタ164に供給された信号電荷を水平ドレイ
ン168に供給される水平掃出し信号168aに応動して廃棄
する。この信号電荷の廃棄により、色ずれを発生させる
信号電荷が間引かれる。
【００７６】なお、水平ドレイン168は、ラインメモリ1
62と水平転送レジスタ164の間に配設するようにしても
よい。
【００７７】本実施例における固体撮像素子16cの動作
を説明する。図29は、動作を説明する図30および図31の
タイミングチャートの配置を示す図である。図30では、
第０行目を考慮した第２行目および第３行目から信号電
荷を読み出し、ラインメモリ162に格納された状態を示
している。また、時間経過方向は矢印Aで示す。G正方RB
完全市松パターンにおける色ずれの原因は、前述した実
施例での説明からもわかるように位置H5（この場合の色
属性R）の信号電荷である。ラインメモリ162は、駆動信
号のレベルをHにしてこの位置の信号電荷を水平転送レ
ジスタ164に読み出す。次に水平転送レジスタ164におけ
る位置H5と並行して配設されている水平ドレイン168に
駆動信号168a（HDR）が供給される。この供給により、
位置H5の信号電荷は、水平ドレイン168に廃棄される。
この廃棄により、水平間引きが行われる。このような水
平間引きは、色ずれの原因をもたらさない位置まで対象
の信号電荷を移動させることを不要にする。
【００７８】図31では、上述した水平間引きした画素と
水平混合する相手の画素、すなわち位置H1の信号電荷を
水平転送レジスタ164に読み出し、そのままの位置に停
留させる。したがって、停留の間、位置H1に供給される
水平駆動信号H1は、レベルHのままである。色B, Gの水
平混合を行うため、ラインメモリ162には、位置H4, H7
およびH8にレベルHの信号162aが供給される。これによ
り、位置H4, H7およびH8の信号電荷が水平転送レジスタ
164に読み出される。このとき、水平転送レジスタ164に
は、レベルHの水平駆動信号H4, H7およびH8が供給され
る。これらの位置の水平転送レジスタ164には、ポテン
シャル井戸が形成される。
【００７９】次に位置H4およびH8の色Gの信号電荷は、
位置をそのままに停留させ、位置H7の信号電荷（色B）
だけを読出し方向に１つシフトさせる。この操作により
ポテンシャル井戸を形成された位置の前にポテンシャル
障壁が形成される。次に位置H4, H6およびH8の信号電荷
は、読出し方向にそれぞれ２つずつシフトさせる。そし
て、図示していないが、位置H4の信号電荷（色B）だけ
を読出し方向に１つだけシフトさせる。これにより、読
み出された信号電荷（色G, B, G）は、ラインメモリ162
に残る信号電荷の直下に移動させられる。
【００８０】ここで、ラインメモリ162には、信号電荷
を読み出すように駆動信号162a（LM）が供給される。そ
して、水平転送レジスタ164には、位置H1, H2, H3およ
びH6にレベルHの水平駆動信号が供給される。
【００８１】次に位置H1をレベルL、位置H2, H3, H6, H
8をレベルHの水平駆動信号が供給されることにより、色
Rの信号電荷が読出し方向にシフトされる。そして、位
置H2,H6およびH8に供給される水平駆動信号のレベルをH
からLにし、隣接する位置H1,H5およびH7をレベルLからH
にする。これにより、水平転送レジスタ164は、水平駆
動信号にレベル変化のあった位置の信号電荷を１つシフ
トさせる。
【００８２】本実施例の固体撮像素子16cは、先の実施
例が電極の区別という設計時に固定されてしまう点に比
べて水平駆動信号の内、水平間引きする対象の信号電荷
を選んで廃棄することから、駆動のさせ方を考慮して駆
動させることができる。駆動させる手順をソフトウェア
的に書き換えて信号読出しさせることが可能なので、使
用する色フィルタの種類やブロック単位に対応した読出
しに合わせることができる点で有利である。
【００８３】たとえば、ベイヤパターンでは、色温度に
応じた２つの信号読出しができることを説明した。先の
実施例にようにハードウェアに固定された読出しの場
合、一方にしか対応できないが、ディジタルカメラ10
は、本実施例のように２つの信号読出しを行うようにタ
イミング信号生成部24にあらかじめ手順を書き込んでお
く。ユーザの操作により被写界が赤味および青味のいず
れか一方を選択し、システム制御部20にトリガ信号202
として供給する。システム制御部20は、タイミング信号
生成部24を制御し、ユーザが所望する読出しに対応して
撮像させることができる。
【００８４】このように本実施例は、これまでより短時
間に間引き水平混合の信号読出しを行って高画質な静止
画や動画の画像を提供するとともに、色フィルタの種類
やブロック単位等の変更に対しても柔軟にソフトウェア
的に対応することができる点で有利である。
【００８５】さらに、本発明の画像処理装置をディジタ
ルカメラ10に適用した実施例を説明する。ここで、ディ
ジタルカメラ10は、固体撮像素子および信号処理部を除
いて同じ構成である。特に、固体撮像素子は、図10に示
した固体撮像素子40を用いて色ずれを考慮することな
く、水平混合を行う。信号処理部22には、図示しない
が、供給される水平混合により得られた画像データ18c
を用いて、色ずれを補正して本来の所望する位置に生成
する機能を有する色ずれ補正処理部がある。
【００８６】色ずれ補正処理部の動作を説明する。固体
撮像素子40は、色フィルタ16bに図32(a)のG正方RB完全
市松パターンを使用する。図32(a)は、説明の容易化を
図るため、２行分を用いて説明する。ここでは、色ずれ
を考慮することなく水平混合を行う。この結果、図32
(b)に示すパターンの位置関係で画像データが得られ
る。このとき、水平混合により画素b1, b2で示す位置に
色Bの信号電荷2Bが生成される。本来の位置は、破線の
八角形で示す位置である。
【００８７】信号処理部22の色ずれ補正処理部では、図
32(c)に示すこの本来の位置での画素データをB1, B2と
して画素データを算出する。算出には、水平混合して得
られた色ずれの画素データb1, b2と、画素データB1に対
する画素データb1, b2までのそれぞれの空間距離とを用
いる。空間距離は、補間係数として用いられる。
【００８８】ここで、空間距離は、水平方向に見て、画
素と画素のピッチを１とする。したがって、画素データ
B1と画素データb1の距離は、１であり、画素データB1と
画素データb2の距離は、３である。また、画素データb1
-b2の空間距離は、４であるから、加算平均すると、画
素データB1は、(b1×3＋b2×1)/4の演算により得られ
る。このように本来の位置に対して同一行内で色ずれの
水平混合した左右に位置する画素データおよび空間距離
を用いて加算平均して本来の位置に画素データを生成す
ることができる。
【００８９】この場合、固体撮像素子16cにおいて、色
ずれを考慮した間引き水平混合を用いた信号読出しでな
く、単なる水平混合を行っているだけなので、ディジタ
ルカメラ10は、固体撮像素子16cからの信号読出しに要
する時間を比較例の信号読出し時間に比べて短縮化する
ことができる。また、信号レベルの調整を行うためのハ
ードウェア的な構成も不要である。ただし、読み出した
信号電荷の位置関係には、色ずれが含まれている。この
色ずれに対処するため、信号処理部22では、本来の位置
の画素データに対して左右に色ずれしている画素データ
を用い、空間距離を係数とする加算平均によって、本来
の画素データを生成することができる。読み出した画素
データを基に補正する方法を用いることにより、水平混
合の仕方に限定されず、信号電荷の高速読出しに柔軟に
対応することができる。このような画像処理により、正
確な画像の再現が可能になるので、ディジタルカメラ10
は、水平混合した画素データをそのままストレージ28に
送って保存し、後で輝度および色データを生成すること
もできる。
【００９０】これまで、間引き水平混合が静止画や動画
に適用して有用な点を説明してきたが、間引き水平混合
は、電子ズームを行う場合にも有効である。たとえば、
3000×4000画素（＝1200万画素）を有する画像300を出
力する撮像部16がある。モニタ30は、このような多画素
を有していないので、通常間引いて表示させる。この間
引きは、画像300を640×480（VGA：Video Graphics Arr
ay)の画像400にして表示する。このとき、動画モードに
おける間引きは、水平混合により読み出す。この場合、
画素数が多いので画質劣化は目立たない。しかしなが
ら、電子ズームで狭い領域410を拡大する場合、水平混
合した画像500では、画質劣化が顕著に現れる可能性が
ある。
【００９１】そこで、画質劣化を回避するため、本発明
の固体撮像装置にて適用した間引き水平混合を適用す
る。この適用により、拡大サイズの画像500において水
平間引きしても色フィルタの本来のパターンを維持する
ように画像が読み出されるので、偽色の発生が抑制さ
れ、高画質な画像を得ることができる。水平混合/間引
き水平混合の切換えは、倍率に応じて行う。ここで、倍
率は、たとえばモニタの表示サイズがVGAのとき、この
表示サイズと画素数が同じ等倍を切換えの境界とする。
間引き水平混合は、倍率１より拡大された場合に適用
する。このように動作させることにより、ディジタルカ
メラ10は、動画モードにおいて様々な大きさに画像を表
示させても高い画質を保って表示させることができる。
【００９２】以上のように構成することにより、比較例
のように色ずれを考慮しながら水平混合を行う場合に比
べて前述した間引き水平混合を行うと、色ずれする信号
電荷を所望の位置までシフトさせる時間を省くことがで
きるので、信号電荷の読出し時間を短縮することができ
る。具体的に、水平間引きは、電極を区別し、色ずれを
考慮して行うことができる。また、水平間引きは、水平
転送レジスタに並行させて水平ドレインを配設し、色ず
れを発生させる信号電荷を廃棄させることによっても行
うことができる。後者の水平間引きは、色フィルタの種
類や間引くブロック単位に応じて間引く位置の設定を変
更できるから、前者に比べて柔軟性が高い。
【００９３】これらの場合、そのまま読み出した信号電
荷は、水平混合した信号電荷に比べて理論的にも低いか
ら、画像のバランスをよくするため、そのまま読み出し
た信号電荷に対してレベル調整を施して静止画や動画に
おいて画質劣化を防いでいる。
【００９４】また、水平混合を行い、所望する画素デー
タに対して左右に位置する色ずれした画素データを用い
て、補正して所望する画素データを生成することによ
り、比較例よりも信号電荷の読出しを短時間で行い、色
ずれのない画像を高画質に得ることができる。読出し後
の補正により、水平混合の仕方にとらわれないので、信
号読出しに対して柔軟に対応することができる。
【００９５】さらに、モニタへの表示を行う場合、モニ
タが有する表示サイズを倍率１として通常の水平混合/
間引き水平混合とを切り換えて表示させることにより、
画像を電子ズームさせて一層の拡大を行っても画質を維
持してモニタに表示させることができる。
【００９６】
【発明の効果】このように本発明の固体撮像装置によれ
ば、駆動信号生成手段からの駆動信号に応じて受光素子
に各色属性の信号電荷を蓄積し、電荷保持手段を駆使し
て第２の転送素子にて水平混合を行うことにより水平間
引きし、水平混合によって得られる色パターンが色フィ
ルタのパターンと異なるパターンにしてしまう色属性の
信号電荷に対して電荷間引き手段に駆動信号生成手段か
ら供給される間引き駆動信号により所定の列の信号電荷
を間引きし、この間引きした信号電荷の水平混合に対応
する信号電荷を水平混合することなく、そのままに読み
出して色フィルタのパターンと同じ位置関係の色パター
ンにすることにより、これまでの色ずれを考慮した信号
電荷の読出しに比べて読出し時間を短縮化でき、かつ偽
色のない高画質な静止画や動画の画像を得ることができ
る。また、信号電荷の読出しに対して柔軟に対応するこ
ともできる。
【００９７】また、本発明の固体撮像装置によれば、受
光素子で蓄積された信号電荷を第１の転送素子を介して
電荷保持手段に送り、電荷保持手段から第２の転送素子
に読み出した信号電荷を水平方向の同色の色属性を有す
る信号電荷同士で水平混合させ、信号処理手段で色フィ
ルタのパターンと異なるパターンをもたらす位置ずれし
た画素データをこの画素データの左右に位置する同色の
画素データを用いて補間して、水平混合した色パターン
を色フィルタと同じパターンにすることにより、これま
での色ずれを考慮した信号電荷の読出しに比べて読出し
時間を短縮化でき、かつ偽色のない高画質な静止画や動
画の画像を得ることができる。また、信号電荷の読出し
後の色ずれ補正のため信号読出しに影響することなく、
読み出した画素データに対して柔軟に対応することもで
きる。
【００９８】本発明の固体撮像装置の信号読出し方法に
よれば、色属性を有する信号電荷を画素とし、水平混合
した結果、本来の色フィルタセグメントの配置パターン
と異なるパターンの位置関係にある信号電荷を間引き読
出しし、この間引きに対応する信号電荷に対してレベル
を同色同士の水平混合に用いた画素の混合数を倍数とし
てレベル調整し、画面全体のレベルバランスを一定に保
ちながら、水平方向の間引きを行うことにより、これま
での色ずれを考慮した信号電荷の読出しに比べて読出し
時間を短縮化でき、そして偽色のない高画質な静止画や
動画の画像を得ることができる。また、信号電荷の読出
しに対して柔軟に対応することもできる。
【００９９】さらに、本発明の画像処理方法によれば、
同色の水平混合を行い、色分解するパターンに対して位
置ずれしている画素をこの画素の左右に位置する同色の
画素データで補間して位置ずれを解消して、生成するパ
ターンを色分解するパターンと同じ関係にすることによ
り、偽色のない高画質な画像を得ることができる。この
方法でもこれまでの色ずれを考慮した信号電荷の読出し
に比べて読出し時間を短縮化でき、かつ偽色のない高画
質な静止画や動画の画像を得ることができる。また、信
号電荷の読出し後の色ずれ補正のため信号読出しに影響
することなく、読み出した画素データに対して柔軟に対
応することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の固体撮像装置における実施例で用いる
固体撮像素子の概略的な構成を示す図である。
【図２】本発明の固体撮像装置を適用したディジタルカ
メラの概略的な構成を示すブロック図である。
【図３】図１の固体撮像素子に用いる出力アンプ部の回
路構成を示す図である。
【図４】図３の出力アンプ部の動作に応じた信号レベル
の変化を示すグラフである。
【図５】図２のディジタルカメラにおける前処理部の概
略的な構成を示すブロック図である。
【図６】図５の前処理部における水平間引き混合を考慮
した色毎のレベル調整を説明するグラフである。
【図７】図８および図９の接続関係を示す配置図であ
る。
【図８】図１の固体撮像素子の動作を説明するタイミン
グチャートである。
【図９】図８に続く動作を説明するタイミングチャート
である。
【図１０】図１の固体撮像素子に対する比較例の概略的
な構成を示す図である。
【図１１】図12および図13の接続関係を示す配置図であ
る。
【図１２】図10の固体撮像素子の動作を説明するタイミ
ングチャートである。
【図１３】図12に続く動作を説明するタイミングチャー
トである。
【図１４】図１に用いたG正方RB完全市松パターンで水
平混合して得られる位置関係を示す図である。
【図１５】図１のG正方RB完全市松パターンを８×８の
ブロック単位で表した図である。
【図１６】図15の位置関係で色ずれを考慮せずに水平２
画素混合した場合に得られるパターンを示す図である。
【図１７】図15の位置関係で色ずれを考慮して水平間引
き水平２画素混合した場合に得られるパターンを示す図
である。
【図１８】図１のG正方RB完全市松パターンを８×12の
ブロック単位で表した図である。
【図１９】図18の位置関係で色ずれを考慮せずに水平３
画素混合した場合に得られるパターンを示す図である。
【図２０】図18の位置関係で色ずれを考慮して水平間引
き水平３画素混合した場合に得られるパターンを示す図
である。
【図２１】図１の色フィルタに適用したベイヤパターン
を表した図である。
【図２２】図21の位置関係で色ずれを考慮せず水平２画
素混合した場合に得られるパターンを示す図である。
【図２３】図15の位置関係で色ずれを考慮して水平間引
き水平２画素混合した場合に得られる第１のパターンを
示す図である。
【図２４】図15の位置関係で色ずれを考慮して水平間引
き水平２画素混合した場合に得られる第２のパターンを
示す図である。
【図２５】図１の色フィルタに適用したGストライプRB
完全市松パターンを表した図である。
【図２６】図25の位置関係で色ずれを考慮せず水平２画
素混合した場合に得られるパターンを示す図である。
【図２７】図25の位置関係で色ずれを考慮して水平間引
き水平２画素混合した場合に得られるパターンを示す図
である。
【図２８】本発明の固体撮像装置における他の実施例で
用いる固体撮像素子の概略的な構成を示す図である。
【図２９】図30および図31の接続関係を示す配置図であ
る。
【図３０】図28の固体撮像素子の動作を説明するタイミ
ングチャートである。
【図３１】図30に続く固体撮像素子の動作を説明するタ
イミングチャートである。
【図３２】図１のG正方RB完全市松パターンで水平混合
を行い、得られるパターンに対する補正処理を説明する
図である。
【図３３】図２のディジタルカメラにおいて通常の水平
混合/間引き水平混合の切換えを説明する図である。
【符号の説明】
10 ディジタルカメラ 12 光学レンズ系 14 絞り調節機構 16 撮像部 16a 光学ローパスフィルタ 16b 色フィルタ 16c 固体撮像素子 18 前処理部 20 システム制御部 22 信号処理部 24 タイミング信号生成部 26 ドライバ 28 ストレージ 30 モニタ 160 受光素子 162 ラインメモリ 164 水平転送レジスタ 168 水平ドレイン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4M118 AA05 AB01 BA13 DB09 DB20 GC08 5C024 CX06 CX11 DX01 EX52 GY05 GY16 GZ13 GZ26 GZ43 HX14 HX17 HX50 HX51 5C065 BB13 BB19 BB38 CC01 DD08 DD09 EE03 GG13 GG21

Claims (23)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 被写界からの入射光を各色に分離する色
    フィルタセグメントがパターン配列された色フィルタ、 該色フィルタで透過させ、該透過光を光電変換して信号
    電荷を生成する受光素子、 前記色フィルタセグメントの色に応じた色属性を有する
    信号電荷を前記受光素子に蓄積させたり、前記受光素子
    に前記蓄積された信号電荷を読み出す開閉が行われるゲ
    ート、 該ゲートに隣接して垂直方向に前記ゲートを介して読み
    出した信号電荷を転送する複数の第１の転送素子、 該複数の第１の転送素子と直交する水平方向に前記蓄積
    した信号電荷を転送する第２の転送素子、 第１の転送素子のそれぞれの最下段と第２の転送素子と
    の間に配設され、前記最下段の素子から供給される信号
    電荷を一時保持する電荷保持手段、および前記色フィル
    タセグメントの前記パターン配列で同一行方向に前記色
    属性が同じ信号電荷の混合により水平方向の間引きを行
    わせて生成した色のパターンが、前記色フィルタのパタ
    ーンと異なる位置関係にある信号電荷を間引く電荷間引
    き手段を有する固体撮像素子と、 前記ゲートの開閉、第１および第２の転送素子に対する
    駆動信号、ならびに前記電荷保持手段に保持された信号
    電荷の読出し信号の生成を行い、さらに前記電荷間引き
    手段に対する間引き駆動信号を生成する駆動信号生成手
    段とを含むことを特徴とする固体撮像装置。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の装置において、前記電
    荷間引き手段は、前記色フィルタのパターンにあるゲー
    トの電極と異なる位置関係にあるゲートの電極の配線を
    別にする電極構造を有することを特徴とする固体撮像装
    置。
  3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の装置におい
    て、前記駆動信号生成手段は、前記水平方向の間引きに
    応じて前記異なる位置関係の前記ゲートを開状態にする
    駆動信号の生成を禁止することを特徴とする固体撮像装
    置。
  4. 【請求項４】 請求項１に記載の装置において、前記電
    荷間引き手段は、前記色フィルタセグメントの前記パタ
    ーン配列で同一行方向に前記色属性が同じ信号電荷の混
    合により水平方向の間引きを行わせて生成した色のパタ
    ーンが、前記色フィルタのパターンと異なる位置関係に
    ある第２の転送素子の信号電荷を捨てる第２の転送素子
    に並行して配設された水平電荷廃棄手段を含む固体撮像
    装置。
  5. 【請求項５】 請求項４に記載の装置において、前記駆
    動信号生成手段は、前記水平方向の間引きに応じて前記
    異なる位置関係にある前記信号電荷を前記水平電荷廃棄
    手段に捨てさせる駆動信号の生成を行うことを特徴とす
    る固体撮像装置。
  6. 【請求項６】 請求項１ないし５のいずれかに記載の装
    置において、前記固体撮像素子は、前記同色同士の色混
    合された信号電荷を増幅する第１の増幅手段と、 前記受光素子から読み出されたままの信号電荷を増幅す
    る第２の増幅手段と、 供給される信号電荷の混合の有無に応じて第１および第
    ２の増幅手段の入力先を切り換え、該入力先の増幅手段
    から出力させる切り換えを同時に行う切換手段とを第２
    の転送素子の出力先に配設することを特徴とする固体撮
    像装置。
  7. 【請求項７】 請求項１ないし５のいずれかに記載の装
    置において、該装置は、前記固体撮像素子からの出力信
    号が前記同色同士の色混合された信号か否かに応じて増
    幅の大きさを調整する増幅調整手段を含むことを特徴と
    する固体撮像装置。
  8. 【請求項８】 請求項１ないし５のいずれかに記載の装
    置において、該装置は、前記固体撮像素子からのアナロ
    グ出力信号にディジタル化が施され、得られたディジタ
    ルデータのうち、前記受光素子から読み出されたままの
    データに対して該データの要素であるビットを該データ
    の大きくなる方向に変位させる信号処理手段を含むこと
    を特徴とする固体撮像装置。
  9. 【請求項９】 請求項１ないし５のいずれかに記載の装
    置において、前記色フィルタは、一方の対角に位置する
    色を同色にし、他方の対角に位置する色を異色、かつ前
    記一方の対角の色とも異なる色パターンを含み、 前記電荷間引き手段は、複数の列単位で扱う前記色パタ
    ーンのうち、特定の一列の信号電荷を捨てることを特徴
    とする固体撮像装置。
  10. 【請求項１０】 請求項９に記載の装置において、前記
    特定の一列は、水平の同色同士の２画素混合に応じて配
    色する３色のうち、最も配色数の多い色を除く２色のい
    ずれか一方を含む列であることを特徴とする固体撮像装
    置。
  11. 【請求項１１】 請求項１、３または５に記載の装置に
    おいて、前記駆動信号生成手段は、前記固体撮像素子に
    おける信号電荷の読出しを水平混合間引きして得られた
    画像データを動画表示させる第１の動画モードと、該画
    像データの倍率に応じて色パターンの位置ずれを起こす
    信号電荷を間引いて読み出して動画表示させる第２の動
    画モードとに対応した駆動信号を生成することを特徴と
    する固体撮像装置。
  12. 【請求項１２】 請求項11に記載の装置において、前記
    駆動信号生成手段は、前記倍率が１以上の倍率に応じて
    第２の動画モードに切り換えることを特徴とする固体撮
    像装置。
  13. 【請求項１３】 被写界からの入射光を各色に分離する
    色フィルタセグメントがパターン配列された色フィル
    タ、 該色フィルタで透過させ、該透過光を光電変換して信号
    電荷を生成する受光素子、 前記色フィルタセグメントの色に応じた色属性を有する
    信号電荷の前記受光素子に蓄積させたり、前記受光素子
    に前記蓄積された信号電荷を読み出す開閉が行われるゲ
    ート、 該ゲートに隣接して垂直方向に前記蓄積した信号電荷を
    転送する複数の第１の転送素子、 第１の転送素子と直交する水平方向に前記蓄積した信号
    電荷を転送する第２の転送素子、および第１の転送素子
    のそれぞれの最下段と第２の転送素子との間に配設さ
    れ、前記最下段の素子から供給される信号電荷を一時保
    持する電荷保持手段を有する固体撮像素子と、 前記ゲートの開閉、第１および第２の転送素子に対する
    駆動信号、ならびに前記電荷保持手段に保持された信号
    電荷の読出し信号を生成し、水平方向の同色の色属性を
    有する信号電荷を水平混合させる駆動信号も生成する駆
    動信号生成手段と、 前記固体撮像素子から前記水平混合により得られたアナ
    ログ出力信号を画素としてディジタル化を施し、得られ
    た画素データのうち、前記水平混合により前記色フィル
    タのパターンと異なるパターンをもたらす位置ずれした
    画素データを該画素データの左右に位置する同色の画素
    データを用いて補間する信号処理手段とを含むことを特
    徴とする固体撮像装置。
  14. 【請求項１４】 請求項13に記載の装置において、前記
    信号処理手段は、前記補間に用いる補間係数を前記位置
    ずれした画素データに対して左右に位置する同色の画素
    データまでの空間距離とすることを特徴とする固体撮像
    装置。
  15. 【請求項１５】 被写界からの入射光を色分解する色フ
    ィルタセグメントを用いて色分解し、色分解した入射光
    に応じてそれぞれの色属性を有する信号電荷に変換する
    第１の工程と、 前記信号電荷を画素として水平方向に同色の信号電荷同
    士を水平混合させる場合、該水平混合により得られる間
    引き読出しの色パターンが本来の色フィルタセグメント
    の配置パターンと異なるパターンの位置関係にある信号
    電荷に対する間引き処理を含めて水平混合読出しを行う
    第２の工程と、 前記間引き処理して得られた位置の信号電荷のレベルに
    対して正常な配置パターンを示す位置の前記水平混合に
    よる信号電荷の生成に用いた画素数に応じてレベル調整
    する第３の工程とを含むことを特徴とする信号読出し方
    法。
  16. 【請求項１６】 請求項15に記載の方法において、前記
    間引き処理は、前記異なるパターンの位置関係にある間
    引きに対して前記信号電荷の読出し禁止または該信号電
    荷の消去を含むことを特徴とする信号読出し方法。
  17. 【請求項１７】 請求項15に記載の方法において、前記
    レベル調整は、前記水平混合が２つの信号電荷による場
    合、各信号電荷をディジタル化した後、１つの信号電荷
    分だけを有する画素データをビットシフトさせることを
    特徴とする信号読出し方法。
  18. 【請求項１８】 請求項15に記載の方法において、第３
    の工程は、前記水平混合用に読み出された信号電荷のレ
    ベルと前記水平混合した他の信号電荷のレベルとを切り
    換えて前者のレベルを定数倍に調整することを特徴とす
    る信号読出し方法。
  19. 【請求項１９】 請求項15に記載の方法において、第２
    の工程は、前記色パターンが、一方の対角に位置する色
    を同色にし、他方の対角に位置する色を異色、かつ前記
    一方の対角の色とも異なる色パターンを含む場合、複数
    の列単位で扱う前記色パターンのうち、特定の一列の信
    号電荷を捨てることを特徴とする信号読出し方法。
  20. 【請求項２０】 請求項15ないし19のいずれかに記載の
    方法において、該方法は、前記信号電荷の読出しを水平
    混合間引きして得られた画像データを動画表示させる第
    １の動画モードと、該画像データの倍率に応じて色パタ
    ーンの位置ずれを起こす信号電荷を間引いて読み出して
    動画表示させる第２の動画モードとに対応して行うこと
    を特徴とする信号読出し方法。
  21. 【請求項２１】 請求項20に記載の方法において、該方
    法は、前記倍率が１以上の倍率に応じて第２の動画モー
    ドに切り換えることを特徴とする信号読出し方法。
  22. 【請求項２２】 被写界からの入射光を色分解するパタ
    ーンを介して各色に分解し、該色分解した光に対する光
    電変換により色属性を有する信号電荷を生成し、水平方
    向に同色の色属性を有する信号電荷同士を混合する水平
    混合を行う第１の工程と、 前記水平混合により得られたアナログ出力信号を画素と
    してディジタル化を施し、得られた画素データが示すパ
    ターンが前記色分解するパターンと異なるパターンをも
    たらす位置ずれした画素データに対する左右に位置した
    同色の画素データを用いて前記位置ずれした画素を正常
    な位置に補間する第２の工程とを含むことを特徴とする
    画像処理方法。
  23. 【請求項２３】 請求項22に記載の方法において、第２
    の工程は、前記補間に用いる補間係数を前記位置ずれし
    た画素データに対して左右に位置する同色の画素データ
    までの空間距離とすることを特徴とする画像処理方法。
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