JP2005109968A - カラー固体撮像装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 高画素での高精細な静止画撮影と動きの滑らかな高精細な動画記録の２つのモードが切り替え可能に構成されたカラー固体撮像装置において、３板式の従来装置に比べて、動画記録をさらに高品質にすることを目的とする。
【解決手段】 光電変換素子アレイＥ２と画素データ読み出し制御部Ｅ３とを備え、画素データ読み出し制御部Ｅ３は、４チャンネルの出力部Ｏ１，Ｏ２，Ｏ３，Ｏ４からの同時出力形式で、全画素読み出しモードと垂直水平画素混合読み出しモードを有する。全画素読み出しモードでは、光電変換素子アレイにおける２行２列の画素群を画素データの第１の出力単位として、４チャンネルの出力部を用いて同時にＧＲＢＧの画素データを独立並列で出力する。垂直水平画素混合読み出しモードは、２ｎ行２ｎ列の画素群を画素データの第２の出力単位として、４チャンネルの出力部を用いて同時にＧＲＢＧの混合画素データを独立並列で出力する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光学系を通して入射される光学像を光電変換して電気信号に変換するようマトリックス状に形成され、２行２列の画素群を単位として４色のカラー画素データを生成する光電変換素子アレイと、前記光電変換素子アレイの画素群から画素データを読み出すに当たり、静止画撮影時にアレイ上の全画素分の画素データを読み出す全画素読み出しモードと動画記録時に水平垂直方向で複数画素分の画素データを混合することにより画素数を減らして画素データを読み出す垂直水平画素混合読み出しモードとを有する画素データ読み出し制御部とを備えたカラー固体撮像装置に関する。
固体撮像装置の光電変換素子アレイについては、近年の半導体技術の発展により、画素数の飛躍的な増加が実現されている。画素数が十分に多いことを高画素と称する。
静止画撮影対応の一眼レフの高級デジタルカメラにあっては、超高精細な静止画を重視して、１０００万画素を超える高画素のものが開発されつつある。一方、動画記録対応のデジタルムービーにあっては、３板ＣＣＤを搭載して各ＣＣＤからＲＧＢ信号を独立して取得することにより、感度、解像度、色調、色解像度、ダイナミックレンジの向上を重視している。近年では、静止画撮影と動画記録の２つの機能を搭載し、両モードを切り替え可能に構成したものもある。
静止画撮影においては、光電変換素子アレイの全画素の画素データを利用する形態で撮影を行う。これが全画素読み出しモードであり、光電変換素子アレイから読み出した画素データを１画素分ずつ順次に全画素分出力する。これにより、高精細な静止画撮影が可能となっている。
一方、静止画撮影と動画記録との両モードを切り替え可能に構成した固体撮像装置もある。現状ではＤＳＰなどのデジタル信号処理回路の動作速度に一定の限界があり、また消費電力の面からも、動画記録においては、静止画撮影と同様の全画素読み出しモードでの撮影はむずかしい。動画記録時には画素間引きを行い、単位時間当たりのフレーム枚数を増やして画素データ処理を行うのが一般的である。これが垂直水平画素混合読み出しモードである。
光電変換素子アレイから読み出した画素データにつき、アレイの垂直方向と水平方向とで複数画素分を混合した上で、その混合画素データを１単位の画素データとして出力する。これにより、単位時間当たりのフレーム枚数が増え、高画素の光電変換素子アレイを搭載した固体撮像装置においても、滑らかで高速な動画像撮影が可能となっている。
上記のような画素間引き・画素混合読み出しと全画素読み出しとの切り替えは、特にＭＯＳ（MetalOxide Semiconductor）イメージセンサが得意とするものである。ＭＯＳイメージセンサは、ＣＣＤ(Charge Coupled Device)イメージセンサのようなポテンシャル井戸の移動による電荷の転送を必要とせず、信号ライン（ワイヤ）を利用して任意ラインの画素データ読み出しが自在であるからである。また、ＭＯＳイメージセンサの利点として、低電圧動作、少ないリーク電流、ＣＣＤと同じサイズでのより大きい開口率、高い感度、データ読み出しがＣＣＤより簡単等をあげることができる。特に、任意画素抽出読み出し、画素混合の利点が大きい。
特開２００１−３６９２０号公報 特開２００２−１３５７９３号公報 特開２００３−１１６０６１号公報
本発明は、高画素での高精細な静止画撮影と動きの滑らかな高精細な動画記録の２つのモードが切り替え可能に構成されたカラー固体撮像装置において、３板式の従来装置に比べて、動画記録をさらに高品質にすることを目的とする。
本発明は、上記の目的を達成するために次のような手段を講じる。
本発明によるカラー固体撮像装置は、大きくは次の２つの構成要素から構成されている。１つは光電変換素子アレイであり、もう１つは画素データ読み出し制御部である。
前記光電変換素子アレイは、光学系を通して入射される光学像を光電変換して電気信号に変換するようマトリックス状に形成され、２行２列の画素群を単位として４つのカラー画素データを生成するように構成されている。ここでの４つカラー画素データについては、それらすべてが異なる色のものであってもよいし、２色が同色であってもよい。２色が同色の場合の一例として、ＧＲＢＧのベイヤー配列がある（Ｇはグリーン、Ｒはレッド、Ｂはブルー）。
前記画素データ読み出し制御部は、４チャンネルの出力部を有するとともに、４チャンネル同時出力形式の全画素読み出しモードと垂直水平画素混合読み出しモードとを有し、両モードが切り替え可能に構成されている。
前記の４チャンネル同時出力形式の全画素読み出しモードは、前記光電変換素子アレイにおける２行２列の画素群を画素データの第１の出力単位として、４チャンネルの出力部を用いて同時に、第１色画素の画素データを第１の出力部から出力し、第２色画素の画素データを第２の出力部から出力し、第３色画素の画素データを第３の出力部から出力し、第４色画素の画素データを第４の出力部から出力するという出力形態をとり、このような出力形態により前記第１の出力単位で走査して、結果的に光電変換素子アレイの全画素の画素データを出力するモードである。
また、前記の４チャンネル同時出力形式の垂直水平画素混合読み出しモードは、ｎを２以上の任意の自然数として、２ｎ行２ｎ列の画素群を画素データの第２の出力単位として、前記第２の出力単位におけるｎ×ｎ個の同色の画素群の画素データを色別に混合し、４チャンネルの出力部を用いて同時に、第１色画素の混合画素データを第１の出力部から出力し、第２色画素の混合画素データを第２の出力部から出力し、第３色画素の混合画素データを第３の出力部から出力し、第４色画素の混合画素データを第４の出力部から出力するという出力形態をとり、このような出力形態により前記第２の出力単位で光電変換素子アレイの全体にわたって走査して、画素を間引く状態で混合画素データを出力するモードである。
上記構成における第１色、第２色、第３色、第４色については、上記のように、それらすべてが異なる色であってもよいし、２色が同色であってもよい（例えば、ＧＲＢＧのベイヤー配列）。
上記において、例えばｎ＝３のとき、第２の出力単位は６行６列の画素群となる。この６行６列の画素群には３６個の画素が含まれている。第１の出力単位である２行２列の画素群を例えばＧＲＢＧのベイヤー配列とすると、６行６列の画素群には、１番目のＧ（グリーン）が９個、Ｒ（レッド）が９個、Ｂ（ブルー）が９個、２番目のＧ（グリーン）が９個含まれている。ｎ＝３であるので、ｎ×ｎは９である。
９個の１番目のＧ（グリーン）の画素の画素データを混合し、９画素混合の第１のＧデータとした上で第１チャンネルの出力部から出力する。同時に、９個のＲ（レッド）の画素の画素データを混合し、９画素混合のＲデータとした上で第２チャンネルの出力部から出力する。同時に、９個のＢ（ブルー）の画素の画素データを混合し、９画素混合のＢデータとした上で第３チャンネルの出力部から出力する。そして、同時に、９個の２番目のＧ（グリーン）の画素の画素データを混合し、９画素混合の第２のＧデータとした上で第４チャンネルの出力部から出力する。
すなわち、９画素混合の第１のＧデータ、９画素混合のＲデータ、９画素混合のＢデータおよび９画素混合の第２のＧデータを、４チャンネルの出力部から互いに独立して同時に出力する。元の３６個の画素データが４個分に集約されている。チャンネル単位で見ると、各チャンネルとも、元の３６画素に対してそれぞれ１個の画素データとなっている。このような９画素混合の画素間引き状態での画素データの出力の形態を、６行６列の画素群の第２の出力単位で光電変換素子アレイ全体にわたって走査する。つまり、水平方向で１／６に間引かれているとともに、垂直方向でも１／６に間引かれている。
ここで、１０００万画素を超える高画素の一例として水平方向３８４０画素×垂直方向２８８０画素の約１１０６万画素を考える。この約１１０６万画素を６行６列の画素群で仕切ると、動画モードの標準である水平方向６４０画素×垂直方向４８０画素のＶＧＡ（Video Graphics Array）となる。
ｎ＝３のときに限らず、一般的には次のようにいうことができる。第２の出力単位は２ｎ行２ｎ列の画素群となる。この２ｎ行２ｎ列の画素群には４ｎ２個の画素が含まれている。第１の出力単位である２行２列の画素群を例えばＧＲＢＧのベイヤー配列とすると、２ｎ行２ｎ列の画素群には、１番目のＧ（グリーン）がｎ２個、Ｒ（レッド）がｎ２個、Ｂ（ブルー）がｎ２個、２番目のＧ（グリーン）がｎ２個含まれている。
ｎ２個の１番目のＧ（グリーン）の画素の画素データを混合し、ｎ２画素混合の第１のＧデータとした上で第１チャンネルの出力部から出力する。同時に、ｎ２個のＲ（レッド）の画素の画素データを混合し、ｎ２画素混合のＲデータとした上で第２チャンネルの出力部から出力する。同時に、ｎ２個のＢ（ブルー）の画素の画素データを混合し、ｎ２画素混合のＢデータとした上で第３チャンネルの出力部から出力する。そして、同時に、ｎ２個の２番目のＧ（グリーン）の画素の画素データを混合し、ｎ２画素混合の第２のＧデータとした上で第４チャンネルの出力部から出力する。
すなわち、ｎ２画素混合の第１のＧデータ、ｎ２画素混合のＲデータ、ｎ２画素混合のＢデータおよびｎ２画素混合の第２のＧデータを、４チャンネルの出力部から互いに独立して同時に出力する。元の４ｎ２個の画素データが４個分に集約されている。チャンネル単位で見ると、各チャンネルとも、元の４ｎ２画素に対してそれぞれ１個の画素データとなっている。このようなｎ２画素混合の画素間引き状態での画素データの出力の形態を、２ｎ行２ｎ列の画素群の第２の出力単位で光電変換素子アレイ全体にわたって走査する。つまり、水平方向で１／（２ｎ）に間引かれているとともに、垂直方向でも１／（２ｎ）に間引かれている。このような４チャンネル同時の混合画素データの独立並列出力をＧＲＢＧの仮想４板読み出し方式ということにする。
一般的にｎの場合の光電変換素子アレイのサイズは、水平方向６４０画素×垂直方向４８０画素のＶＧＡをＧＲＢＧの仮想４板読み出し方式で動画モードを実現するには、逆算して、水平方向６４０×２ｎ画素×垂直方向４８０×２ｎ画素の光電変換素子アレイとすればよい。ちなみに、ｎ＝４のときは、水平方向５１２０画素×垂直方向３８４０画素の約１９７０万画素、ｎ＝５のときは、水平方向６４００画素×垂直方向４８００画素の約３０７０万画素となる。なお、ｎ＝２の場合に適用してもよい。
ＶＧＡで従来一般的なのは、ＲＧＢの３板方式である。これに対して上記構成の本発明では、出力部が４チャンネルあり、ＧＲＢＧの仮想４板読み出し方式となっている。これの意味するところは、従来技術に比べて、動画像品質の向上が実現されているということである。
なお、動画モードを必ずしもＶＧＡに限定する必要はなく、ＮＨ，ＮＶを自然数として、動画モードを水平方向ＮＨ画素×ＮＶ画素とすると、光電変換素子アレイは、水平方向ＮＨ×２ｎ画素×垂直方向ＮＶ×２ｎ画素とすればよい。
なお、光電変換素子アレイを構成する２行２列の画素群の色の組み合わせとしては、シアン、マゼンタ、イエローおよびグリーンの補色タイプでもよい。
動画像品質向上には、加えて次の利点がある。従来の一般的なデジタルムービーに搭載のイメージセンサの光学セルはサイズが小さいのが通常である。これに比べると、高画素での高級なデジタルスチルカメラに搭載のイメージセンサの光学セルはサイズが大きい。このサイズの大きい光学セルをベースに作製されたイメージセンサにおいて、上記のような画素間引きを行うので、動画像品質はさらに優れたものとなっている。
上記の画素データ読み出し制御部について、その構成を具体的レベルで記述すると、次のものが好ましい。すなわち、前記光電変換素子アレイから画素データを読み出す２ライン分の垂直転送スイッチ回路と、前記読み出した画素データを一時的に保持する２ライン分の信号電圧保持回路と、前記各信号電圧保持回路から画素データまたは混合画素データを２つずつのチャンネルに分けて出力する２ライン分の水平転送スイッチ回路と、前記各水平シフト選択回路からの計４つの画素データまたは混合画素データを互いに独立並列に出力する４チャンネルの出力アンプと、前記各水平転送スイッチ回路を制御して前記全画素読み出しモードでの出力と前記垂直水平画素混合読み出しモードでの出力とを切り替える水平シフト選択回路とを備えた構成である。
この構成により、任意画素の画素データの随意読み出しを容易に実現し、上記の作用効果を十分に発揮させることができる。
上記で詳しく説明したように、本発明によれば次の効果が発揮される。サイズの大きな光学セルを基調として作製されている高画素のイメージセンサを搭載するカラー固体撮像装置は、その開発当初のコンセプトが超高精細の静止画撮影にある。そのような超高精細静止画撮影を前提とするカラー固体撮像装置において、さらに動画記録の機能をもたせるに当たり、画素間引きした混合画素データを４チャンネルの独立出力とすることにより、その光学セルサイズが大きいことも相まって、従来技術に比べて動画像品質の大幅な改善をもたらすことができるようになった。しかも、その効果を実現するに当たり、光電変換素子アレイからの画素データを読み出す画素データ読み出し制御部において、画素データの出力の形態にわずかな工夫を加えるだけで対応しているので、上記大幅な動画像品質の改善の効果の割に構造複雑化は抑制され、製品コスト面でも有利な展開が期待できるのである。
以下、本発明にかかわるカラー固体撮像装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の実施の形態におけるカラー固体撮像装置の基本的構成を示すブロック図である。図１において、Ｅ１は被写体の光学像を入射する光学系であり、複数枚からなる組み合わせレンズを備えている。Ｅ２は光学系Ｅ１を通して入射された光学像を光電変換して電気信号に変換するマトリックス状でカラーフィルタを伴う光電変換素子アレイである。Ｅ３は光電変換素子アレイＥ２から画素データを読み出すとともに、読み出した画素データをモードを切り替えて出力する画素データ読み出し制御部である。この画素データ読み出し制御部Ｅ３は、２つのモードである、
（１）読み出した画素データを１画素分ずつ順次に全画素分出力する静止画撮影の全画素読み出しモード、
（２）読み出した画素データにつき、アレイの垂直方向と水平方向とで複数画素分を混合した上で、その混合画素データを出力する動画記録の垂直水平画素混合読み出しモード
を備えている。
この画素データ読み出し制御部Ｅ３は、画素データの出力部として４チャンネルの出力部Ｏ１，Ｏ２，Ｏ３，Ｏ４を有している。４チャンネルの出力部Ｏ１，Ｏ２，Ｏ３，Ｏ４は、全画素読み出しモードでの画素１つずつの画素データを互いに独立して並列に出力し、また、垂直水平画素混合読み出しモードでの混合画素データの１つずつを互いに独立して並列に出力するように構成されている。
図１において、Ｅ４は画素データ読み出し制御部Ｅ３から出力される画素データを入力して所要のデータ処理を行う画像処理部である。
以上のように構成された本実施の形態のカラー固体撮像装置の動作を説明する。
垂直水平画素混合読み出しモードを設定する。光学系Ｅ１を介して光電変換素子アレイＥ２上に結像された被写体の光学像は、光電変換素子アレイＥ２において光電変換され、電気信号に変換される。ここまでの具体的動作は次のとおりである。画素データ読み出し制御部Ｅ３は光電変換素子アレイＥ２から画素データを読み出す。画像処理部Ｅ４は、入力した画素データに対して、相関二重サンプリングであるＣＤＳ（Correlated Double Sampling）の処理を行ってリセットノイズおよび低周波ノイズを除去し、さらに自動利得制御であるＡＧＣ（AutomaticGain Contorol）を行い、さらにアナログ信号をディジタルデータに変換する。
次に、図２、図３を用いて、全画素読み出しモードと垂直水平画素混合読み出しモードについて、具体的レベルで説明する。
図２、図３は各読み出しモードの一例を分かりやすく示したモデル図である。図２において、上側は光電変換素子アレイＥ２の一部を示し、下側は画素データ読み出し制御部Ｅ３によって出力された画素データである。図３において、左側は光電変換素子アレイＥ２の一部を示し、右上側は画素データ読み出し制御部Ｅ３によって画素混合された画素データであり、右下側は出力された混合画素データである。光電変換素子アレイＥ２は、１番目のＧ（グリーン）、Ｒ（レッド）、Ｂ（ブルー）、２番目のＧ（グリーン）のベイヤー配列となっている。
まず、全画素読み出しモードの動作について、図２のモデル図を用いて説明する。光電変換素子アレイＥ２における全画素につき、そのすべての画素データが出力されている。このモードは静止画撮影時のものである。
ベイヤー配列の基本構成要素のＧＲＢＧの４画素からなる２行２列の画素群のａ１，ａ２，ａ３…を画素データの第１の出力単位とする。４チャンネルの出力部Ｏ１，Ｏ２，Ｏ３，Ｏ４を用いて同時に、第１の出力単位における各色の画素データを出力するという出力形態を、第１の出力単位で水平垂直方向に走査することにより、光電変換素子アレイＥ２における全画素の画素データを出力する。走査は、隣接する水平走査ライン２つを１組とする走査ユニットの単位で、矢印Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３の順に行う。具体的には次のとおりである。
Ｙ１で示す２行の走査ラインからなる第１走査ユニット目の第１の出力単位のａ１において、第１色画素である１番目のＧ（グリーン）の画素の画素データを第１の出力部Ｏ１から出力し、同時に、第２色画素であるＲ（レッド）の画素の画素データを第２の出力部Ｏ２から出力し、同時に、第３色画素であるＢ（ブルー）の画素の画素データを第３の出力部Ｏ３から出力し、同時に第４色画素である２番目のＧ（グリーン）の画素の画素データを第４の出力部Ｏ４から出力する。
次に、出力単位を水平方向に１つ進めて、第１の出力単位のａ２において、上記同様に、１番目のＧ（グリーン）の画素データの第１の出力部Ｏ１からの出力と、Ｒ（レッド）の画素データの第２の出力部Ｏ２からの出力と、Ｂ（ブルー）の画素データの第３の出力部Ｏ３からの出力と、２番目のＧ（グリーン）の画素データの第４の出力部Ｏ４からの出力とを同時に行う。
次に、出力単位を水平方向に１つ進めて、第１の出力単位のａ３において、上記同様に、第１ないし第４の出力部Ｏ１，Ｏ２，Ｏ３，Ｏ４からの互いに独立した１番目のＧ（グリーン）の画素データ、Ｒ（レッド）の画素データ、Ｂ（ブルー）の画素データ、２番目のＧ（グリーン）の画素データの出力を同時に行う。
以下同様にして、順次に第１の出力単位を水平方向に進めながら、第１の出力単位で４チャンネルの出力部Ｏ１，Ｏ２，Ｏ３，Ｏ４からのＧＲＢＧの画素データの独立並列出力を行い、１走査ユニット分すべてのＧＲＢＧ画素データの独立並列出力が終了すると、次に隣接するＹ２の走査ユニットに移り、以下同様に水平垂直方向に走査を行う。これにより、光電変換素子アレイＥ２の全画素にわたって第１の出力単位でＧＲＢＧの画素データの独立並列出力が行われる。
この全画素読み出しモードでは、光電変換素子アレイＥ２における全画素の画素データを用いており、高画素において高精細な静止画撮影が行われる。
次に、垂直水平画素混合読み出しモードの動作について、図３のモデル図を用いて説明する。光電変換素子アレイＥ２における画素を間引く状態で混合画素データが出力されている。このモードは動画記録時のものである。
ＧＲＢＧの４画素からなる２行２列の画素群を９つ（３行３列）有する６行６列のｂ１，ｂ２，ｂ３…を画素データの第２の出力単位とする。
図３の右上に示した画素混合された画素データでは、６行６列分の合計３６個の画素群からなる第２の出力単位において、Ｇ（グリーン）の混合画素データが２つ、ＲおよびＢ（ブルー）の混合画素データとなっている。画素混合された画素データで○印を付けた１つのＧ（グリーン）の画素データは、光電変換素子アレイで○印を付けた９つのＧ（グリーン）の画素の画素データを混合したものである。画素混合された画素データで○印の１つ右隣のＲ（レッド）の画素データは、光電変換素子アレイでの９つの○印のそれぞれ右隣の９つのＲ（レッド）の画素データを混合したものである。画素混合された画素データで○印の１つ上隣のＢ（ブルー）の画素データは、光電変換素子アレイでの９つの○印のそれぞれ上隣の９つのＢ（ブルー）の画素データを混合したものである。画素混合された画素データで○印の斜め右上のＧ（グリーン）の画素データは、光電変換素子アレイでの９つの○印のそれぞれ斜め右上の９つのＧ（グリーン）の画素データを混合したものである。このようなパターンが、６行６列分の合計３６個のアレイを１単位として繰り返されている。
光電変換素子アレイＥ２では３６個のうちに、Ｇが１８個あり、Ｒ，Ｂがそれぞれ９個ずつある。これが画素データでは、それぞれ２個、１個、１個となる。したがって、水平方向で１／３に、垂直方向で１／３に、全体で１／９に間引かれている。これらの混合画素データが１チャンネルずつ合計４チャンネルで画素データが出力されることになるので、１チャンネル当たりでは、１／３６になっている。
さらには、間引きされて出力される混合画素データは、元のベイヤー配列と相似的であり、ベイヤー配列を保っている。すなわち、画素混合された画素データの１行目（ｋ１）はＧ，Ｒ，Ｇ，Ｒ…であり、２行目（ｋ２）はＢ，Ｇ，Ｂ，Ｇ…であり、３行目（ｋ３）はＧ，Ｒ，Ｇ，Ｒ…であり、４行目（ｋ４）はＢ，Ｇ，Ｂ，Ｇ…となっている。
図３の右上に示す画素混合された画素データを、図３の右下に示す出力された混合画素データとして示すように、４チャンネルの出力部Ｏ１，Ｏ２，Ｏ３，Ｏ４を用いて同時に、第２の出力単位における各色の混合画素データを出力するという出力形態を、第２の出力単位で水平垂直方向に走査することにより、画素間引き状態で混合画素データを出力する。走査は、隣接する水平走査ライン６つを１組とする走査ユニットの単位で、矢印Ｙ１，Ｙ２の順に行う。具体的には次のとおりである。
Ｙ１で示す６行の走査ラインからなる第１走査ユニット目の第２の出力単位のｂ１において、第１色画素である１番目のＧ（グリーン）の混合画素データを第１の出力部Ｏ１から出力し、同時に、第２色画素であるＲ（レッド）の混合画素データを第２の出力部Ｏ２から出力し、同時に、第３色画素であるＢ（ブルー）の混合画素データを第３の出力部Ｏ３から出力し、同時に第４色画素である２番目のＧ（グリーン）の混合画素データを第４の出力部Ｏ４から出力する。
次に、出力単位を水平方向に１つ進めて、第２の出力単位のｂ２において、上記同様に、１番目のＧ（グリーン）の混合画素データの第１の出力部Ｏ１からの出力と、Ｒ（レッド）の混合画素データの第２の出力部Ｏ２からの出力と、Ｂ（ブルー）の混合画素データの第３の出力部Ｏ３からの出力と、２番目のＧ（グリーン）の混合画素データの第４の出力部Ｏ４からの出力とを同時に行う。
次に、出力単位を水平方向に１つ進めて、第２の出力単位のｂ３において、上記同様に、第１ないし第４の出力部Ｏ１，Ｏ２，Ｏ３，Ｏ４からの互いに独立した１番目のＧ（グリーン）の混合画素データ、Ｒ（レッド）の混合画素データ、Ｂ（ブルー）の混合画素データ、２番目のＧ（グリーン）の混合画素データの出力を同時に行う。
以下同様にして、順次に第２の出力単位を水平方向に進めながら、第２の出力単位で４チャンネルの出力部Ｏ１，Ｏ２，Ｏ３，Ｏ４からのＧＲＢＧの混合画素データの独立並列出力を行い、１走査ユニット分すべてのＧＲＢＧ混合画素データの独立並列出力が終了すると、次に隣接するＹ２の走査ユニットに移り、以下同様に水平垂直方向に走査を行う。これにより、光電変換素子アレイＥ２の全画素にわたって第２の出力単位で画素間引きを行った上でＧＲＢＧの混合画素データの独立並列出力が行われる。
なお、図２の出力された画素データ、図３の出力された混合画素データにおいて、水平方向での距離は光電変換素子アレイ上での空間的位置関係の対応付けを示したものであり、時間軸座標ではない。時間的には、画素データの出力速度は、図２と図３とで原則同じとする。
以上のように、６行６列の画素群からなる第２の出力単位において、各色、各チャンネルの出力部ごとに１色ずつの混合画素データを出力するので、各チャンネルとも、水平垂直の２次元方向で１／３６に縮小されている。４チャンネル同時のＧＲＢＧ混合画素データの独立並列出力の仮想４板読み出し方式であり、高画素での動きの滑らかな高精細な動画記録が可能である。
動画記録において、画素間引きした混合画素データを４チャンネルの独立出力とすることと、高画素ゆえに光学セルサイズが大きいことも相まって、従来技術に比べて動画像品質を大幅に改善することができる。
図４は上記で説明した図１の構成をより具体的レベルで展開したものである。
図４において、１００はレンズユニット、２００はＭＯＳイメージセンサ、３００はＣＤＳ・ＡＧＣ・Ａ／Ｄ処理部、４００はデジタル信号処理部、５００はタイミングジェネレータ、６００は操作部、７００は画面表示部である。レンズユニット１００は光学系Ｅ１に対応する。ＭＯＳイメージセンサ２００は、光電変換素子アレイ２１０と画素データ読み出し制御部２２０を具備している。光電変換素子アレイ２１０は光電変換素子アレイＥ２に対応し、画素データ読み出し制御部２２０は画素データ読み出し制御部Ｅ３に対応する。画素データ読み出し制御部２２０は、垂直シフト選択回路２３０、上下のノイズ除去・画素選択回路２４０ａ，２４０ｂ、上下の水平シフト選択回路２５０ａ，２５０ｂおよび４チャンネル分の出力アンプ２６１，２６２，２６３，２６４を具備している。ＣＤＳ・ＡＧＣ・Ａ／Ｄ処理部３００およびデジタル信号処理部４００が画像処理部Ｅ４に対応する。デジタル信号処理部４００は、ＣＰＵ４１０とＡＦブロック４２０を具備している。
図５はノイズ除去・画素選択回路２４０のさらに詳細な構成を示すブロック図である。図５において、２４２ａ，２４２ｂは垂直転送スイッチ回路、２４４ａ，２４４ｂは信号電圧保持回路、２４６ａ，２４６ｂは水平転送スイッチ回路、２４８ａは第１の出力アンプ２６１への信号出力ライン、２４９ａは第２の出力アンプ２６２への信号出力ライン、２４８ｂは第３の出力アンプ２６３への信号出力ライン、２４９ｂは第４の出力アンプ２６４への信号出力ラインである。
垂直シフト選択回路２３０によって走査ユニットすなわち２本の水平の走査ラインが選択されるが、１本目の走査ライン上の画素の画素データを読み出すために、下側の垂直転送スイッチ回路２４２ａ、信号電圧保持回路２４４ａ、水平転送スイッチ回路２４６ａ、水平シフト選択回路２５０ａ、信号出力ライン２４８ａ，２４９ａおよび出力アンプ２６１，２６２が構成され、２本目の走査ライン上の画素の画素データを読み出すために、上側の垂直転送スイッチ回路２４２ｂ、信号電圧保持回路２４４ｂ、水平転送スイッチ回路２４６ｂ、水平シフト選択回路２５０ｂ、信号出力ライン２４８ｂ，２４９ｂおよび出力アンプ２６３，２６４が構成されている。
図６は光電変換素子アレイ２１０の一部分を拡大した図である。１つの画素２０は、フォトダイオード１０とセルアンプ１２とカラーフィルタ１４から構成されている。フォトダイオード１０のアノードが接地され、カソードがセルアンプ１２の入力に接続され、セルアンプ１２の出力が縦方向の画素データ読み出しライン１６に接続されている。セルアンプ１２の制御端子は垂直シフト選択回路２３０からの走査ライン１８に接続されている。
フォトダイオード１０の前面にカラーフィルタ１４が配置されている。カラーフィルタ１４は、４つ１組の画素でベイヤー配列（Ｇ，Ｒ，Ｂ，Ｇ）を構成するように構成されている。水平方向に１番目のＧ（グリーン）とＲ（レッド）が並ぶとともにＢ（ブルー）と２番目のＧ（グリーン）が並び、垂直方向に１番目のＧ（グリーン）とＢ（ブルー）が並ぶとともにＲ（レッド）と２番目のＧ（グリーン）が並ぶ２行２列の４画素を１単位として、その４画素１単位が縦横マトリックス状に多数配列されている。
（全画素読み出しモード）
全画素読み出しモードの動作を図７および図８を用いて説明する。図７は１本目の走査ライン上の画素の画素データを読み出すための回路構成部分を拡大して示すものであり、図８は２本目の走査ライン上の画素の画素データを読み出すための回路構成部分を拡大して示すものである。ここでは、ノイズ除去回路２４３ａ，２４３ｂも図示されている（図５では図示省略）。図７における光電変換素子アレイ２１０の１ライン目の画素群と２ライン目の画素群については、図８でも同じものが図示されている。
１画素単位の読み出しの初期において、出力アンプ２６１，２６２，２６３，２６４の前段のリセットスイッチＲＳが一旦、閉じられて信号出力用コンデンサＣoutがリセット用電源ＥＥ２のＶＤＤレベルにリセットされる。このリセットの後、リセットスイッチＲＳは開かれる。また、ノイズ除去回路２４３ａ，２４３ｂのクランプスイッチＣＬが一旦、閉じられてすべてのクランプコンデンサＣＣがリセットされる。このリセットの後、クランプスイッチＣＬは開かれる。
垂直シフト選択回路２３０で光電変換素子アレイ２１０の第１ライン目を選択する。下側の垂直転送スイッチ回路２４２ａにおけるすべての垂直転送スイッチＶ１１，Ｖ２１，Ｖ３１，Ｖ４１…を同時に閉じる。ここで、ノイズ除去回路２４３ａ，２４３ｂのクランプスイッチＣＬが一旦、閉じられてすべてのクランプコンデンサＣＣがリセットされる。このリセットの後、クランプスイッチＣＬは開かれ、その後、第１ライン上の画素Ｐ１１，Ｐ２１，Ｐ３１，Ｐ４１…における電圧信号をそれぞれ下側の信号電圧保持回路２４４ａにおけるコンデンサＱ１１，Ｑ２１，Ｑ３１，Ｑ４１…に充電する。なお、ここでいうコンデンサＱ１１は、図９に示す３つのコンデンサｄ１１，ｄ１２，ｄ１３の全体またはいずれか１つに対応するものであり、簡略表記したものである。コンデンサＱ２１，Ｑ３１，Ｑ４１…等についても同様である。
次に、垂直シフト選択回路２３０で光電変換素子アレイ２１０の第２ライン目を選択する。上側の垂直転送スイッチ回路２４２ｂにおけるすべての垂直転送スイッチＶ１２，Ｖ２２，Ｖ３２，Ｖ４２…を同時に閉じ、第２ライン上の画素Ｐ１２，Ｐ２２，Ｐ３２，Ｐ４２…における電圧信号をそれぞれ上側の信号電圧保持回路２４４ｂにおけるコンデンサＱ１２，Ｑ２２，Ｑ３２，Ｑ４２…に充電する。なお、ここでいうコンデンサＱ１２は、図９に示す３つのコンデンサｕ１１，ｕ１２，ｕ１３の全体またはいずれか１つに対応するものであり、簡略表記したものである。コンデンサＱ２２，Ｑ３２，Ｑ４２…等についても同様である。
これで、第１ライン目と第２ライン目とが選択され、この２本の走査ライン上の全画素の画素データが上下の信号電圧保持回路２４４ａ，２４４ｂの各コンデンサに蓄積されたことになる。すなわち、２行２列の画素群の画素データの４チャンネル同時の独立並列出力の準備ができたことになる。
次いで、２ライン１組の第１走査ユニット目での２行２列の画素群からなる第１の出力単位で４チャンネルによりＧＲＢＧの４つの画素データの独立並列出力の走査に移る。
まず、上下の水平シフト選択回路２５０ａ，２５０ｂからのタイミング制御信号により、上下の水平転送スイッチ回路２４６ａ，２４６ｂにおいて、第１チャンネルの水平転送スイッチｈ１１、第２チャンネルの水平転送スイッチｈ２１、第３チャンネルの水平転送スイッチｈ１２および第４チャンネルの水平転送スイッチｈ２２を同時に閉じて、４チャンネルの出力アンプ２６１，２６２，２６３，２６４からＧＲＢＧ４つの画素データを出力する。なお、ここでいう水平転送スイッチｈ１１は、図９に示す３つの水平転送スイッチｆ１１，ｆ１２，ｆ１３の全体またはいずれか１つに対応するものであり、簡略表記したものである。水平転送スイッチｈ２１についても同様である。また、水平転送スイッチｈ１２は、図１０に示す３つの水平転送スイッチｔ１１，ｔ１２，ｔ１３の全体またはいずれか１つに対応するものであり、簡略表記したものである。水平転送スイッチｈ２２についても同様である。
すなわち、第１チャンネルの水平転送スイッチｈ１１が閉じられると、コンデンサＱ１１に保持された第１ライン目第１列目のＧ（グリーン）の画素Ｐ１１の画素データが第１チャンネルの出力用コンデンサＱoutおよび出力アンプ２６１を介して出力される。同時に、第２チャンネルの水平転送スイッチｈ２１が閉じられると、コンデンサＱ２１に保持された第１ライン目第２列目のＲ（レッド）の画素Ｐ２１の画素データが第２チャンネルの出力用コンデンサＱoutおよび出力アンプ２６２を介して出力される。同時に、第３チャンネルの水平転送スイッチｈ１２が閉じられると、コンデンサＱ１２に保持された第２ライン目第１列目のＢ（ブルー）の画素Ｐ１２の画素データが第３チャンネルの出力用コンデンサＱoutおよび出力アンプ２６３を介して出力される。同時に、第４チャンネルの水平転送スイッチｈ２２が閉じられると、コンデンサＱ２２に保持された第２ライン目第２列目のＧ（グリーン）の画素Ｐ２２の画素データが第４チャンネルの出力用コンデンサＱoutおよび出力アンプ２６４を介して出力される。これにより、図２の第１走査ユニット目における第１の出力単位のａ１のＧＲＢＧの４つの画素の画素データが４チャンネル同時に独立並列で出力されたことになる。
以下、リセットスイッチＲＳのスイッチングにより信号出力用コンデンサＣoutのリセットを行ってから次の水平画素を読み出す。このリセットは１画素分の画素データ出力ごとに行う。
次に、上下の水平シフト選択回路２５０ａ，２５０ｂからのタイミング制御信号により、上下の水平転送スイッチ回路２４６ａ，２４６ｂで同時に閉じるべき水平転送スイッチを２列分進める。すなわち、第１チャンネルの水平転送スイッチｈ３１、第２チャンネルの水平転送スイッチｈ４１、第３チャンネルの水平転送スイッチｈ３２および第４チャンネルの水平転送スイッチｈ４２を同時に閉じる。これにより、コンデンサＱ３１に保持された第１ライン目第３列目のＧ（グリーン）の画素Ｐ３１の画素データが第１チャンネルの出力アンプ２６１から出力され、同時に、コンデンサＱ４１に保持された第１ライン目第４列目のＲ（レッド）の画素Ｐ４１の画素データが第２チャンネルの出力アンプ２６２から出力され、同時に、コンデンサＱ３２に保持された第２ライン目第３列目のＢ（ブルー）の画素Ｐ３２の画素データが第３チャンネルの出力アンプ２６３かあ出力され、同時に、コンデンサＱ４２に保持された第２ライン目第４列目のＧ（グリーン）の画素Ｐ４２の画素データが第４チャンネルの出力アンプ２６４から出力される。これにより、図２の第１走査ユニット目における第１の出力単位のａ２のＧＲＢＧの４つの画素の画素データが４チャンネル同時に独立並列で出力されたことになる。
以下、水平シフト選択回路２５０ａ，２５０ｂのタイミング制御信号により、水平転送スイッチ回路２４６ａ，２４６ｂで同時に閉じるべき水平転送スイッチを順次に２列分ずつ進め、同様の動作を行わせることにより、ＧＲＢＧの４つの画素の画素データの４チャンネル同時の独立並列出力を、第１の出力単位のａ３，ａ４，ａ５，ａ６…について順次に実行し、第１走査ユニット目の全画素の画素データ読み出しを終える。
第１走査ユニット目の全画素につき４チャンネル同時のＧＲＢＧ画素データの独立並列出力が終了すると、次に第２走査ユニット目の画素データ読み出しに移行するが、その前にノイズキャンセルを行う。すなわち、すべてのクランプスイッチＣＬを閉じてクランプ用直流電源ＥＥ１を印加することにより、すべてのクランプコンデンサＣＣを所期電位にリセットする。
画素は、フォトダイオードとセルアンプ（フローティング・ディフュージョンアンプ）の組み合わせで構成されている。フォトダイオードに蓄積された電荷はセルアンプを介して電圧の形態で出力される。セルアンプのトランジスタのしきい値電圧ＶＴにばらつきがあり、それがオフセット成分となって画像品質を劣化させる（例えば、縦すじ）。これをノイズといい、このノイズをキャンセルするのがノイズ除去回路２４３ａ，２４３ｂの役割である。クランプコンデンサとしては、ＭＯＳゲート容量を利用することができる。クランプコンデンサをリセットした後は、クランプスイッチＣＬを開放し、次の走査ユニットの画素データ読み出しに移行する。
次の走査ユニットの画素データ読み出しに際しては、水平ブランキング期間内で、垂直シフト選択回路２３０において、垂直シフト後、読み出しを２回行うことを通じて、選択すべき走査ユニットを１つ進める。以降は、上記同様の動作を繰り返し、１走査ユニット分の全画素につき、４チャンネル同時のＧＲＢＧ画素データの独立並列出力を実行する。
そして、選択走査ユニットを１つ進めながら各１走査ユニット分の全画素につき、４チャンネル同時のＧＲＢＧ画素データの独立並列出力を順次に実行することを最終の走査ユニットまで繰り返すことにより、１フレーム分の全画素データを４チャンネル同時出力形式で出力する。
（９画素混合読み出しモード）
９画素混合読み出しモードの動作を図９および図１０を用いて説明する。図９は１本目の走査ライン上の画素の画素データを読み出すための回路構成部分を拡大して示すものであり、図１０は２本目の走査ライン上の画素の画素データを読み出すための回路構成部分を拡大して示すものである。図９における光電変換素子アレイ２１０の１ライン目ないし６ライン目の画素群については、図１０でも同じものが図示されている。
垂直シフト選択回路２３０で光電変換素子アレイ２１０の第１ライン目を選択する。下側の垂直転送スイッチ回路２４２ａにおけるすべての垂直転送スイッチＶ１１，Ｖ２１，Ｖ３１，Ｖ４１，Ｖ５１，Ｖ６１…を同時に閉じ、さらに下側の信号電圧保持回路２４４ａにおけるすべての１番目の伝達スイッチｅ１１，ｅ２１，ｅ３１，ｅ４１，ｅ５１，ｅ６１…を同時に閉じ、第１ライン上のＧ（グリーン）およびＲ（レッド）の画素Ｐ１１，Ｐ２１，Ｐ３１，Ｐ４１，Ｐ５１，Ｐ６１…における電圧信号をそれぞれ下側の信号電圧保持回路２４４ａにおける１番目のコンデンサｄ１１，ｄ２１，ｄ３１，ｄ４１，ｄ５１，ｄ６１…に充電する。そして、下側のノイズ除去回路２４３ａのクランプスイッチＣＬのオン→オフ動作を通じてすべてのクランプコンデンサＣＣをリセットする。
同時に、垂直シフト選択回路２３０で光電変換素子アレイ２１０の第２ライン目を選択する。上側の垂直転送スイッチ回路２４２ｂにおけるすべての垂直転送スイッチＶ１２，Ｖ２２，Ｖ３２，Ｖ４２，Ｖ５２，Ｖ６２…を同時に閉じ、さらに上側の信号電圧保持回路２４４ｂにおけるすべての１番目の伝達スイッチｒ１１，ｒ２１，ｒ３１，ｒ４１，ｒ５１，ｒ６１…を同時に閉じ、第２ライン上のＢ（ブルー）およびＧ（グリーン）の画素Ｐ１２，Ｐ２２，Ｐ３２，Ｐ４２，Ｐ５２，Ｐ６２…における電圧信号をそれぞれ上側の信号電圧保持回路２４４ｂにおける１番目のコンデンサｕ１１，ｕ２１，ｕ３１，ｕ４１，ｕ５１，ｕ６１…に充電する。そして、上側のノイズ除去回路２４３ｂのクランプスイッチＣＬのオン→オフ動作を通じてすべてのクランプコンデンサＣＣをリセットする。
次に、水平ブランキング期間内で、垂直シフト選択回路２３０において、垂直シフト後、読み出しを２回行うことを通じて、第３ライン目を選択する。下側の垂直転送スイッチ回路２４２ａにおけるすべての垂直転送スイッチＶ１１，Ｖ２１，Ｖ３１，Ｖ４１，Ｖ５１，Ｖ６１…を同時に閉じ、さらに下側の信号電圧保持回路２４４ａにおけるすべての２番目の伝達スイッチｅ１２，ｅ２２，ｅ３２，ｅ４２，ｅ５２，ｅ６２…を同時に閉じ、第３ライン上のＧ（グリーン）およびＲ（レッド）の画素Ｐ１３，Ｐ２３，Ｐ３３，Ｐ４３，Ｐ５３，Ｐ６３…における電圧信号をそれぞれ下側の信号電圧保持回路２４４ａにおける２番目のコンデンサｄ１２，ｄ２２，ｄ３２，ｄ４２，ｄ５２，ｄ６２…に充電する。そして、下側のノイズ除去回路２４３ａのクランプスイッチＣＬのオン→オフ動作を通じてすべてのクランプコンデンサＣＣをリセットする。
同時に、垂直シフト選択回路２３０で光電変換素子アレイ２１０の第４ライン目を選択する。上側の垂直転送スイッチ回路２４２ｂにおけるすべての垂直転送スイッチＶ１２，Ｖ２２，Ｖ３２，Ｖ４２，Ｖ５２，Ｖ６２…を同時に閉じ、さらに上側の信号電圧保持回路２４４ｂにおけるすべての２番目の伝達スイッチｒ１２，ｒ２２，ｒ３２，ｒ４２，ｒ５２，ｒ６２…を同時に閉じ、第４ライン上のＢ（ブルー）およびＧ（グリーン）の画素Ｐ１４，Ｐ２４，Ｐ３４，Ｐ４４，Ｐ５４，Ｐ６４…における電圧信号をそれぞれ上側の信号電圧保持回路２４４ｂにおける２番目のコンデンサｕ１２，ｕ２２，ｕ３２，ｕ４２，ｕ５２，ｕ６２…に充電する。そして、上側のノイズ除去回路２４３ｂのクランプスイッチＣＬのオン→オフ動作を通じてすべてのクランプコンデンサＣＣをリセットする。
次に、水平ブランキング期間内で、垂直シフト選択回路２３０において、垂直シフト後、読み出しを２回行うことを通じて、第５ライン目を選択する。下側の垂直転送スイッチ回路２４２ａにおけるすべての垂直転送スイッチＶ１１，Ｖ２１，Ｖ３１，Ｖ４１，Ｖ５１，Ｖ６１…を同時に閉じ、さらに下側の信号電圧保持回路２４４ａにおけるすべての３番目の伝達スイッチｅ１３，ｅ２３，ｅ３３，ｅ４３，ｅ５３，ｅ６３…を同時に閉じ、第５ライン上のＧ（グリーン）およびＲ（レッド）の画素Ｐ１５，Ｐ２５，Ｐ３５，Ｐ４５，Ｐ５５，Ｐ６５…における電圧信号をそれぞれ下側の信号電圧保持回路２４４ａにおける３番目のコンデンサｄ１３，ｄ２３，ｄ３３，ｄ４３，ｄ５３，ｄ６３…に充電する。そして、下側のノイズ除去回路２４３ａのクランプスイッチＣＬのオン→オフ動作を通じてすべてのクランプコンデンサＣＣをリセットする。
同時に、垂直シフト選択回路２３０で光電変換素子アレイ２１０の第６ライン目を選択する。上側の垂直転送スイッチ回路２４２ｂにおけるすべての垂直転送スイッチＶ１２，Ｖ２２，Ｖ３２，Ｖ４２，Ｖ５２，Ｖ６２…を同時に閉じ、さらに上側の信号電圧保持回路２４４ｂにおけるすべての３番目の伝達スイッチｒ１３，ｒ２３，ｒ３３，ｒ４３，ｒ５３，ｒ６３…を同時に閉じ、第６ライン上のＢ（ブルー）およびＧ（グリーン）の画素Ｐ１６，Ｐ２６，Ｐ３６，Ｐ４６，Ｐ５６，Ｐ６６…における電圧信号をそれぞれ上側の信号電圧保持回路２４４ｂにおける３番目のコンデンサｕ１３，ｕ２３，ｕ３３，ｕ４３，ｕ５３，ｕ６３…に充電する。そして、上側のノイズ除去回路２４３ｂのクランプスイッチＣＬのオン→オフ動作を通じてすべてのクランプコンデンサＣＣをリセットする。
以上により、第１ライン目、第３ライン目、第５ライン目で第１列目から第６列目までの画素群に着目すると、第１列目のＧ（グリーン）の３画素データがそれぞれコンデンサｄ１１，ｄ１２，ｄ１３に保持され、第２列目のＲ（レッド）の３画素データがそれぞれコンデンサｄ２１，ｄ２２，ｄ２３に保持され、第３列目のＧ（グリーン）の３画素データがそれぞれコンデンサｄ３１，ｄ３２，ｄ３３に保持され、第４列目のＲ（レッド）の３画素データがそれぞれコンデンサｄ４１，ｄ４２，ｄ４３に保持され、第５列目のＧ（グリーン）の３画素データがそれぞれコンデンサｄ５１，ｄ５２，ｄ５３に保持され、第６列目のＲ（レッド）の３画素データがそれぞれコンデンサｄ６１，ｄ６２，ｄ６３に保持されたことになる。他の列でも同様の関係になっている。
第１ライン目、第３ライン目、第５ライン目で第１列目、第３列目、第５列目の９個の画素はすべてＧ（グリーン）の画素であり、それらの画素データはコンデンサｄ１１，ｄ１２，ｄ１３，ｄ３１，ｄ３２，ｄ３３，ｄ５１，ｄ５２，ｄ５３に保持されている。そこで、これらのコンデンサに対応する９つの水平転送スイッチｆ１１，ｆ１２，ｆ１３，ｆ３１，ｆ３２，ｆ３３，ｆ５１，ｆ５２，ｆ５３を同時にスイッチングして第１チャンネルの信号出力用コンデンサＣoutに充電することにより、Ｇ（グリーン）の９画素分の画素データを混合し、その９画素混合の上で第１の出力アンプ２６１よりＧ（グリーン）の９画素混合画素データを出力する。これは、図３において、第１走査ユニット目における第２の出力単位のｂ１のＧ（グリーン）の９画素混合画素データＤ１に対応する。
一方、第１ライン目、第３ライン目、第５ライン目で第２列目、第４列目、第６列目の９個の画素はすべてＲ（レッド）の画素であり、それらの画素データはコンデンサｄ２１，ｄ２２，ｄ２３，ｄ４１，ｄ４２，ｄ４３，ｄ６１，ｄ６２，ｄ６３に保持されている。そこで、上記のＧ（グリーン）の９画素混合画素データの読み出しと同時に、これらのコンデンサに対応する９つの水平転送スイッチｆ２１，ｆ２２，ｆ２３，ｆ４１，ｆ４２，ｆ４３，ｆ６１，ｆ６２，ｆ６３を同時にスイッチングして第２チャンネルの信号出力用コンデンサＣoutに充電することにより、Ｒ（レッド）の９画素分の画素データを混合し、その９画素混合の上で第２の出力アンプ２６２よりＲ（レッド）の９画素混合画素データを出力する。これは、図３において、第１走査ユニット目における第２の出力単位のｂ１のＲ（レッド）の９画素混合画素データＤ２に対応する。
また、第２ライン目、第４ライン目、第６ライン目で第１列目、第３列目、第５列目の９個の画素はすべてＢ（ブルー）の画素であり、それらの画素データはコンデンサｕ１１，ｕ１２，ｕ１３，ｕ３１，ｕ３２，ｕ３３，ｕ５１，ｕ５２，ｕ５３に保持されている。そこで、上記のＧ（グリーン）およびＲ（レッド）の各９画素混合画素データの読み出しと同時に、これらのコンデンサに対応する９つの水平転送スイッチｔ１１，ｔ１２，ｔ１３，ｔ３１，ｔ３２，ｔ３３，ｔ５１，ｔ５２，ｔ５３を同時にスイッチングして第３チャンネルの信号出力用コンデンサＣoutに充電することにより、Ｂ（ブルー）の９画素分の画素データを混合し、その９画素混合の上で第３の出力アンプ２６３より第２の出力単位のｂ１のＢ（ブルー）の９画素混合画素データを出力する。これは、図３において、第１走査ユニット目における第２の出力単位のｂ１のＢ（ブルー）の９画素混合画素データＤ３に対応する。
一方、第２ライン目、第４ライン目、第６ライン目で第２列目、第４列目、第６列目の９個の画素はすべてＧ（グリーン）の画素であり、それらの画素データはコンデンサｕ２１，ｕ２２，ｕ２３，ｕ４１，ｕ４２，ｕ４３，ｕ６１，ｕ６２，ｕ６３に保持されている。そこで、上記のＧ（グリーン）、Ｒ（レッド）およびＢ（ブルー）の各９画素混合画素データの読み出しと同時に、これらのコンデンサに対応する９つの水平転送スイッチｔ２１，ｔ２２，ｔ２３，ｔ４１，ｔ４２，ｔ４３，ｔ６１，ｔ６２，ｔ６３を同時にスイッチングして第４チャンネルの信号出力用コンデンサＣoutに充電することにより、Ｇ（グリーン）の９画素分の画素データを混合し、その９画素混合の上で第４の出力アンプ２６４よりＧ（グリーン）の９画素混合画素データを出力する。これは、図３において、第１走査ユニット目における第２の出力単位のｂ１の第２のＧ（グリーン）の９画素混合画素データＤ４に対応する。
以上により、図３の第１走査ユニット目における第２の出力単位のｂ１のそれぞれ９画素混合されたＧＲＢＧの４つの混合画素データが４チャンネル同時に独立並列で出力されたことになる。
次に、出力対象の第２の出力単位をｂ１からｂ２に進め、上記同様の動作を繰り返すことにより、図３の第１走査ユニット目における第２の出力単位のｂ２のそれぞれ９画素混合されたＧＲＢＧの４つの混合画素データを４チャンネル同時に独立並列で出力する。
４チャンネル同時のＧＲＢＧの混合画素データの独立並列出力が１走査ユニット分完了すると、垂直シフト選択回路２３０において、選択走査ユニットを１ユニット進め、上記同様に動作を繰り返すことにより、図３で６行６列の画素群からなる第２の出力単位のｂ１１，ｂ１２において、４チャンネル同時のＧＲＢＧの混合画素データの独立並列出力を進める。
以上のように、６行６列の画素群からなる第２の出力単位において、各色、各チャンネルの出力部ごとに１色ずつの混合画素データを出力する４チャンネル同時のＧＲＢＧ混合画素データの独立並列出力の仮想４板読み出し方式を実現している。また、高画素ゆえに光学セルサイズが大きい。これらの相乗により、高画素での動きの滑らかな高精細な動画記録が可能であり、従来技術に比べて動画像品質を大幅に改善している。
そして、その効果を実現するに当たり、光電変換素子アレイからの画素データを読み出す画素データ読み出し制御部において、画素データの出力の形態にわずかな工夫を加えるだけで対応しているので、上記大幅な動画像品質の改善の効果の割に構造複雑化は抑制され、製品コスト面でも有利な展開が期待できる。
上記の実施の形態においては、ｎ＝３としたが、ｎ＝４、ｎ＝５、ｎ＝６等で実施することも可能である。ｎ＝３のときは、（２ｎ）２＝６２＝３６＝４×９であるので、６行６列の画素群を第２の出力単位とし、ＧＲＢＧの各色を９画素分ずつ画素混合している。
ｎ＝４のときは、（２ｎ）２＝８２＝６４＝４×１６であるので、８行８列の画素群を第２の出力単位とし、ＧＲＢＧの各色を１６画素分ずつ画素混合すればよい。この場合、水平方向５１２０画素×垂直方向３８４０画素の約１９７０万画素であり、８行８列を１単位とすれば、仮想４板読み出し方式ではＶＧＡになる。
また、ｎ＝５のときは、（２ｎ）２＝１０２＝１００＝４×２５であるので、１０行１０列の画素群を第２の出力単位とし、ＧＲＢＧの各色を２５画素分ずつ画素混合すればよい。この場合、水平方向６４００画素×垂直方向４８００画素の約３０７０万画素であり、１０行１０列を１単位とすれば、仮想４板読み出し方式ではＶＧＡになる。
また、ｎ＝６のときは、（２ｎ）２＝１２２＝１４４＝４×３６であるので、１２行１２列の画素群を第２の出力単位とし、ＧＲＢＧの各色を３６画素分ずつ画素混合すればよい。上記同様に仮想４板読み出し方式となる。
本発明のカラー固体撮像装置は、高画素で静止画撮影と動画記録の両機能を備えたデジタルカメラ等として有用である。
本発明の実施の形態におけるカラー固体撮像装置の基本的構成を示すブロック図 本発明の実施の形態におけるカラー固体撮像装置の全画素読み出しモードの動作説明モデル図 本発明の実施の形態におけるカラー固体撮像装置の垂直水平画素混合読み出しモードの動作説明モデル図 本発明の実施の形態におけるカラー固体撮像装置の構成をより具体的レベルで展開したブロック図 本発明の実施の形態におけるカラー固体撮像装置のノイズ除去・画素選択回路の詳細な構成を示す回路図 本発明の実施の形態におけるカラー固体撮像装置の光電変換素子アレイの一部分を拡大して示す回路図 本発明の実施の形態におけるカラー固体撮像装置について全画素読み出しモードで１本目の走査ライン上の画素の画素データを読み出すための回路構成部分を拡大して示す回路図 本発明の実施の形態におけるカラー固体撮像装置について全画素読み出しモードで２本目の走査ライン上の画素の画素データを読み出すための回路構成部分を拡大して示す回路図 本発明の実施の形態におけるカラー固体撮像装置について９画素混合読み出しモードで１本目の走査ライン上の画素の画素データを読み出すための回路構成部分を拡大して示す回路図 本発明の実施の形態におけるカラー固体撮像装置について９画素混合読み出しモードで２本目の走査ライン上の画素の画素データを読み出すための回路構成部分を拡大して示す回路図
符号の説明
Ｅ１ 光学系
Ｅ２ 光電変換素子アレイ
Ｅ３ 画素データ読み出し制御部
Ｅ４ 画像処理部
Ｏ１ 第１の出力部
Ｏ２ 第２の出力部
Ｏ３ 第３の出力部
Ｏ４ 第４の出力部
ＣＣ クランプコンデンサ
ＣＬ クランプスイッチ
Ｃout 信号出力用コンデンサ
Ｐ１１，Ｐ２１，Ｐ３１等 画素
Ｑ１１，Ｑ２１，Ｑ３１等 変形して示すコンデンサ
ＲＳ リセットスイッチ
Ｖ１１，Ｖ２１，Ｖ３１等 垂直転送スイッチ
ａ１，ａ２等 第１の出力単位
ｂ１，ｂ２等 第２の出力単位
ｄ１１，ｄ２１，ｄ３１等 コンデンサ
ｅ１１，ｅ２１，ｅ３１等 伝達スイッチ
ｆ１１，ｆ２１，ｆ３１等 水平転送スイッチ
ｈ１１，ｈ２１，ｈ３１等 変形して示す水平転送スイッチ
ｒ１１，ｒ２１，ｒ３１等 伝達スイッチ
ｔ１１，ｔ２１，ｔ３１等 水平転送スイッチ
ｕ１１，ｕ２１，ｕ３１等 コンデンサ
１０ フォトダイオード
１２ セルアンプ
１４ カラーフィルタ
１６ 画素データ読み出しライン
１８ 走査ライン
２０ 画素
１００ レンズユニット
２００ ＭＯＳイメージセンサ
２１０ 光電変換素子アレイ
２２０ 画素データ読み出し制御部
２３０ 垂直シフト選択回路
２４０ａ，２４０ｂ ノイズ除去・画素選択回路
２４２ａ，２４２ｂ 垂直転送スイッチ回路
２４３ａ，２４３ｂ ノイズキャンセル回路
２４４ａ，２４４ｂ 信号電圧保持回路
２４６ａ，２４６ｂ 水平転送スイッチ回路
２４８ａ，２４８ｂ，２４９ａ，２４９ｂ 信号出力ライン
２５０ａ，２５０ｂ 水平シフト選択回路
２６１ 第１の出力アンプ
２６２ 第２の出力アンプ
２６３ 第３の出力アンプ
２６４ 第４の出力アンプ
３００ ＣＤＳ・ＡＧＣ・Ａ／Ｄ処理部
４００ デジタル信号処理部
５００ タイミングジェネレータ
６００ 操作部
７００ 画面表示部

Claims (7)

  1. 光学系を通して入射される光学像を光電変換して電気信号に変換するようマトリックス状に形成され、２行２列の画素群を単位として４つのカラー画素データを生成する光電変換素子アレイと、
    ４チャンネルの出力部を有するとともに、４チャンネル同時出力形式の全画素読み出しモードと垂直水平画素混合読み出しモードとを有し、両モードが切り替え可能に構成された画素データ読み出し制御部とを備え、
    前記画素データ読み出し制御部の前記４チャンネル同時出力形式の全画素読み出しモードは、前記光電変換素子アレイにおける２行２列の画素群を画素データの第１の出力単位として、４チャンネルの出力部を用いて同時に、第１色画素の画素データを第１の出力部から出力し、第２色画素の画素データを第２の出力部から出力し、第３色画素の画素データを第３の出力部から出力し、第４色画素の画素データを第４の出力部から出力する出力形態を、前記第１の出力単位で走査して全画素の画素データを出力するように構成され、
    前記４チャンネル同時出力形式の垂直水平画素混合読み出しモードは、ｎを２以上の任意の自然数として２ｎ行２ｎ列の画素群を画素データの第２の出力単位として、前記第２の出力単位におけるｎ×ｎ個の同色の画素群の画素データを色別に混合し、４チャンネルの出力部を用いて同時に、第１色画素の混合画素データを第１の出力部から出力し、第２色画素の混合画素データを第２の出力部から出力し、第３色画素の混合画素データを第３の出力部から出力し、第４色画素の混合画素データを第４の出力部から出力する出力形態を、前記第２の出力単位で走査して画素数を減らして画素データを出力するように構成されていることを特徴とするカラー固体撮像装置。
  2. 前記光電変換素子アレイにおける前記４つのカラー画素データは、４つのうち２つが同色にされている請求項１に記載のカラー固体撮像装置。
  3. 前記光電変換素子アレイにおける前記４つのカラー画素データは、ベイヤー配列されたＧＲＢＧ（Ｇはグリーン、Ｒはレッド、Ｂはブルー）の画素データである請求項１に記載のカラー固体撮像装置。
  4. 前記光電変換素子アレイにおける前記４つのカラー画素データは、シアン、マゼンタ、イエローおよびグリーンの補色の画素データである請求項１に記載のカラー固体撮像装置。
  5. 前記光電変換素子アレイは、フォトダイオードとセルアンプとカラーフィルタとの組み合わせからなり、前記フォトダイオードとセルアンプはＭＯＳトランジスタで構成されている請求項１から請求項４までのいずれかに記載のカラー固体撮像装置。
  6. 前記画素データ読み出し制御部は、前記垂直水平画素混合読み出しモードにおいて、前記光電変換素子アレイにおける６行６列の画素群を出力単位とし、この出力単位で走査を行い、前記垂直水平画素混合読み出しモードにあっては９画素混合で動作するように構成されている請求項１から請求項５までのいずれかに記載のカラー固体撮像装置。
  7. 前記画素データ読み出し制御部は、前記光電変換素子アレイから画素データを読み出す２ライン分の垂直転送スイッチ回路と、前記読み出した画素データを一時的に保持する２ライン分の信号電圧保持回路と、前記各信号電圧保持回路から画素データまたは混合画素データを２つずつのチャンネルに分けて出力する２ライン分の水平転送スイッチ回路と、前記各水平シフト選択回路からの計４つの画素データまたは混合画素データを互いに独立並列に出力する４チャンネルの出力アンプと、前記各水平転送スイッチ回路を制御して前記全画素読み出しモードでの出力と前記垂直水平画素混合読み出しモードでの出力とを切り替える水平シフト選択回路とを備えて構成されている請求項１から請求項６までのいずれかに記載のカラー固体撮像装置。
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