JP2004007471A - 固体撮像素子及びこれを用いた固体撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】センサからの出力を２系統の出力回路によって読出すことにより、色に応じた最適の増幅度を設定可能にして、分解能及びＳ／Ｎを向上させる。
【解決手段】行駆動回路Ｒ１〜Ｒｎは、複数種の画素を走査線毎に駆動する。また、列読出回路Ｃ１〜Ｃｍは、複数種の画素から列毎に読み出しを行う。ＧＲ用列選択回路１５は、偶数列の列読出回路の出力を選択し、ＧＢ用列選択回路１６は、奇数列の列読出回路の出力を選択する。これにより、所定ラインにおいて、ＧＲ用列選択回路１５からはＧ信号のみが出力され、ＧＢ用列選択回路１６からはＢ信号のみが出力される。同様に、次のラインでは、選択回路１５，１６からは夫々Ｒ信号又はＧ信号のみが出力される。列選択回路１５，１６の出力を独立した増幅度で増幅することにより、画素の色に応じた増幅が可能である。増幅度の切換えはライン毎でよく、低速の装置により、分解能を向上させ、良好なＳ／Ｎの出力を得ることができる。
【選択図】 図１
【解決手段】行駆動回路Ｒ１〜Ｒｎは、複数種の画素を走査線毎に駆動する。また、列読出回路Ｃ１〜Ｃｍは、複数種の画素から列毎に読み出しを行う。ＧＲ用列選択回路１５は、偶数列の列読出回路の出力を選択し、ＧＢ用列選択回路１６は、奇数列の列読出回路の出力を選択する。これにより、所定ラインにおいて、ＧＲ用列選択回路１５からはＧ信号のみが出力され、ＧＢ用列選択回路１６からはＢ信号のみが出力される。同様に、次のラインでは、選択回路１５，１６からは夫々Ｒ信号又はＧ信号のみが出力される。列選択回路１５，１６の出力を独立した増幅度で増幅することにより、画素の色に応じた増幅が可能である。増幅度の切換えはライン毎でよく、低速の装置により、分解能を向上させ、良好なＳ／Ｎの出力を得ることができる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、分解能及びＳ／Ｎを向上させたカラーイメージセンサ等の固体撮像素子及びこれを用いた固体撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、イメージセンサ等の固体撮像素子を用いて動画あるいは静止画を得る固体撮像装置が種々開発されている。カラーイメージセンサは、例えばフォトダイオードとトランジスタによって画素を構成し、画素を２次元にアレイ状に配列することで、２次元イメージを得る。
【０００３】
各画素のフォトダイオードによって得られた画素信号はトランジスタを介して取り出される。この場合には、例えば、１ラインの全ての画素が同時に選択されて、電圧又は電流の形で列読出し回路に供給される。更に、各画素信号は列読出し回路から列選択回路に与えられて、１画素ずつ選択されて出力される。
【０００４】
ところで、カラーイメージセンサにおいては、異なる波長（色）に反応する画素同士を交互に配置し、隣接した異なる色の複数の画素によって色の成分を検出するようになっている。例えば、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）色のフィルタを画素毎に適宜配置することで、カラー化を実現している。
【０００５】
撮像系として、例えば、単板式のものを用いた場合には、画素配列としてベイヤー配列のものを採用することが多い。ベイヤー配列は、緑を市松格子状に配置し、赤と青とは夫々線順次に配置するようになっている。つまり、緑は各ラインに１画素おきに存在するが、赤は奇数ラインにのみ１画素おきに存在し、青は偶数ラインにのみ１画素おきに存在する。
【０００６】
従って、この場合には、所定のラインでは、緑、赤、緑、赤、…の画素配列となり、次のラインでは、青、緑、青、緑、…の画素配列となる。なお、各色画素の配置の順番と色の選択方法としては種々の方法があるが、各色画素が交互に配置されることは同様である。
【０００７】
図５はこのようなイメージセンサを採用した従来の固体撮像装置を示すブロック図である。
【０００８】
イメージセンサ１からは、アナログの各画素信号が順次出力される。増幅回路２は、オプティカルブラックに応じたクランプレベルの調整を行うと共に、出力レベルが所定の範囲内になるように、入力された画素信号を増幅する。増幅回路２の出力はＡＤＣ（アナログ／デジタルコンバータ）３によってディジタル信号に変換された後、図示しない信号処理回路に供給される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このように、イメージセンサからは、各ラインの画素が１画素ずつ出力される。従って、例えば、ベイヤー配列を採用すると、所定のラインにおいて、緑の画素と赤の画素とが交互に出力され、次のラインにおいて緑の画素と青の画素とが交互に出力される。
【００１０】
ところが、緑色のフィルタの透過率と赤色及び青色フィルタの透過率とは相違し、固体撮像素子の出力レベルは緑色画素の方が赤色及び青色画素よりも高い。増幅回路のゲインを緑色画素に応じて設定すると、赤色画素及び青色画素については増幅回路の出力レベルは比較的小さくなり、ＡＤＣのダイナミックレンジが十分に活用されずに、分解能が低下する。
【００１１】
なお、増幅回路の増幅率を各色毎に変更することが考えられるが、この場合には、１画素毎に増幅率を変更する必要があり、極めて高速の制御が必要であり、現実的ではない。
【００１２】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、センサからの出力に対して色に応じた最適の増幅度を設定可能とすることにより、分解能及びＳ／Ｎを向上させることができる固体撮像素子及びこれを用いた固体撮像装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る固体撮像素子は、複数本の走査線と複数本のデータ線との交点に２次元アレイ状に配列された複数の光電変換素子によって構成されて複数の色に夫々反応する複数種の画素と、前記複数本の走査線に接続されて前記複数種の画素を前記走査線毎に駆動する行駆動手段と、前記複数本のデータ線に接続されて前記複数種の画素から列毎に画素信号の読み出しを行う列読出手段と、前記列読出手段の出力から前記画素の種類に応じた画素信号を選択して順次出力する第１の選択手段と、前記列読出手段の出力から前記第１の選択手段が選択していない画素信号を選択して順次出力する第２の選択手段とを具備したことを特徴とする。
【００１４】
このような構成によれば、複数本の走査線と複数本のデータ線との交点に、複数の色に夫々反応する複数種の画素が２次元アレイ状に配列される。行駆動手段は、複数種の画素を走査線毎に駆動する。また、列読出手段は、複数種の画素から列毎に読み出しを行う。第１の選択手段は、列読出手段の出力から画素の種類に応じた画素信号を選択して順次出力し、第２の選択手段は、列読出手段の出力から第１の選択手段が選択していない画素信号を選択して順次出力する。これにより、走査線に接続された各ラインの画素から列読出手段によって読出された画素信号は、その種類に応じて、２系統の選択手段によって出力されることになり、種類毎に異なる夫々最適な設定での読み出しが可能である。また、読出し時の処理速度を、各系統毎に例えば１／２にすることができ、低速の装置により、良好なＳ／Ｎの出力を得ることができる。
【００１５】
前記複数種の画素は、第１乃至第３の画素を有し、所定ラインには前記第１及び第２の画素が交互に配列され、次のラインには前記第１及び第３の画素が交互に配列されて、前記第１の選択手段は、奇数列の画素信号を選択し、前記第２の選択手段は、偶数列の画素信号を選択することを特徴とする。
【００１６】
このような構成によれば、所定ラインには第１及び第２の画素が交互に配列されているので、第１の選択手段が選択する奇数列の画素が例えば第１の画素であるものとすると、第２の選択手段が選択する偶数列の画素は第２の画素となる。また、所定ラインの次のラインには第１及び第３の画素が交互に配列されているので、第１の選択手段が選択する奇数列の画素が例えば第３の画素であるものとすると、第２の選択手段が選択する偶数列の画素は第１の画素となる。この場合には、所定ラインの出力時において、第１の選択手段は第１の画素信号を出力し、第２の選択手段は第２の画素信号を出力する。これにより、第１の選択手段からの第１の画素と第２の選択手段からの第２の画素とに対して夫々異なる最適な設定での読み出しが可能である。また、次のラインの出力時には、第１の選択手段は第３の画素信号を出力し、第２の選択手段は第１の画素信号を出力する。この場合にも、第１の選択手段からの第３の画素と第２の選択手段からの第１の画素とに対して夫々異なる最適な設定での読み出しが可能である。
【００１７】
前記第１乃至第３の画素は、夫々、緑色、赤色、青色に反応し、前記第１乃至第３の画素がデルタ状に配列されることを特徴とする。
【００１８】
このような構成によれば、例えば、所定ラインでは、第１の選択手段と第２の選択手段によって、夫々緑色と赤色の画素からの読み出しが行われ、所定ラインの次のラインでは、第１の選択手段と第２の選択手段によって、夫々青色と緑色の画素からの読み出しが行われる。所定ラインでは、緑色と赤色の画素からの読み出しを夫々最適な設定で行うことができ、所定ラインの次のラインでは、青色と緑色の画素からの読み出しを夫々最適な設定で行うことができる。第１の選択手段の出力と第２の選択手段の出力との設定の切換えは、ライン毎に行えばよく、時間的に十分な余裕がある。
【００１９】
本発明に係る固体撮像装置は、上記固体撮像素子と、前記第１の選択手段の出力を画素の種類に応じた増幅度で増幅する第１の増幅手段と、前記第２の選択手段の出力を画素の種類に応じた増幅度で増幅する第２の増幅手段と、前記第１及び第２の増幅手段の出力を切換え選択して画素順に出力する第１の切換え手段とを具備したことを特徴とする。
【００２０】
このような構成によれば、走査線に接続された各ラインの画素から列読出手段によって読出された画素信号は、その種類に応じて、２系統の第１及び第２の選択手段によって出力される。第１の選択手段の出力は、第１の増幅手段によって、出力される画素信号の種類に応じた増幅度で増幅される。また、第２の選択手段の出力は、第２の増幅手段によって、出力される画素信号の種類に応じた増幅度で増幅される。これにより、画素の種類に拘わらず、略均一なレベルで画素信号を出力させることができる。第１及び第２の増幅手段の出力は第１の切換え手段によって、画素順に出力される。また、第１の切換え手段の出力をデジタル信号に変換する場合には、レベルが略均一であるので、画素の種類に拘わらず同様のダイナミックレンジでの処理が可能であり、高い分解能を得ることができる。
【００２１】
前記第１及び第２の増幅手段は、行毎に増幅度を切換えることを特徴とする。
【００２２】
このような構成によれば、第１及び第２の選択手段の出力が行毎に異なる種類の画素信号であっても、第１及び第２の増幅手段によって、画素の種類に適した増幅度による増幅が可能である。
【００２３】
本発明に係る固体撮像装置は、上記固体撮像素子と、前記第１の選択手段の出力を画素の種類に応じた増幅度で増幅する第１の増幅手段と、前記第２の選択手段の出力を画素の種類に応じた増幅度で増幅する第２の増幅手段と、前記第１の増幅手段の出力をディジタル信号に変換する第１のアナログ／デジタル変換手段と、前記第２の増幅手段の出力をディジタル信号に変換する第２のアナログ／デジタル変換手段とを具備したことを特徴とする。
【００２４】
このような構成によれば、第１及び第２の増幅手段の出力は、夫々第１及び第２のアナログ／デジタル変換手段によってデジタル信号に変換される。２系統に分けてアナログ／デジタル変換しており、第１及び第２のアナログ／デジタル変換手段として、低速のものを利用可能であり、また、Ｓ／Ｎを向上させることができる。
【００２５】
また、本発明に係る固体撮像装置は、前記第１の選択手段の出力を画素の種類に応じて前記第１の増幅手段と前記第２の増幅手段とに切換えて与える第２の切換え手段と、前記第２の選択手段の出力を画素の種類に応じて前記第１の増幅手段と前記第２の増幅手段とに切換えて与える第３の切換え手段とを更に具備したことを特徴とする。
【００２６】
このような構成によれば、第２及び第３の切換え手段によって、第１及び第２の選択手段の出力は、画素の種類に応じて、第１及び第２の増幅手段に供給される。これにより、例えば、第１又は第２の増幅手段に、同一種類の画素信号のみを供給することも可能であり、ばらつきのない安定した増幅が可能となる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係る固体撮像装置を示す回路図である。
【００２８】
本実施の形態はイメージセンサの１ライン分の画素出力を２系統の出力回路によって取り出し、２系統の増幅回路によって増幅することにより、色毎に増幅度を設定可能にするようにしたものである。
【００２９】
図１において、イメージセンサ１１は、マトリクス状に配置された複数の画素によって構成される画素領域１２を有している。画素領域１２は、複数本の走査線Ｔ１〜Ｔｎ（以下、代表して走査線Ｔ）と複数本のデータ線Ｄ１〜Ｄｍ（以下、代表してデータ線Ｄ）とが交差して配置される。フォトダイオード１３とＭＯＳトランジスタ１４によって構成された各画素は、複数本の走査線Ｔと複数本のデータ線Ｄとの各交点に配置される。
【００３０】
各走査線Ｔに同一ラインに配置された複数のトランジスタ１４のゲートが共通接続され、各データ線Ｄに同一列に配置された複数のトランジスタ１４のソースが共通接続されている。各走査線Ｔ１〜Ｔｎは夫々行駆動回路Ｒ１〜Ｒｎ（以下、代表して行駆動回路Ｒ）に接続され、各データ線Ｄ１〜Ｄｍは夫々列読出回路Ｃ１〜Ｃｍ（以下、代表して列読出回路Ｃ）に接続されている。
【００３１】
行駆動回路Ｒは、各走査線Ｔに順次オン信号を供給する。これにより、同一の走査線Ｔに接続された全トランジスタ１４は同時にオンとなると共に、オンとなるラインは所定の周期で順次切換えられる。また、列読出回路Ｃは、オンとなったトランジスタ１４を介してフォトダイオード１３による光電変換出力（画素信号）を取り出す。
【００３２】
各画素は、例えば図示しないカラーフィルタを積層することにより、異なる波長（色）の光に反応する。例えば、画素領域１２にベイヤー配列を採用する。図１のＲ，Ｇ，Ｂは各画素が反応する色を示している。図１の例では、Ｇ（緑）の画素を市松格子状に配置し、Ｒ（赤）とＢ（青）の画素は夫々線順次に配置する。上下左右隣接する４画素には、２つのＧ画素と各１つずつのＲ画素及びＢ画素が含まれる。即ち、Ｒ画素、Ｇ画素及びＢ画素は、デルタ状に配列される。
【００３３】
本実施の形態においては、列読出回路Ｃの出力は２系統の列選択回路１５，１６に供給されるようになっている。即ち、奇数列のデータ線Ｄ１，Ｄ３，…に接続された各列読出回路Ｃ１，Ｃ３，…は、ＧＢ用列選択回路１６に画素信号を出力し、偶数列のデータ線Ｄ２，Ｄ４，…に接続された各列読出回路Ｃ２，Ｃ４，…は、ＧＲ用列選択回路１５に画素信号を出力する。
【００３４】
ＧＲ用列選択回路１５は、列読出回路Ｃ２，Ｃ４，…からの画素信号を画素順に順次増幅回路１７に出力する。また、同様に、ＧＢ用列選択回路１６は、列読出回路Ｃ１，Ｃ３，…からの画素信号を画素順に順次増幅回路１８に出力する。即ち、ＧＲ用列選択回路１５は、奇数行の画素信号としてＲ信号のみを出力し、偶数行の画素信号としてＧ信号のみを出力する。また、ＧＢ用列選択回路１６は、奇数行の画素信号としてＧ信号のみを出力し、偶数行の画素信号としてＢ信号のみを出力する。
【００３５】
増幅回路１７はＧＲ用列選択回路１５からの画素信号について、オプティカルブラックに応じたクランプレベルの調整を行うと共に、出力レベルを調整するための増幅を行ってスイッチ１９の端子ａに出力する。また、増幅回路１８はＧＢ用列選択回路１６からの画素信号について、オプティカルブラックに応じたクランプレベルの調整を行うと共に、出力レベルを調整するための増幅を行ってスイッチ１９の端子ｂに出力する。増幅回路１７，１８の増幅度は、図示しない制御回路によって制御されるようになっている。増幅回路１７，１８は、出力レベルが画面単位で略一定となるように増幅度が制御される。
【００３６】
更に、本実施の形態においては、増幅回路１７，１８は、制御回路に制御されて、行毎に、即ち、入力される画素信号がＧ信号か又はＲ，Ｂ信号かに応じて、異なる増幅度を設定するようになっている。例えば、図１の画素配列では、増幅回路１７は、ＧＲ用列選択回路１５が奇数行の画素信号（Ｒ信号）を出力している期間には、Ｒ信号のレベルに応じた比較的高い増幅度を設定し、偶数行の画素信号（Ｇ信号）を出力している期間には、Ｇ信号のレベルに応じた比較的低い増幅度を設定する。同様に、増幅回路１８は、ＧＢ用列選択回路１６が奇数行の画素信号（Ｇ信号）を出力している期間には、Ｇ信号のレベルに応じた比較的低い増幅度を設定し、偶数行の画素信号（Ｂ信号）を出力している期間には、Ｂ信号のレベルに応じた比較的高い増幅度を設定する。
【００３７】
スイッチ１９は、所定の周期で端子ａ，ｂを切換え選択して、増幅回路１７，１８からの画素信号を画素順に取り出してＡＤＣ２０に出力する。ＡＤＣ２０は、入力された画素信号を所定のビット数のデジタル信号に変換して、信号処理等を行う図示しない制御回路に出力するようになっている。
【００３８】
次に、このように構成された実施の形態の動作について説明する。
【００３９】
図示しない被写体からの光学像が画素領域１２の各画素に入射すると、入射光量に応じた電気信号がフォトダイオード１３に生じる。行駆動回路Ｒ１〜Ｒｎは、第１ラインから順に各走査線Ｔ１〜Ｔｎにオン信号を供給する。これにより、各ラインに接続されたトランジスタ１４は、各ライン毎に順次オンとなる。
【００４０】
いま、第１ラインの全トランジスタ１４がオンになるものとする。そうすると、第１ラインの画素からの画素信号が列読出回路Ｃ１〜Ｃｍによって読出される。即ち、奇数列の列読出回路Ｃ１，Ｃ３，…は、第１ラインの奇数列のＧ信号を読み出し、偶数列の列読出回路Ｃ２，Ｃ４，…は、第１ラインの偶数列のＲ信号を読み出す。
【００４１】
ＧＢ用列選択回路１６は、奇数列の列読出回路Ｃ１，Ｃ３，…からのＧ信号が与えられ、画素順に順次増幅回路１８に出力する。また、ＧＲ用列選択回路１５は、偶数列の列読出回路Ｃ２，Ｃ４，…からのＲ信号が与えられ、画素順に順次増幅回路１７に出力する。ＧＲ用列選択回路１５及びＧＢ用列選択回路１６は、１列おきの画素信号を出力しており、１系統の出力回路を用いる場合の半分の伝送レートで動作する。
【００４２】
第１ラインの画素の読出し期間には、増幅回路１７にはＧＲ用列選択回路１５からＲ信号のみが入力され、増幅回路１８にはＧＢ用列選択回路１６からＧ信号のみが入力される。この場合には、増幅回路１７は、Ｒ信号のレベルに応じた比較的高い増幅度に設定され、増幅回路１８は、Ｇ信号のレベルに応じた比較的低い増幅度に設定される。
【００４３】
増幅回路１７は、順次入力されるＲ信号を増幅してスイッチ１９の端子ａに出力し、増幅回路１８は、順次入力されるＧ信号を増幅してスイッチ１９の端子ｂに出力する。スイッチ１９は、画素単位で切換り、増幅回路１８の出力（Ｇ信号）と増幅回路１７の出力（Ｒ信号）とを交互に出力する。こうして、スイッチ１９からは、第１ラインの画素信号が順次ＡＤＣ２０に出力される。
【００４４】
ＡＤＣ２０は、入力された画素信号をデジタル信号に変換する。この場合には、増幅回路１７，１８の増幅度が異なり、増幅回路１７，１８の出力レベルはＧ信号，Ｒ信号に拘わらず略同様のレベルとなっていることから、ＡＤＣ２０はアナログ／デジタル変換に際して、ダイナミックレンジの略全域を用いた変換が可能である。
【００４５】
次に、第２ラインの走査線Ｔ２がオンとなるものとする。これにより、第２ラインの全トランジスタ１４がオンとなり、第２ラインの画素からの画素信号が列読出回路Ｃ１〜Ｃｍによって読出される。即ち、奇数列の列読出回路Ｃ１，Ｃ３，…は、第２ラインの奇数列のＢ信号を読み出し、偶数列の列読出回路Ｃ２，Ｃ４，…は、第２ラインの偶数列のＧ信号を読み出す。
【００４６】
ＧＢ用列選択回路１６は、奇数列の列読出回路Ｃ１，Ｃ３，…からのＢ信号が与えられ、画素順に順次増幅回路１８に出力する。また、ＧＲ用列選択回路１５は、偶数列の列読出回路Ｃ２，Ｃ４，…からのＧ信号が与えられ、画素順に順次増幅回路１７に出力する。この場合においても、ＧＲ用列選択回路１５及びＧＢ用列選択回路１６は、１系統の出力回路を用いる場合の半分の伝送レートで動作する。
【００４７】
第２ラインの画素の読出し期間には、増幅回路１７にはＧＲ用列選択回路１５からＧ信号のみが入力され、増幅回路１８にはＧＢ用列選択回路１６からＢ信号のみが入力される。この場合には、増幅回路１７は、Ｇ信号のレベルに応じた比較的低い増幅度に設定され、増幅回路１８は、Ｂ信号のレベルに応じた比較的高い増幅度に設定される。
【００４８】
増幅回路１７，１８の増幅度の切換えは、１ライン毎に行われる。即ち、増幅回路１７，１８は、増幅度の切換えに十分な時間的余裕を有する。
【００４９】
増幅回路１７は、順次入力されるＧ信号を増幅してスイッチ１９の端子ａに出力し、増幅回路１８は、順次入力されるＢ信号を増幅してスイッチ１９の端子ｂに出力する。スイッチ１９は、画素単位で切換り、増幅回路１７の出力（Ｇ信号）と増幅回路１８の出力（Ｂ信号）とを交互に出力する。こうして、スイッチ１９からは、第２ラインの画素信号が順次ＡＤＣ２０に出力される。
【００５０】
ＡＤＣ２０は、入力された画素信号をデジタル信号に変換する。この場合には、増幅回路１７，１８の増幅度が異なり、増幅回路１７，１８の出力レベルはＧ信号，Ｂ信号に拘わらず略同様のレベルとなっていることから、ＡＤＣ２０はアナログ／デジタル変換に際して、ダイナミックレンジの略全域を用いた変換が可能である。
【００５１】
以後、同様の動作が繰返されて、画素領域１２の全ての画素の読出しが行われる。
【００５２】
このように、本実施の形態においては、イメージセンサの出力回路を２系統に分け、１ライン期間中は、各系統の出力が同一色の画素信号となるようにしている。そして、２系統の増幅回路によってＧ信号とＲ，Ｂ信号とで増幅度を切換えており、Ｒ，Ｇ，Ｂ信号の出力レベルを略均一にして、ＡＤＣ２０におけるダイナミックレンジを有効に活用している。これにより、Ｒ，Ｇ，Ｂ信号の全ての分解能を向上させることができる。また、Ｒ，Ｂ信号についても、十分なレベルに増幅することができることから、良好なＳ／Ｎを得ることができる。更に、２系統の列選択回路及び増幅回路を用いていることから、各列選択回路及び各増幅回路における処理速度を１／２にすることができ、処理に余裕が生じ、Ｓ／Ｎを向上させることが可能である。
【００５３】
図２は本発明の第２の実施の形態を示す回路図である。図２において図１と同一の構成要素には同一符号を付して説明を省略する。
【００５４】
第１の実施の形態においては、２系統の増幅回路の増幅度を行毎に変更することで、Ｒ，Ｇ，Ｂ信号の出力レベルを略均一にした。これに対し、本実施の形態は、全期間において一方の出力系統からはＧ信号のみを出力させることを可能にしたものである。また、略同一の増幅度によってＲ，Ｂ信号の出力レベルを均一にすることができることを利用して、２系統の増幅回路の増幅度を略一定にすることを可能にしたものである。
【００５５】
本実施の形態はスイッチ２１，２２を付加した点が図１に示す第１の実施の形態と異なる。ＧＲ用列選択回路１５の出力端はスイッチ２１の端子ａ及びスイッチ２２の端子ｂに接続されている。また、ＧＢ用列選択回路１６の出力端は、スイッチ２１の端子ｂ及びスイッチ２２の端子ａに接続されている。スイッチ２１，２２は、連動して行単位で端子ａ，ｂを切換え選択する。
【００５６】
即ち、スイッチ２１は、奇数ラインの読出し時には端子ａを介して入力された画素信号を増幅回路１７に出力し、偶数ラインの読出し時には端子ｂを介して入力された画素信号を増幅回路１７に出力する。また、スイッチ２２は、奇数ラインの読出し時には端子ａを介して入力された画素信号を増幅回路１８に出力し、偶数ラインの読出し時には端子ｂを介して入力された画素信号を増幅回路１８に出力するようになっている。
【００５７】
次に、このように構成された実施の形態の動作について説明する。
【００５８】
ＧＲ用列選択回路１５の出力及びＧＢ用列選択回路１６の出力は第１の実施の形態と同様である。いま、第１ラインの画素の読み出しを行うものとする。この場合には、ＧＢ用列選択回路１６は、奇数列の列読出回路Ｃ１，Ｃ３，…からのＧ信号が与えられて、画素順に順次出力する。また、ＧＲ用列選択回路１５は、偶数列の列読出回路Ｃ２，Ｃ４，…からのＲ信号が与えられて、画素順に順次出力する。本実施の形態においても、ＧＲ用列選択回路１５及びＧＢ用列選択回路１６は、１列おきの画素信号を出力しており、１系統の出力回路を用いる場合の半分の伝送レートで動作する。
【００５９】
第１ラインの読出し時には、ＧＢ用列選択回路１６からは奇数列のＧ信号のみが出力され、ＧＲ用列選択回路１５からは偶数列のＲ信号のみが出力される。
【００６０】
第１ラインの読出し時には、スイッチ２１，２２は、端子ａを選択する。即ち、この場合には、ＧＲ用列選択回路１５からＲ信号はスイッチ２１を介して増幅回路１７に供給され、ＧＢ用列選択回路１６からＧ信号はスイッチ２２を介して増幅回路１８に供給される。増幅回路１７は、Ｒ信号のレベルに応じた比較的高い増幅度に設定され、増幅回路１８は、Ｇ信号のレベルに応じた比較的低い増幅度に設定される。
【００６１】
増幅回路１７は、順次入力されるＲ信号を増幅してスイッチ１９の端子ａに出力し、増幅回路１８は、順次入力されるＧ信号を増幅してスイッチ１９の端子ｂに出力する。スイッチ１９は、画素単位で切換り、増幅回路１８の出力（Ｇ信号）と増幅回路１７の出力（Ｒ信号）とを交互に出力する。こうして、スイッチ１９からは、第１ラインの画素信号が順次ＡＤＣ２０に出力される。
【００６２】
次に、第２ラインの読み出しが行われるものとする。この場合には、ＧＢ用列選択回路１６は、奇数列のＢ信号が与えられて、画素順に順次出力する。また、ＧＲ用列選択回路１５は、偶数列のＧ信号が与えられて、画素順に順次に出力する。
【００６３】
第２ラインの画素の読出し期間には、スイッチ２１，２２は端子ｂを選択する。即ち、この場合には、ＧＢ用列選択回路１６からＢ信号はスイッチ２１を介して増幅回路１７に供給され、ＧＲ用列選択回路１５からＧ信号はスイッチ２２を介して増幅回路１８に供給される。増幅回路１７は、Ｂ信号のレベルに応じた比較的高い増幅度に設定され、増幅回路１８は、Ｇ信号のレベルに応じた比較的低い増幅度に設定される。
【００６４】
増幅回路１７は、順次入力されるＢ信号を増幅してスイッチ１９の端子ａに出力し、増幅回路１８は、順次入力されるＧ信号を増幅してスイッチ１９の端子ｂに出力する。スイッチ１９は、画素単位で切換り、増幅回路１７の出力（Ｂ信号）と増幅回路１８の出力（Ｇ信号）とを交互に出力する。こうして、スイッチ１９からは、第２ラインの画素信号が順次ＡＤＣ２０に出力される。
【００６５】
他の作用は第１の実施の形態と同様である。
【００６６】
このように本実施の形態においては、ＡＤＣにはＲ，Ｇ，Ｂ信号のいずれについても略同様のレベルの出力を入力させることができ、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。更に、本実施の形態においては、いずれのラインの読出し時においても、増幅回路１７にはＲ信号又はＢ信号のみが与えられ、増幅回路１８にはＧ信号のみが与えられる。増幅回路１８は、常に一定の増幅度で増幅を行えばよく、特性がばらつくことを防止することができる。また、増幅回路１７についても、Ｒ信号用の増幅度とＢ信号用の増幅度とは略同一の増幅度を用いることができ、特性のばらつきを抑制することができる。
【００６７】
図３は本発明の第３の実施の形態を示す回路図である。図３において図２と同一の構成要素には同一符号を付して説明を省略する。
【００６８】
第２の実施の形態は２系統の増幅回路の増幅度を略一定にすることを可能にしたものである。更に本実施の形態においては、２系統のＡＤＣを設けることにより、ＡＤＣの動作速度を低減可能にしている。
【００６９】
本実施の形態はスイッチ１９によって２系統の画素信号を１系統に変換してＡＤＣに与えるのではなく、２系統の画素信号をそのまま２系統のＡＤＣ２５，２６に与えるようになっている。ＡＤＣ２５，２６は、夫々入力された画素信号をアナログ／デジタル変換してデジタル出力を出力するようになっている。
【００７０】
このように構成された実施の形態においては、第２の実施の形態と同様に、増幅回路１７からはＲ信号又はＢ信号が出力され、増幅回路１８からはＧ信号のみが出力される。増幅回路１７，１８の出力は夫々ＡＤＣ２５，２６に供給される。ＡＤＣ２５は、増幅回路１７からのＲ信号及びＢ信号をデジタル信号に変換して出力する。また、ＡＤＣ２６は、増幅回路１８からのＧ信号をデジタル信号に変換して出力する。
【００７１】
増幅回路１７からは１ラインにつきｍ／２個のＲ信号が出力される。また、Ｒ信号についても、１ラインにつきｍ／２個のアナログ出力が得られる。また、増幅回路１８からは１ラインにつきｍ／２個のＧ信号が出力される。従って、ＡＤＣ２５，２６は、１ラインに処理すべき画素信号の数は、ＡＤＣ２０の１／２である。従って、ＡＤＣ２５，２６としては、動作速度が比較的低速のものを採用することができる。また、動作速度が遅くてよいので、ＡＤＣ２５，２６からはノイズが比較的少なく良好なＳ／Ｎの出力が得られる。
【００７２】
このように、本実施の形態においては、ＧＲ用列選択回路１５、ＧＢ用列選択回路１６及び増幅回路１７，１８だけでなく、ＡＤＣ２５，２６についても動作速度を低減させることができ、第２の実施の形態と同様の効果が得られると共に、ノイズに強く高いＳ／Ｎの出力を得ることができる。
【００７３】
なお、本実施の形態は図２に示す第２の実施の形態に適用した例を説明したが、第１の実施の形態にも適用可能であることは明らかである。
【００７４】
図４は本発明の第４の実施の形態を示す回路図である。図４において図１と同一の構成要素には同一符号を付して説明を省略する。
【００７５】
本実施の形態はイメージセンサとして出力画素信号に含まれるノイズをキャンセルするために、ノイズ成分Ｎを出力するものを採用した例である。本実施の形態においては、イメージセンサ１１に代えてイメージセンサ３１を採用すると共に、ノイズキャンセル用の増幅回路３２，３３を付加した点が第１の実施の形態と異なる。
【００７６】
イメージセンサ３１は、図１と同様に図示しない２系統の出力回路を備えている。一方の出力回路は、Ｇ信号及びＲ信号を含む信号Ｓ１を出力し、他方の出力回路は、Ｂ信号及びＧ信号を含む信号Ｓ２を出力する。また、各信号Ｓ１，Ｓ２に含まれるノイズをキャンセルするためのノイズ成分Ｎも出力するようになっている。
【００７７】
増幅回路３２は、信号Ｓ１とノイズ成分Ｎとの差分を増幅回路１７に出力する。また、増幅回路３３は、信号Ｓ２とノイズ成分Ｎとの差分を増幅回路１８に出力する。
【００７８】
他の作用及び構成は第１の実施の形態と同様である。
【００７９】
本実施の形態においては、増幅回路３２，３３からはノイズ成分がキャンセルされた信号Ｓ１，Ｓ２が出力される。信号Ｓ１は、Ｇ信号及びＲ信号を含み、信号Ｓ２はＢ信号及びＧ信号を含む。これらの信号Ｓ１，Ｓ２が増幅回路１７，１８に供給される。
【００８０】
このように、本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００８１】
なお、本実施の形態は第２及び第３の実施の形態にも適用可能であることは明らかである。
【００８２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、センサからの出力に対して色に応じた最適の増幅度を設定可能とすることにより、分解能及びＳ／Ｎを向上させることができるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る固体撮像装置を示す回路図。
【図２】本発明の第２の実施の形態を示す回路図。
【図３】本発明の第３の実施の形態を示す回路図。
【図４】本発明の第４の実施の形態を示す回路図。
【図５】従来の固体撮像装置を示すブロック図。
【符号の説明】
１１…イメージセンサ
１２…画素領域
１３…フォトダイオード
１４…トランジスタ
１５…ＧＲ用列選択回路
１６…ＧＢ用列選択回路
１７，１８…増幅回路
１９…スイッチ
２０…ＡＤＣ
Ｔ１〜Ｔｎ…走査線
Ｄ１〜Ｄｍ…データ線
Ｒ１〜Ｒｎ…行駆動回路
Ｃ１〜Ｃｍ…列駆動回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、分解能及びＳ／Ｎを向上させたカラーイメージセンサ等の固体撮像素子及びこれを用いた固体撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、イメージセンサ等の固体撮像素子を用いて動画あるいは静止画を得る固体撮像装置が種々開発されている。カラーイメージセンサは、例えばフォトダイオードとトランジスタによって画素を構成し、画素を２次元にアレイ状に配列することで、２次元イメージを得る。
【０００３】
各画素のフォトダイオードによって得られた画素信号はトランジスタを介して取り出される。この場合には、例えば、１ラインの全ての画素が同時に選択されて、電圧又は電流の形で列読出し回路に供給される。更に、各画素信号は列読出し回路から列選択回路に与えられて、１画素ずつ選択されて出力される。
【０００４】
ところで、カラーイメージセンサにおいては、異なる波長（色）に反応する画素同士を交互に配置し、隣接した異なる色の複数の画素によって色の成分を検出するようになっている。例えば、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）色のフィルタを画素毎に適宜配置することで、カラー化を実現している。
【０００５】
撮像系として、例えば、単板式のものを用いた場合には、画素配列としてベイヤー配列のものを採用することが多い。ベイヤー配列は、緑を市松格子状に配置し、赤と青とは夫々線順次に配置するようになっている。つまり、緑は各ラインに１画素おきに存在するが、赤は奇数ラインにのみ１画素おきに存在し、青は偶数ラインにのみ１画素おきに存在する。
【０００６】
従って、この場合には、所定のラインでは、緑、赤、緑、赤、…の画素配列となり、次のラインでは、青、緑、青、緑、…の画素配列となる。なお、各色画素の配置の順番と色の選択方法としては種々の方法があるが、各色画素が交互に配置されることは同様である。
【０００７】
図５はこのようなイメージセンサを採用した従来の固体撮像装置を示すブロック図である。
【０００８】
イメージセンサ１からは、アナログの各画素信号が順次出力される。増幅回路２は、オプティカルブラックに応じたクランプレベルの調整を行うと共に、出力レベルが所定の範囲内になるように、入力された画素信号を増幅する。増幅回路２の出力はＡＤＣ（アナログ／デジタルコンバータ）３によってディジタル信号に変換された後、図示しない信号処理回路に供給される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
このように、イメージセンサからは、各ラインの画素が１画素ずつ出力される。従って、例えば、ベイヤー配列を採用すると、所定のラインにおいて、緑の画素と赤の画素とが交互に出力され、次のラインにおいて緑の画素と青の画素とが交互に出力される。
【００１０】
ところが、緑色のフィルタの透過率と赤色及び青色フィルタの透過率とは相違し、固体撮像素子の出力レベルは緑色画素の方が赤色及び青色画素よりも高い。増幅回路のゲインを緑色画素に応じて設定すると、赤色画素及び青色画素については増幅回路の出力レベルは比較的小さくなり、ＡＤＣのダイナミックレンジが十分に活用されずに、分解能が低下する。
【００１１】
なお、増幅回路の増幅率を各色毎に変更することが考えられるが、この場合には、１画素毎に増幅率を変更する必要があり、極めて高速の制御が必要であり、現実的ではない。
【００１２】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、センサからの出力に対して色に応じた最適の増幅度を設定可能とすることにより、分解能及びＳ／Ｎを向上させることができる固体撮像素子及びこれを用いた固体撮像装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る固体撮像素子は、複数本の走査線と複数本のデータ線との交点に２次元アレイ状に配列された複数の光電変換素子によって構成されて複数の色に夫々反応する複数種の画素と、前記複数本の走査線に接続されて前記複数種の画素を前記走査線毎に駆動する行駆動手段と、前記複数本のデータ線に接続されて前記複数種の画素から列毎に画素信号の読み出しを行う列読出手段と、前記列読出手段の出力から前記画素の種類に応じた画素信号を選択して順次出力する第１の選択手段と、前記列読出手段の出力から前記第１の選択手段が選択していない画素信号を選択して順次出力する第２の選択手段とを具備したことを特徴とする。
【００１４】
このような構成によれば、複数本の走査線と複数本のデータ線との交点に、複数の色に夫々反応する複数種の画素が２次元アレイ状に配列される。行駆動手段は、複数種の画素を走査線毎に駆動する。また、列読出手段は、複数種の画素から列毎に読み出しを行う。第１の選択手段は、列読出手段の出力から画素の種類に応じた画素信号を選択して順次出力し、第２の選択手段は、列読出手段の出力から第１の選択手段が選択していない画素信号を選択して順次出力する。これにより、走査線に接続された各ラインの画素から列読出手段によって読出された画素信号は、その種類に応じて、２系統の選択手段によって出力されることになり、種類毎に異なる夫々最適な設定での読み出しが可能である。また、読出し時の処理速度を、各系統毎に例えば１／２にすることができ、低速の装置により、良好なＳ／Ｎの出力を得ることができる。
【００１５】
前記複数種の画素は、第１乃至第３の画素を有し、所定ラインには前記第１及び第２の画素が交互に配列され、次のラインには前記第１及び第３の画素が交互に配列されて、前記第１の選択手段は、奇数列の画素信号を選択し、前記第２の選択手段は、偶数列の画素信号を選択することを特徴とする。
【００１６】
このような構成によれば、所定ラインには第１及び第２の画素が交互に配列されているので、第１の選択手段が選択する奇数列の画素が例えば第１の画素であるものとすると、第２の選択手段が選択する偶数列の画素は第２の画素となる。また、所定ラインの次のラインには第１及び第３の画素が交互に配列されているので、第１の選択手段が選択する奇数列の画素が例えば第３の画素であるものとすると、第２の選択手段が選択する偶数列の画素は第１の画素となる。この場合には、所定ラインの出力時において、第１の選択手段は第１の画素信号を出力し、第２の選択手段は第２の画素信号を出力する。これにより、第１の選択手段からの第１の画素と第２の選択手段からの第２の画素とに対して夫々異なる最適な設定での読み出しが可能である。また、次のラインの出力時には、第１の選択手段は第３の画素信号を出力し、第２の選択手段は第１の画素信号を出力する。この場合にも、第１の選択手段からの第３の画素と第２の選択手段からの第１の画素とに対して夫々異なる最適な設定での読み出しが可能である。
【００１７】
前記第１乃至第３の画素は、夫々、緑色、赤色、青色に反応し、前記第１乃至第３の画素がデルタ状に配列されることを特徴とする。
【００１８】
このような構成によれば、例えば、所定ラインでは、第１の選択手段と第２の選択手段によって、夫々緑色と赤色の画素からの読み出しが行われ、所定ラインの次のラインでは、第１の選択手段と第２の選択手段によって、夫々青色と緑色の画素からの読み出しが行われる。所定ラインでは、緑色と赤色の画素からの読み出しを夫々最適な設定で行うことができ、所定ラインの次のラインでは、青色と緑色の画素からの読み出しを夫々最適な設定で行うことができる。第１の選択手段の出力と第２の選択手段の出力との設定の切換えは、ライン毎に行えばよく、時間的に十分な余裕がある。
【００１９】
本発明に係る固体撮像装置は、上記固体撮像素子と、前記第１の選択手段の出力を画素の種類に応じた増幅度で増幅する第１の増幅手段と、前記第２の選択手段の出力を画素の種類に応じた増幅度で増幅する第２の増幅手段と、前記第１及び第２の増幅手段の出力を切換え選択して画素順に出力する第１の切換え手段とを具備したことを特徴とする。
【００２０】
このような構成によれば、走査線に接続された各ラインの画素から列読出手段によって読出された画素信号は、その種類に応じて、２系統の第１及び第２の選択手段によって出力される。第１の選択手段の出力は、第１の増幅手段によって、出力される画素信号の種類に応じた増幅度で増幅される。また、第２の選択手段の出力は、第２の増幅手段によって、出力される画素信号の種類に応じた増幅度で増幅される。これにより、画素の種類に拘わらず、略均一なレベルで画素信号を出力させることができる。第１及び第２の増幅手段の出力は第１の切換え手段によって、画素順に出力される。また、第１の切換え手段の出力をデジタル信号に変換する場合には、レベルが略均一であるので、画素の種類に拘わらず同様のダイナミックレンジでの処理が可能であり、高い分解能を得ることができる。
【００２１】
前記第１及び第２の増幅手段は、行毎に増幅度を切換えることを特徴とする。
【００２２】
このような構成によれば、第１及び第２の選択手段の出力が行毎に異なる種類の画素信号であっても、第１及び第２の増幅手段によって、画素の種類に適した増幅度による増幅が可能である。
【００２３】
本発明に係る固体撮像装置は、上記固体撮像素子と、前記第１の選択手段の出力を画素の種類に応じた増幅度で増幅する第１の増幅手段と、前記第２の選択手段の出力を画素の種類に応じた増幅度で増幅する第２の増幅手段と、前記第１の増幅手段の出力をディジタル信号に変換する第１のアナログ／デジタル変換手段と、前記第２の増幅手段の出力をディジタル信号に変換する第２のアナログ／デジタル変換手段とを具備したことを特徴とする。
【００２４】
このような構成によれば、第１及び第２の増幅手段の出力は、夫々第１及び第２のアナログ／デジタル変換手段によってデジタル信号に変換される。２系統に分けてアナログ／デジタル変換しており、第１及び第２のアナログ／デジタル変換手段として、低速のものを利用可能であり、また、Ｓ／Ｎを向上させることができる。
【００２５】
また、本発明に係る固体撮像装置は、前記第１の選択手段の出力を画素の種類に応じて前記第１の増幅手段と前記第２の増幅手段とに切換えて与える第２の切換え手段と、前記第２の選択手段の出力を画素の種類に応じて前記第１の増幅手段と前記第２の増幅手段とに切換えて与える第３の切換え手段とを更に具備したことを特徴とする。
【００２６】
このような構成によれば、第２及び第３の切換え手段によって、第１及び第２の選択手段の出力は、画素の種類に応じて、第１及び第２の増幅手段に供給される。これにより、例えば、第１又は第２の増幅手段に、同一種類の画素信号のみを供給することも可能であり、ばらつきのない安定した増幅が可能となる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係る固体撮像装置を示す回路図である。
【００２８】
本実施の形態はイメージセンサの１ライン分の画素出力を２系統の出力回路によって取り出し、２系統の増幅回路によって増幅することにより、色毎に増幅度を設定可能にするようにしたものである。
【００２９】
図１において、イメージセンサ１１は、マトリクス状に配置された複数の画素によって構成される画素領域１２を有している。画素領域１２は、複数本の走査線Ｔ１〜Ｔｎ（以下、代表して走査線Ｔ）と複数本のデータ線Ｄ１〜Ｄｍ（以下、代表してデータ線Ｄ）とが交差して配置される。フォトダイオード１３とＭＯＳトランジスタ１４によって構成された各画素は、複数本の走査線Ｔと複数本のデータ線Ｄとの各交点に配置される。
【００３０】
各走査線Ｔに同一ラインに配置された複数のトランジスタ１４のゲートが共通接続され、各データ線Ｄに同一列に配置された複数のトランジスタ１４のソースが共通接続されている。各走査線Ｔ１〜Ｔｎは夫々行駆動回路Ｒ１〜Ｒｎ（以下、代表して行駆動回路Ｒ）に接続され、各データ線Ｄ１〜Ｄｍは夫々列読出回路Ｃ１〜Ｃｍ（以下、代表して列読出回路Ｃ）に接続されている。
【００３１】
行駆動回路Ｒは、各走査線Ｔに順次オン信号を供給する。これにより、同一の走査線Ｔに接続された全トランジスタ１４は同時にオンとなると共に、オンとなるラインは所定の周期で順次切換えられる。また、列読出回路Ｃは、オンとなったトランジスタ１４を介してフォトダイオード１３による光電変換出力（画素信号）を取り出す。
【００３２】
各画素は、例えば図示しないカラーフィルタを積層することにより、異なる波長（色）の光に反応する。例えば、画素領域１２にベイヤー配列を採用する。図１のＲ，Ｇ，Ｂは各画素が反応する色を示している。図１の例では、Ｇ（緑）の画素を市松格子状に配置し、Ｒ（赤）とＢ（青）の画素は夫々線順次に配置する。上下左右隣接する４画素には、２つのＧ画素と各１つずつのＲ画素及びＢ画素が含まれる。即ち、Ｒ画素、Ｇ画素及びＢ画素は、デルタ状に配列される。
【００３３】
本実施の形態においては、列読出回路Ｃの出力は２系統の列選択回路１５，１６に供給されるようになっている。即ち、奇数列のデータ線Ｄ１，Ｄ３，…に接続された各列読出回路Ｃ１，Ｃ３，…は、ＧＢ用列選択回路１６に画素信号を出力し、偶数列のデータ線Ｄ２，Ｄ４，…に接続された各列読出回路Ｃ２，Ｃ４，…は、ＧＲ用列選択回路１５に画素信号を出力する。
【００３４】
ＧＲ用列選択回路１５は、列読出回路Ｃ２，Ｃ４，…からの画素信号を画素順に順次増幅回路１７に出力する。また、同様に、ＧＢ用列選択回路１６は、列読出回路Ｃ１，Ｃ３，…からの画素信号を画素順に順次増幅回路１８に出力する。即ち、ＧＲ用列選択回路１５は、奇数行の画素信号としてＲ信号のみを出力し、偶数行の画素信号としてＧ信号のみを出力する。また、ＧＢ用列選択回路１６は、奇数行の画素信号としてＧ信号のみを出力し、偶数行の画素信号としてＢ信号のみを出力する。
【００３５】
増幅回路１７はＧＲ用列選択回路１５からの画素信号について、オプティカルブラックに応じたクランプレベルの調整を行うと共に、出力レベルを調整するための増幅を行ってスイッチ１９の端子ａに出力する。また、増幅回路１８はＧＢ用列選択回路１６からの画素信号について、オプティカルブラックに応じたクランプレベルの調整を行うと共に、出力レベルを調整するための増幅を行ってスイッチ１９の端子ｂに出力する。増幅回路１７，１８の増幅度は、図示しない制御回路によって制御されるようになっている。増幅回路１７，１８は、出力レベルが画面単位で略一定となるように増幅度が制御される。
【００３６】
更に、本実施の形態においては、増幅回路１７，１８は、制御回路に制御されて、行毎に、即ち、入力される画素信号がＧ信号か又はＲ，Ｂ信号かに応じて、異なる増幅度を設定するようになっている。例えば、図１の画素配列では、増幅回路１７は、ＧＲ用列選択回路１５が奇数行の画素信号（Ｒ信号）を出力している期間には、Ｒ信号のレベルに応じた比較的高い増幅度を設定し、偶数行の画素信号（Ｇ信号）を出力している期間には、Ｇ信号のレベルに応じた比較的低い増幅度を設定する。同様に、増幅回路１８は、ＧＢ用列選択回路１６が奇数行の画素信号（Ｇ信号）を出力している期間には、Ｇ信号のレベルに応じた比較的低い増幅度を設定し、偶数行の画素信号（Ｂ信号）を出力している期間には、Ｂ信号のレベルに応じた比較的高い増幅度を設定する。
【００３７】
スイッチ１９は、所定の周期で端子ａ，ｂを切換え選択して、増幅回路１７，１８からの画素信号を画素順に取り出してＡＤＣ２０に出力する。ＡＤＣ２０は、入力された画素信号を所定のビット数のデジタル信号に変換して、信号処理等を行う図示しない制御回路に出力するようになっている。
【００３８】
次に、このように構成された実施の形態の動作について説明する。
【００３９】
図示しない被写体からの光学像が画素領域１２の各画素に入射すると、入射光量に応じた電気信号がフォトダイオード１３に生じる。行駆動回路Ｒ１〜Ｒｎは、第１ラインから順に各走査線Ｔ１〜Ｔｎにオン信号を供給する。これにより、各ラインに接続されたトランジスタ１４は、各ライン毎に順次オンとなる。
【００４０】
いま、第１ラインの全トランジスタ１４がオンになるものとする。そうすると、第１ラインの画素からの画素信号が列読出回路Ｃ１〜Ｃｍによって読出される。即ち、奇数列の列読出回路Ｃ１，Ｃ３，…は、第１ラインの奇数列のＧ信号を読み出し、偶数列の列読出回路Ｃ２，Ｃ４，…は、第１ラインの偶数列のＲ信号を読み出す。
【００４１】
ＧＢ用列選択回路１６は、奇数列の列読出回路Ｃ１，Ｃ３，…からのＧ信号が与えられ、画素順に順次増幅回路１８に出力する。また、ＧＲ用列選択回路１５は、偶数列の列読出回路Ｃ２，Ｃ４，…からのＲ信号が与えられ、画素順に順次増幅回路１７に出力する。ＧＲ用列選択回路１５及びＧＢ用列選択回路１６は、１列おきの画素信号を出力しており、１系統の出力回路を用いる場合の半分の伝送レートで動作する。
【００４２】
第１ラインの画素の読出し期間には、増幅回路１７にはＧＲ用列選択回路１５からＲ信号のみが入力され、増幅回路１８にはＧＢ用列選択回路１６からＧ信号のみが入力される。この場合には、増幅回路１７は、Ｒ信号のレベルに応じた比較的高い増幅度に設定され、増幅回路１８は、Ｇ信号のレベルに応じた比較的低い増幅度に設定される。
【００４３】
増幅回路１７は、順次入力されるＲ信号を増幅してスイッチ１９の端子ａに出力し、増幅回路１８は、順次入力されるＧ信号を増幅してスイッチ１９の端子ｂに出力する。スイッチ１９は、画素単位で切換り、増幅回路１８の出力（Ｇ信号）と増幅回路１７の出力（Ｒ信号）とを交互に出力する。こうして、スイッチ１９からは、第１ラインの画素信号が順次ＡＤＣ２０に出力される。
【００４４】
ＡＤＣ２０は、入力された画素信号をデジタル信号に変換する。この場合には、増幅回路１７，１８の増幅度が異なり、増幅回路１７，１８の出力レベルはＧ信号，Ｒ信号に拘わらず略同様のレベルとなっていることから、ＡＤＣ２０はアナログ／デジタル変換に際して、ダイナミックレンジの略全域を用いた変換が可能である。
【００４５】
次に、第２ラインの走査線Ｔ２がオンとなるものとする。これにより、第２ラインの全トランジスタ１４がオンとなり、第２ラインの画素からの画素信号が列読出回路Ｃ１〜Ｃｍによって読出される。即ち、奇数列の列読出回路Ｃ１，Ｃ３，…は、第２ラインの奇数列のＢ信号を読み出し、偶数列の列読出回路Ｃ２，Ｃ４，…は、第２ラインの偶数列のＧ信号を読み出す。
【００４６】
ＧＢ用列選択回路１６は、奇数列の列読出回路Ｃ１，Ｃ３，…からのＢ信号が与えられ、画素順に順次増幅回路１８に出力する。また、ＧＲ用列選択回路１５は、偶数列の列読出回路Ｃ２，Ｃ４，…からのＧ信号が与えられ、画素順に順次増幅回路１７に出力する。この場合においても、ＧＲ用列選択回路１５及びＧＢ用列選択回路１６は、１系統の出力回路を用いる場合の半分の伝送レートで動作する。
【００４７】
第２ラインの画素の読出し期間には、増幅回路１７にはＧＲ用列選択回路１５からＧ信号のみが入力され、増幅回路１８にはＧＢ用列選択回路１６からＢ信号のみが入力される。この場合には、増幅回路１７は、Ｇ信号のレベルに応じた比較的低い増幅度に設定され、増幅回路１８は、Ｂ信号のレベルに応じた比較的高い増幅度に設定される。
【００４８】
増幅回路１７，１８の増幅度の切換えは、１ライン毎に行われる。即ち、増幅回路１７，１８は、増幅度の切換えに十分な時間的余裕を有する。
【００４９】
増幅回路１７は、順次入力されるＧ信号を増幅してスイッチ１９の端子ａに出力し、増幅回路１８は、順次入力されるＢ信号を増幅してスイッチ１９の端子ｂに出力する。スイッチ１９は、画素単位で切換り、増幅回路１７の出力（Ｇ信号）と増幅回路１８の出力（Ｂ信号）とを交互に出力する。こうして、スイッチ１９からは、第２ラインの画素信号が順次ＡＤＣ２０に出力される。
【００５０】
ＡＤＣ２０は、入力された画素信号をデジタル信号に変換する。この場合には、増幅回路１７，１８の増幅度が異なり、増幅回路１７，１８の出力レベルはＧ信号，Ｂ信号に拘わらず略同様のレベルとなっていることから、ＡＤＣ２０はアナログ／デジタル変換に際して、ダイナミックレンジの略全域を用いた変換が可能である。
【００５１】
以後、同様の動作が繰返されて、画素領域１２の全ての画素の読出しが行われる。
【００５２】
このように、本実施の形態においては、イメージセンサの出力回路を２系統に分け、１ライン期間中は、各系統の出力が同一色の画素信号となるようにしている。そして、２系統の増幅回路によってＧ信号とＲ，Ｂ信号とで増幅度を切換えており、Ｒ，Ｇ，Ｂ信号の出力レベルを略均一にして、ＡＤＣ２０におけるダイナミックレンジを有効に活用している。これにより、Ｒ，Ｇ，Ｂ信号の全ての分解能を向上させることができる。また、Ｒ，Ｂ信号についても、十分なレベルに増幅することができることから、良好なＳ／Ｎを得ることができる。更に、２系統の列選択回路及び増幅回路を用いていることから、各列選択回路及び各増幅回路における処理速度を１／２にすることができ、処理に余裕が生じ、Ｓ／Ｎを向上させることが可能である。
【００５３】
図２は本発明の第２の実施の形態を示す回路図である。図２において図１と同一の構成要素には同一符号を付して説明を省略する。
【００５４】
第１の実施の形態においては、２系統の増幅回路の増幅度を行毎に変更することで、Ｒ，Ｇ，Ｂ信号の出力レベルを略均一にした。これに対し、本実施の形態は、全期間において一方の出力系統からはＧ信号のみを出力させることを可能にしたものである。また、略同一の増幅度によってＲ，Ｂ信号の出力レベルを均一にすることができることを利用して、２系統の増幅回路の増幅度を略一定にすることを可能にしたものである。
【００５５】
本実施の形態はスイッチ２１，２２を付加した点が図１に示す第１の実施の形態と異なる。ＧＲ用列選択回路１５の出力端はスイッチ２１の端子ａ及びスイッチ２２の端子ｂに接続されている。また、ＧＢ用列選択回路１６の出力端は、スイッチ２１の端子ｂ及びスイッチ２２の端子ａに接続されている。スイッチ２１，２２は、連動して行単位で端子ａ，ｂを切換え選択する。
【００５６】
即ち、スイッチ２１は、奇数ラインの読出し時には端子ａを介して入力された画素信号を増幅回路１７に出力し、偶数ラインの読出し時には端子ｂを介して入力された画素信号を増幅回路１７に出力する。また、スイッチ２２は、奇数ラインの読出し時には端子ａを介して入力された画素信号を増幅回路１８に出力し、偶数ラインの読出し時には端子ｂを介して入力された画素信号を増幅回路１８に出力するようになっている。
【００５７】
次に、このように構成された実施の形態の動作について説明する。
【００５８】
ＧＲ用列選択回路１５の出力及びＧＢ用列選択回路１６の出力は第１の実施の形態と同様である。いま、第１ラインの画素の読み出しを行うものとする。この場合には、ＧＢ用列選択回路１６は、奇数列の列読出回路Ｃ１，Ｃ３，…からのＧ信号が与えられて、画素順に順次出力する。また、ＧＲ用列選択回路１５は、偶数列の列読出回路Ｃ２，Ｃ４，…からのＲ信号が与えられて、画素順に順次出力する。本実施の形態においても、ＧＲ用列選択回路１５及びＧＢ用列選択回路１６は、１列おきの画素信号を出力しており、１系統の出力回路を用いる場合の半分の伝送レートで動作する。
【００５９】
第１ラインの読出し時には、ＧＢ用列選択回路１６からは奇数列のＧ信号のみが出力され、ＧＲ用列選択回路１５からは偶数列のＲ信号のみが出力される。
【００６０】
第１ラインの読出し時には、スイッチ２１，２２は、端子ａを選択する。即ち、この場合には、ＧＲ用列選択回路１５からＲ信号はスイッチ２１を介して増幅回路１７に供給され、ＧＢ用列選択回路１６からＧ信号はスイッチ２２を介して増幅回路１８に供給される。増幅回路１７は、Ｒ信号のレベルに応じた比較的高い増幅度に設定され、増幅回路１８は、Ｇ信号のレベルに応じた比較的低い増幅度に設定される。
【００６１】
増幅回路１７は、順次入力されるＲ信号を増幅してスイッチ１９の端子ａに出力し、増幅回路１８は、順次入力されるＧ信号を増幅してスイッチ１９の端子ｂに出力する。スイッチ１９は、画素単位で切換り、増幅回路１８の出力（Ｇ信号）と増幅回路１７の出力（Ｒ信号）とを交互に出力する。こうして、スイッチ１９からは、第１ラインの画素信号が順次ＡＤＣ２０に出力される。
【００６２】
次に、第２ラインの読み出しが行われるものとする。この場合には、ＧＢ用列選択回路１６は、奇数列のＢ信号が与えられて、画素順に順次出力する。また、ＧＲ用列選択回路１５は、偶数列のＧ信号が与えられて、画素順に順次に出力する。
【００６３】
第２ラインの画素の読出し期間には、スイッチ２１，２２は端子ｂを選択する。即ち、この場合には、ＧＢ用列選択回路１６からＢ信号はスイッチ２１を介して増幅回路１７に供給され、ＧＲ用列選択回路１５からＧ信号はスイッチ２２を介して増幅回路１８に供給される。増幅回路１７は、Ｂ信号のレベルに応じた比較的高い増幅度に設定され、増幅回路１８は、Ｇ信号のレベルに応じた比較的低い増幅度に設定される。
【００６４】
増幅回路１７は、順次入力されるＢ信号を増幅してスイッチ１９の端子ａに出力し、増幅回路１８は、順次入力されるＧ信号を増幅してスイッチ１９の端子ｂに出力する。スイッチ１９は、画素単位で切換り、増幅回路１７の出力（Ｂ信号）と増幅回路１８の出力（Ｇ信号）とを交互に出力する。こうして、スイッチ１９からは、第２ラインの画素信号が順次ＡＤＣ２０に出力される。
【００６５】
他の作用は第１の実施の形態と同様である。
【００６６】
このように本実施の形態においては、ＡＤＣにはＲ，Ｇ，Ｂ信号のいずれについても略同様のレベルの出力を入力させることができ、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。更に、本実施の形態においては、いずれのラインの読出し時においても、増幅回路１７にはＲ信号又はＢ信号のみが与えられ、増幅回路１８にはＧ信号のみが与えられる。増幅回路１８は、常に一定の増幅度で増幅を行えばよく、特性がばらつくことを防止することができる。また、増幅回路１７についても、Ｒ信号用の増幅度とＢ信号用の増幅度とは略同一の増幅度を用いることができ、特性のばらつきを抑制することができる。
【００６７】
図３は本発明の第３の実施の形態を示す回路図である。図３において図２と同一の構成要素には同一符号を付して説明を省略する。
【００６８】
第２の実施の形態は２系統の増幅回路の増幅度を略一定にすることを可能にしたものである。更に本実施の形態においては、２系統のＡＤＣを設けることにより、ＡＤＣの動作速度を低減可能にしている。
【００６９】
本実施の形態はスイッチ１９によって２系統の画素信号を１系統に変換してＡＤＣに与えるのではなく、２系統の画素信号をそのまま２系統のＡＤＣ２５，２６に与えるようになっている。ＡＤＣ２５，２６は、夫々入力された画素信号をアナログ／デジタル変換してデジタル出力を出力するようになっている。
【００７０】
このように構成された実施の形態においては、第２の実施の形態と同様に、増幅回路１７からはＲ信号又はＢ信号が出力され、増幅回路１８からはＧ信号のみが出力される。増幅回路１７，１８の出力は夫々ＡＤＣ２５，２６に供給される。ＡＤＣ２５は、増幅回路１７からのＲ信号及びＢ信号をデジタル信号に変換して出力する。また、ＡＤＣ２６は、増幅回路１８からのＧ信号をデジタル信号に変換して出力する。
【００７１】
増幅回路１７からは１ラインにつきｍ／２個のＲ信号が出力される。また、Ｒ信号についても、１ラインにつきｍ／２個のアナログ出力が得られる。また、増幅回路１８からは１ラインにつきｍ／２個のＧ信号が出力される。従って、ＡＤＣ２５，２６は、１ラインに処理すべき画素信号の数は、ＡＤＣ２０の１／２である。従って、ＡＤＣ２５，２６としては、動作速度が比較的低速のものを採用することができる。また、動作速度が遅くてよいので、ＡＤＣ２５，２６からはノイズが比較的少なく良好なＳ／Ｎの出力が得られる。
【００７２】
このように、本実施の形態においては、ＧＲ用列選択回路１５、ＧＢ用列選択回路１６及び増幅回路１７，１８だけでなく、ＡＤＣ２５，２６についても動作速度を低減させることができ、第２の実施の形態と同様の効果が得られると共に、ノイズに強く高いＳ／Ｎの出力を得ることができる。
【００７３】
なお、本実施の形態は図２に示す第２の実施の形態に適用した例を説明したが、第１の実施の形態にも適用可能であることは明らかである。
【００７４】
図４は本発明の第４の実施の形態を示す回路図である。図４において図１と同一の構成要素には同一符号を付して説明を省略する。
【００７５】
本実施の形態はイメージセンサとして出力画素信号に含まれるノイズをキャンセルするために、ノイズ成分Ｎを出力するものを採用した例である。本実施の形態においては、イメージセンサ１１に代えてイメージセンサ３１を採用すると共に、ノイズキャンセル用の増幅回路３２，３３を付加した点が第１の実施の形態と異なる。
【００７６】
イメージセンサ３１は、図１と同様に図示しない２系統の出力回路を備えている。一方の出力回路は、Ｇ信号及びＲ信号を含む信号Ｓ１を出力し、他方の出力回路は、Ｂ信号及びＧ信号を含む信号Ｓ２を出力する。また、各信号Ｓ１，Ｓ２に含まれるノイズをキャンセルするためのノイズ成分Ｎも出力するようになっている。
【００７７】
増幅回路３２は、信号Ｓ１とノイズ成分Ｎとの差分を増幅回路１７に出力する。また、増幅回路３３は、信号Ｓ２とノイズ成分Ｎとの差分を増幅回路１８に出力する。
【００７８】
他の作用及び構成は第１の実施の形態と同様である。
【００７９】
本実施の形態においては、増幅回路３２，３３からはノイズ成分がキャンセルされた信号Ｓ１，Ｓ２が出力される。信号Ｓ１は、Ｇ信号及びＲ信号を含み、信号Ｓ２はＢ信号及びＧ信号を含む。これらの信号Ｓ１，Ｓ２が増幅回路１７，１８に供給される。
【００８０】
このように、本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００８１】
なお、本実施の形態は第２及び第３の実施の形態にも適用可能であることは明らかである。
【００８２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、センサからの出力に対して色に応じた最適の増幅度を設定可能とすることにより、分解能及びＳ／Ｎを向上させることができるという効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る固体撮像装置を示す回路図。
【図２】本発明の第２の実施の形態を示す回路図。
【図３】本発明の第３の実施の形態を示す回路図。
【図４】本発明の第４の実施の形態を示す回路図。
【図５】従来の固体撮像装置を示すブロック図。
【符号の説明】
１１…イメージセンサ
１２…画素領域
１３…フォトダイオード
１４…トランジスタ
１５…ＧＲ用列選択回路
１６…ＧＢ用列選択回路
１７，１８…増幅回路
１９…スイッチ
２０…ＡＤＣ
Ｔ１〜Ｔｎ…走査線
Ｄ１〜Ｄｍ…データ線
Ｒ１〜Ｒｎ…行駆動回路
Ｃ１〜Ｃｍ…列駆動回路
Claims (7)
- 複数本の走査線と複数本のデータ線との交点に２次元アレイ状に配列された複数の光電変換素子によって構成されて複数の色に夫々反応する複数種の画素と、
前記複数本の走査線に接続されて前記複数種の画素を前記走査線毎に駆動する行駆動手段と、
前記複数本のデータ線に接続されて前記複数種の画素から列毎に画素信号の読み出しを行う列読出手段と、
前記列読出手段の出力から前記画素の種類に応じた画素信号を選択して順次出力する第１の選択手段と、
前記列読出手段の出力から前記第１の選択手段が選択していない画素信号を選択して順次出力する第２の選択手段とを具備したことを特徴とする固体撮像素子。 - 前記複数種の画素は、第１乃至第３の画素を有し、
所定ラインには前記第１及び第２の画素が交互に配列され、次のラインには前記第１及び第３の画素が交互に配列されて、
前記第１の選択手段は、奇数列の画素信号を選択し、
前記第２の選択手段は、偶数列の画素信号を選択することを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。 - 前記第１乃至第３の画素は、夫々、緑色、赤色、青色に反応し、
前記第１乃至第３の画素がデルタ状に配列されることを特徴とする請求項２に記載の固体撮像素子。 - 請求項１乃至３のいずれか１つに記載の固体撮像素子と、
前記第１の選択手段の出力を画素の種類に応じた増幅度で増幅する第１の増幅手段と、
前記第２の選択手段の出力を画素の種類に応じた増幅度で増幅する第２の増幅手段と、
前記第１及び第２の増幅手段の出力を切換え選択して画素順に出力する第１の切換え手段とを具備したことを特徴とする固体撮像装置。 - 前記第１及び第２の増幅手段は、行毎に増幅度を切換えることを特徴とする請求項４に記載の固体撮像装置。
- 請求項１乃至３のいずれか１つに記載の固体撮像素子と、
前記第１の選択手段の出力を画素の種類に応じた増幅度で増幅する第１の増幅手段と、
前記第２の選択手段の出力を画素の種類に応じた増幅度で増幅する第２の増幅手段と、
前記第１の増幅手段の出力をディジタル信号に変換する第１のアナログ／デジタル変換手段と、
前記第２の増幅手段の出力をディジタル信号に変換する第２のアナログ／デジタル変換手段とを具備したことを特徴とする固体撮像装置。 - 前記第１の選択手段の出力を画素の種類に応じて前記第１の増幅手段と前記第２の増幅手段とに切換えて与える第２の切換え手段と、
前記第２の選択手段の出力を画素の種類に応じて前記第１の増幅手段と前記第２の増幅手段とに切換えて与える第３の切換え手段とを更に具備したことを特徴とする請求項４又は６のいずれか一方に記載の固体撮像装置。
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