JP2009005390A - 固体撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 本発明の固体撮像装置は、受光面上の水平垂直方向に対して斜め向きにマトリクス配列されて受光量に応じた光電出力を生成する複数の受光素子と、受光素子で生成される光電出力を『受光面上に設定された画素ブロック』の単位に加算して外部に出力する読出部とを備える。この画素ブロックは、マトリクス配列の列方向に受光素子をN(N≧2)個ずつまとめた画素ブロックである。
【選択図】 図6
Description
[従来例A]
従来、このような要求に応えるため、解像度変換の機能を備えた電子カメラが開発されている。図21は、この種の電子カメラを示すブロック図である。
[従来例B]
また従来、固体撮像装置の走査方式として、2線混合式インタレース走査がよく知られている。この2線混合式インタレース走査を応用することにより、上述した低解像度データを生成することもできる。以下、この動作について説明する(ただし、以下の説明中のnは自然数)。
(1) まず、(2n−1)行目の光電出力と(2n)行目の光電出力を加算しながら逐次読み出し、奇数フィールドを得る。
(2) 次に、(2n)行の光電出力と(2n+1)行の光電出力を加算しながら逐次読み出し、偶数フィールドを得る。
(3) 奇数フィールドと偶数フィールドを合わせて、1画面分の光電出力を得る。
(1)
本発明の固体撮像装置は、受光面上の水平垂直方向に対して斜め向きにマトリクス配列されて受光量に応じた光電出力を生成する複数の受光素子と、受光素子で生成される光電出力を『受光面上に設定された画素ブロック』の単位に加算して外部に出力する読出部とを備える。
(2)
本発明の別の固体撮像装置は、受光面上にマトリクス配列されて受光量に応じた光電出力を生成する複数の受光素子と、受光素子で生成される光電出力を『受光面上に設定された画素ブロック』の単位に加算して外部に出力する読出部とを備える。
(3)
本発明の別の固体撮像装置は、上記(2)に記載の固体撮像装置において、読出部が、『水平転送路のライン上』および『水平転送路の出力部』の少なくとも一方において、光電出力を画素ブロックの単位に加算する。
(4)
本発明の別の固体撮像装置は、上記(1)〜(3)のいずれか1項に記載の固体撮像装置において、画素ブロック単位に同一色を配したカラーフィルタアレイが、受光面に配置される。
(5)
本発明の別の固体撮像装置は、上記(4)に記載の固体撮像装置において、カラーフィルタアレイが、マトリクス配列の偶数列および奇数列の一方に、第1色が連続して配され、偶数列および奇数列の他方に、第2色および第3色が画素ブロック単位で交互に配される。
(6)
本発明の別の固体撮像装置は、上記(1)〜(5)のいずれか1項に記載の固体撮像装置において、受光面に投影される光像を『マトリクス配列の列方向と略直交する方向』にぼかす(多重像化する場合も含む)光学的ローパスフィルタを備える。
(7)
本発明の別の固体撮像装置は、上記(1)〜(6)のいずれか1項に記載の固体撮像装置において、画素ブロック単位の加算処理を行わずに、光電出力を受光素子単位に読み出す高解像度転送モードを、読出部が選択可能に有する。
《第1の実施形態》
図1は、第1の実施形態にかかる電子カメラ11の概略構成を示すブロック図である。
[発明との対応関係]
以下、各請求項の記載事項と本実施形態との対応関係について説明する。
[低解像度転送モードの動作説明]
以下、第1の実施形態における低解像度転送モードの動作説明を行う。
[低解像度転送モードの特徴について]
図4Aは、上記動作における光電出力の加算範囲を、受光面上の画素ブロック(図中の点線四角)として示した図である。この図に示されるように、画素ブロックは、マトリクス配列の列方向に受光素子31を2個ずつまとめたものである。また、偶数列と奇数列では、この画素ブロックが列方向に半位相ずれる。なお、本発明では、数値的に厳密に半位相ずれる必要はなく、実質的な範囲(例えば、解像感向上などの視覚効果が得られる範囲など)で半位相ずれていればよい。
[高解像度転送モードの動作説明]
続いて、第1の実施形態における高解像度転送モードの動作説明を行う。
[高解像度転送モードの特徴について]
図5は、高解像度転送モードにおける画素の等価的アパーチャ(光学ローパスフィルタの効果を含む)を示す図である。
一方、上述した高解像度転送モードでは、インタレース転送となる。この場合、露光時間の経過直後に機械シャッタ14を閉じることにより、2つのフィールド画像の露光完了時刻を揃えることができる。
(1) 転送電極φV1,φV4に移送電圧を同時に与え、垂直CCD33の1相目と4相目を連結した電位井戸に光電出力を移送する。
(2) 2段分だけ垂直転送する。
(3) 転送電極φV2,φV3に移送電圧を同時に与え、垂直CCD33の2相目と3相目を連結した電位井戸に光電出力を移送する。このとき、電位井戸内において、光電出力が画素ブロック単位に加算合成される。
(4) 垂直CCD33上の合成出力を順次に転送して、外部に読み出す。
《第2の実施形態》
第2の実施形態における電子カメラの特徴は、図1に示す固体撮像装置13を、図6に示す固体撮像装置50に代えた点である。なお、その他の電子カメラの構成については、第1の実施形態と同様であるため、ここでの説明を省略する。
このカラーフィルタアレイの上には、マトリクス配列の行方向に光像をぼかす(多重像を形成する場合も含む)光学的ローパスフィルタ50bが配置される。この光学的ローパスフィルタ50bは、光像をずらす間隔が、マトリクス配列の列間隔に略等しくなるように調整されている。
[発明との対応関係]
以下、各請求項の記載事項と本実施形態との対応関係について説明する。
[低解像度転送モードの動作説明]
以下、図6Bを使用して、固体撮像装置50における低解像度転送モードの動作を説明する。なお、機械シャッタ14の動作および電子シャッタ動作については、第1の実施形態と同様なので、ここでの説明を省略する。
[低解像度転送モードの特徴について]
図7Aは、上記動作における光電出力の加算範囲を、受光面上の画素ブロック(図中の点線四角)として示した図である。この図に示されるように、画素ブロックは、マトリクス配列の列方向に受光素子51を2個ずつまとめたものである。
[高解像度転送モードの動作説明]
続いて、第2の実施形態における高解像度転送モードの動作説明を行う。
[高解像度転送モードの特徴について]
図8は、高解像度転送モードにおける画素の等価的アパーチャ(光学ローパスフィルタの効果を含む)を示す図である。
《第3の実施形態》
第3の実施形態は、転送電極φV1〜φV4の配線パターンを工夫した点に特徴を有する。なお、その他の点については、第1の実施形態とほぼ同様であるため、ここでの説明を省略する。
[図15に示す配線パターン]
図15において、受光面には、マトリクス配列された受光素子131と、これら受光素子131を電気的に区切るチャネルストップ(分離領域のこと)131aと、受光素子131の列間に配置される転送チャンネル133aと、転送電極φV1〜φV4とが設けられる。
[図16に示す配線パターン]
図16においても、図15の場合と同様に、画素ブロックの半位相分だけずれた『奇数列の受光素子131』と『偶数列の受光素子131』とをつなぐように、転送電極φV1〜φV4をパターン形成する。
[図17に示す配線パターン]
図17においても、図15の場合と同様に、画素ブロックの半位相分だけずれた『奇数列の受光素子131』と『偶数列の受光素子131』とをつなぐように、転送電極φV1〜φV4をパターン形成する。
《第4の実施形態》
第4の実施形態における電子カメラの特徴は、図1に示す固体撮像装置13を、固体撮像装置213に代えた点である。なお、その他の電子カメラの構成については、第1の実施形態と同様であるため、ここでの説明を省略する。
[低解像度転送モードの動作説明]
以下、第4の実施形態における低解像度転送モードの動作を、図1および図18を用いて説明する。
[高解像度転送モードの動作説明]
次に、第4の実施形態における高解像度転送モードの動作を、図1および図18を用いて説明する。
《実施形態の補足事項》
なお、上述した実施形態では、受光素子2個から画素ブロックを構成する場合について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。一般に、受光素子N(N≧2)個から画素ブロックを構成することができる。その場合は、Nの数に合わせて転送電極の相数を変更すればよい。
(1) 制御回路75は、全画素の光電出力を垂直CCD73に移送する。
(2) 制御回路75は、垂直CCD73の光電出力(G11,B12など)を水平CCD76に転送する。
(3) 制御回路75は、水平CCD76上の電位井戸を2段転送する。
(4) 制御回路75は、垂直CCD73を2段送って、光電出力(G21,B22など)を水平CCD76に送る。このとき、水平CCD76の電位井戸内では、(G11+G21),(B12+B21)などの合成出力が生成される。
(5) 合成の後、水平CCD76上の合成出力を高速に水平転送して、外部に読み出す。
(6) 上述した(2)〜(4)の動作を繰り返し、1画面分の合成出力を外部に読み出す。
《付記》
以下、上述した実施形態について、より一般的な表現で説明する。
[1]上述の実施形態では、受光素子N個からなる画素ブロック単位に、光電出力を加算して読み出す低解像度モードについて説明した。この低解像度モードでは、固体撮像装置の内部において、光電出力の転送個数を1/Nまで低解像度化することができる。その結果、光電出力の転送個数が減少し、固体撮像装置の転送読み出しの所要時間を短縮することが容易になる。
[2]上述の実施形態では、奇数列と偶数列で、受光素子から光電出力を互い違いの方向に読み出す構成について説明した。このような構成により、画素ブロックの半位相ずれを垂直転送路上で同一位相に揃えることができる。その結果、光電出力を垂直方向および水平方向に転送する際に、画素ブロックの位相ずれを考慮する必要がなくなり、光電出力の転送シーケンスを単純化することが容易になる。
[3]上述の実施形態では、垂直転送路の垂直転送段数を偶数列と奇数列でずらすことにより、画素ブロックの半位相ずれを水平転送路上で同一位相に揃える構成について説明した。このような構成により、光電出力を水平方向に転送する際に、画素ブロックの位相ずれを考慮する必要がなくなり、光電出力の転送シーケンスを単純化することが容易になる。
[4]上述の実施形態では、偶数列と奇数列で転送電極の配線パターンをずらして、画素ブロックの半位相ずれを垂直転送路上で同一位相に揃える構成について説明した。このような構成により、光電出力を垂直方向および水平方向に転送する際に、画素ブロックの位相ずれを考慮する必要がなくなり、光電出力の転送シーケンスを単純化することが容易になる。
[5]さらに、上述の実施形態では、画素ブロックの半位相分だけずれた『奇数列の受光素子』と『偶数列の受光素子』とを架け渡すように、転送電極の少なくとも一つをパターン形成する場合について説明した。
[6]上述の実施形態では、垂直転送路および水平転送路の少なくとも一方において、転送中の光電出力を画素ブロックの単位に加算する処理について説明した。このような加算処理では、加算のための回路構成を外部に別途設ける必要がなく、電子カメラ等の構成を単純化することが容易になる。
[7]上述の実施形態では、画素ブロックのずらし方向(すなわち列方向)を、垂直転送路の転送方向と略直交する方向に設定する場合について説明した。このような設定では、画素ブロックが垂直転送路の方向に殆どずれない。そのため、画素ブロックの位相ずれを垂直転送路上で同位相に揃えるなどの工夫が不要となり、垂直転送に関する構成や動作を単純化することが容易になる。
[8]上述の実施形態では、斜め方向に並ぶ受光素子からなる画素ブロック単位に、光電出力を加算して読み出す場合について説明した。このような斜め向きの画素ブロックでは、受光面上の水平方向および垂直方向に位相を揃えることが容易になる。この場合、水平垂直に画素が整列した低解像度データを容易に得ることが可能になる。
[9]上述の実施形態では、画素ブロックごとにカラーフィルタを同一色に揃える場合について説明した。このようなカラー配列では、画素ブロック単位に各色信号を直に生成することが可能になる。
[10]上述の実施形態では、マトリクス配列の偶数列(奇数列)に第1色を連続して配し、奇数列(偶数列)に第2色および第3色を画素ブロック単位で交互に配する場合について説明した。
[11]上述の実施形態では、受光面に投影される光像を、マトリクス配列の列方向と略直交する方向にぼかす光学的ローパスフィルタを備える構成について説明した。本実施形態の画素ブロックは、マトリクス配列の列方向に延びた形状を有する。したがって、光学的ローパスフィルタが列方向と略直交する方向に光像をぼかすことにより、画素ブロックの等価的なアパーチャ形状を正方形状に近づけることができる。その結果、異方性の少ない低解像度データを得ることが可能になる。
[12]上述した実施形態では、高解像度転送モードをモード選択可能に有する場合について説明した。このような高解像度転送モードを選択することにより、低解像度データおよび高解像度データを選択的に得ることが可能になり、固体撮像装置の適用範囲を拡大することが可能になる。
12 撮影レンズ
13 固体撮像装置
13a カラーフィルタアレイ
13b 光学的ローパスフィルタ
14 機械シャッタ
15 A/D変換部
16 信号処理部
17 バッファメモリ
18 バス
19 画像処理部
20 記録部
22 マイクロプロセッサ
31 受光素子
32 移送ゲート
33 垂直CCD
35 制御回路
36 水平CCD
50 固体撮像装置
50a カラーフィルタアレイ
50b 光学的ローパスフィルタ
51 受光素子
53 垂直CCD
54 分離領域
55 制御回路
56 水平CCD
93 固体撮像装置
94 A/D変換部
96 バッファメモリ
97 画像処理部
99 記録部
131 受光素子
131a チャネルストップ(分離領域)
133a 転送チャンネル
213 固体撮像装置
232 移送ゲート
Claims (7)
- 受光面上の水平垂直方向に対して斜め向きにマトリクス配列され、受光量に応じた光電出力を生成する複数の受光素子と、
前記受光素子で生成される前記光電出力を、前記受光面上に設定された画素ブロックの単位に加算して、外部に出力する読出部とを備え、
前記画素ブロックは、前記マトリクス配列の列方向に前記受光素子をN(N≧2)個ずつまとめた画素ブロックである
ことを特徴とする固体撮像装置。 - 受光面上にマトリクス配列され、受光量に応じた光電出力を生成する複数の受光素子と、
前記受光素子で生成される前記光電出力を、前記受光面上に設定された画素ブロックの単位に加算して、外部に出力する読出部とを備え、
前記画素ブロックは、前記マトリクス配列の列方向に前記受光素子をN(N≧2)個ずつまとめた画素ブロックであり、かつ、前記マトリクス配列の偶数列と奇数列では前記画素ブロックが前記列方向に半位相ずれており、
前記読出部は、前記受光素子で生成される前記光電出力を垂直転送する垂直転送路と、前記垂直転送路から転送出力される前記光電出力を水平転送する水平転送路とを有し、
前記画素ブロックのずらし方向(すなわち前記列方向)は、前記垂直転送路の転送方向と略直交する方向であり、
前記読出部が前記奇数列の前記画素ブロックについて前記加算のタイミングを半位相ずらすことにより、前記画素ブロックの半位相ずれを前記水平転送路で同一位相に揃える
ことを特徴とする固体撮像装置。 - 請求項2に記載の固体撮像装置において、
前記読出部は、
『前記水平転送路のライン上』および『前記水平転送路の出力部』の少なくとも一方において、前記光電出力を前記画素ブロックの単位に加算する
ことを特徴とする固体撮像装置。 - 請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の固体撮像装置において、
前記画素ブロック単位に同一色を配したカラーフィルタアレイを、前記受光面に配置した
ことを特徴とする固体撮像装置。 - 請求項4に記載の固体撮像装置において、
前記カラーフィルタアレイは、
前記マトリクス配列の偶数列および奇数列の一方に、第1色が連続して配され、
前記偶数列および前記奇数列の他方に、第2色および第3色が前記画素ブロック単位で交互に配される
ことを特徴とする固体撮像装置。 - 請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の固体撮像装置において、
前記受光面に投影される光像を、前記マトリクス配列の前記列方向と略直交する方向にぼかす光学的ローパスフィルタを備えた
ことを特徴とする固体撮像装置。 - 請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の固体撮像装置において、
前記読出部は、前記光電出力を前記受光素子単位に読み出す高解像度転送モードを選択可能に有する
ことを特徴とする固体撮像装置。
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