JP3698604B2 - 撮像素子及び撮像装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device ：電荷結合素子）などの撮像素子において、特に多画素の光電変換素子と色フィルタとを有する撮像素子と、撮像素子の出力信号を規定の駆動方式に変換する手段を設けた撮像装置とに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、高解像度の撮像装置等に用いられ、好適な高画素数の撮像素子を有するものとしては、インターライン型のＣＣＤイメージセンサがある。このＣＣＤイメージセンサは、光電変換素子（以下では、ＰＤ又は画素ともいう）が行列状に配列され、入射した撮像光を信号電荷に変換する光電変換部と、この光電変換部に蓄えられた信号電荷を夫々読み出して垂直方向に転送する垂直転送部（ＶＣＣＤ）と、このＶＣＣＤから垂直転送されてきた信号電荷を水平方向に転送する水平転送部（ＨＣＣＤ）と、水平転送された信号電荷を撮像信号として出力する出力部とを有している。
【０００３】
このインターライン型のＣＣＤイメージセンサでは、各画素で光電変換された信号電荷がＶＣＣＤに転送され、４相駆動型の場合は駆動パルスφＶ１，φＶ２，φＶ３，φＶ４により順次ＨＣＣＤに転送される。続いて、ＨＣＣＤにおいて、２相駆動型の場合は駆動パルスφＨ１及びφＨ２により、ＶＣＣＤから転送されてきた水平１列分の信号電荷が順次出力部に転送される。出力部においては、信号電荷が電圧信号に変換され、出力端子から撮像信号が出力される。
【０００４】
ここで、撮像素子による１回の撮影動作で出力可能な画素数より、垂直方向において画素数の少ない画像表示部があるとする。このような画像表示部を用いた撮像装置として、特開平１０−１９１３６４号公報（以下、従来例という）に記載されているものが知られている。
【０００５】
以下、このような従来例の撮像素子と撮像装置とについて説明する。従来例の撮像装置における第１の方法では、撮像素子が１回の撮影動作で出力可能な画素数より、垂直方向の画素数の少ない画像表示部を用いた場合でも、所定行の画素からの信号電荷を間引いて撮像信号を読み出すことができる。しかも間引かれて出力された撮像信号からもカラーの撮像信号に変換することができる。
【０００６】
第１の方法における信号処理の概要は、隣接する垂直方向４画素において、撮像素子の駆動制御により、隣接する２画素の電荷を撮像素子上で加算し、残りの隣接する２画素の電荷をＶＣＣＤ上に転送することなく排出する。こうして撮像素子からの垂直読み出しライン数を垂直画素数の１／４にすることを特徴にしている。
【０００７】
また、従来例の撮像装置の第２の方法における信号処理は、撮像素子が１回の撮影動作で出力可能な画素数より垂直方向の画素数の少ない画像表示部を用いた場合でも、撮像素子から所定行の画素の信号電荷を加算して読み出すことができる。しかも撮像素子から出力された加算撮像信号からもカラーの撮像信号に変換することができる。この方法によれば、暗時撮影においても良好な画像を表示できる。
【０００８】
第２の方法における信号処理の概要は、撮像素子の駆動制御により、斜めを含む垂直方向４画素を加算することにより、撮像素子からの垂直読み出しライン数を垂直画素数の１／４にするものである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記のような従来の撮像装置においては、以下のような問題点がある。即ち第１の方法では、使用しない２画素分の電荷を排出するため、感度が１／２に低下する。即ち光の有効利用率が１／２になるという問題点がある。また第２の方法では、動画像としてテレビジョンモニタ等に出画するとき、必要なフィールド信号間のインタレースの空間位置を得ることができないという問題点がある。
【００１０】
本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、本願の請求項１，２，３，７，８，９，１０の発明は、感度の低下を抑圧するため、光の有効利用率を向上しつつ、撮像素子からの垂直読み出しライン数を垂直画素数の１／３にすることが可能な撮像素子を提供することを目的とする。また本願の請求項４，５，６，１１，１２の発明は、撮像素子からの垂直読み出しライン数を所定値に削減すると共に、フィールド信号間の空間位置をインタレースの位置関係にできる撮像装置を提供することを目的とする。また本願の請求項１３〜１５の発明は、これに加えて撮像素子からの垂直読み出しライン数を所定値に削減すると共に、ＮＴＳＣやＰＡＬ等の駆動方式に対応した撮像信号に変換できる撮像装置を提供することを更なる目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本願の請求項１の発明は、第１〜第４の色フィルタが夫々の光電変換素子に対応して水平及び垂直方向に配列された色フィルタアレイと、前記複数の光電変換素子が水平及び垂直方向に配列され、前記色フィルタアレイを介して被写体を撮像して光電変換する光電変換部と、前記光電変換部で発生した信号電荷を読み出して垂直方向に転送する複数の垂直転送部と、前記垂直転送部に転送された信号電荷を順次に読み出し、ライン毎に水平転送する水平転送部と、を有する撮像素子であって、前記色フィルタアレイは、第１の色フィルタと第２の色フィルタが交互に水平方向に配列された第１の色フィルタ群と、第３の色フィルタと第４の色フィルタが交互に水平方向に配列された第２の色フィルタ群と、第２の色フィルタと第１の色フィルタが交互に水平方向に配列された第３の色フィルタ群と、第１の色フィルタと第２の色フィルタが交互に水平方向に配列された第４の色フィルタ群と、第４の色フィルタと第３の色フィルタが交互に水平方向に配列された第５の色フィルタ群と、第２の色フィルタと第１の色フィルタが交互に水平方向に配列された第６の色フィルタ群と、がこの順序で配列されたものであり、前記第１〜第６の色フィルタ群を１単位として複数単位の前記色フィルタ群が垂直方向に配列されたことを特徴とするものである。
【００１２】
本願の請求項２の発明は、請求項１の撮像素子において、第１〜第４の色フィルタは、夫々シアン、黄色、マゼンダ、緑色の成分を透過させることを特徴とするものである。
【００１３】
本願の請求項３の発明は、請求項１の撮像素子において、第１〜第４の色フィルタは、夫々シアン、黄色、ホワイト、緑色の成分を透過させることを特徴とするものである。
【００１４】
本願の請求項４の発明は、請求項１に記載の撮像素子と、前記撮像素子の出力信号から輝度信号と色信号を生成する映像信号処理手段と、を有する撮像装置であって、前記映像信号処理手段は、前記第２と第３の色フィルタ群を構成する色フィルタに対応する撮像素子の出力信号から第１の色信号を生成し、前記第５と第６の色フィルタ群を構成する色フィルタに対応する撮像素子の出力信号から前記第１の色信号と異なる色成分の第２の色信号を生成する第１のパターンと、前記第１と第２の色フィルタ群を構成する色フィルタに対応する撮像素子の出力信号から前記第２の色信号を生成し、前記第４と第５の色フィルタ群を構成する色フィルタに対応する撮像素子の出力信号から前記第１の色信号を作成する第２のパターンとの信号処理を行うことを特徴とするものである。
【００１５】
本願の請求項５の発明は、請求項４の撮像装置において、前記第１及び第２のパターンにおいてＲ，Ｇ，Ｂを赤色、緑色、青色とするとき、前記第１の色信号は２Ｒ−Ｇに相当する色信号、前記第２の色信号は２Ｂ−Ｇに相当する色信号であることを特徴とするものである。
【００１６】
本願の請求項６の発明は、請求項４の撮像装置において、前記第１及び第２のパターンにおいてＲ，Ｇ，Ｂを赤色、緑色、青色とするとき、前記第１の色信号は２Ｒに相当する色信号、前記第２の色信号は２Ｂに相当する色信号であることを特徴とするものである。
【００１７】
本願の請求項７の発明は、第１〜第４の色フィルタが夫々の光電変換素子に対応して水平及び垂直方向に配列された色フィルタアレイと、前記複数の光電変換素子が水平及び垂直方向に配列され、前記色フィルタアレイを介して被写体を撮像して光電変換する光電変換部と、前記光電変換部で発生した信号電荷を読み出して垂直方向に転送する複数の垂直転送部と、前記垂直転送部の終端部に接続され、前記垂直転送部から垂直転送された信号電荷を順次に取り込み、ライン毎に信号電荷を水平転送する水平転送部と、前記水平転送部から転送された信号電荷を撮像信号に変換して出力する出力部と、を有する撮像素子であって、前記色フィルタアレイは、水平方向の６列で１単位とする色フィルタ群が、垂直方向に複数単位配列されて構成されたものであり、前記出力部は、前記光電変換部において連続する垂直方向３列のうち、隣接２列の信号電荷を加算した信号を各ラインの撮像信号として出力することを特徴とするものである。
【００１８】
本願の請求項８の発明は、請求項７の撮像素子において、前記垂直転送部から前記水平転送部への電荷転送を制御し、連続する垂直３列中の隣接２列の信号電荷を加算する電荷転送制御手段を設けたことを特徴とするものである。
【００１９】
本願の請求項９の発明は、請求項７の撮像素子において、前記光電変換部から前記垂直転送部への信号電荷読み出しを、隣接２列の信号電荷の組合せを変えることにより制御し、連続する垂直３列中の隣接２列の信号電荷を加算する電荷転送制御手段を設けたことを特徴とするものである。
【００２０】
本願の請求項１０の発明は、請求項８又は９の撮像素子において、前記電荷転送制御手段は、異なるフィールドにおいて信号電荷を加算する２列の組み合わせを変化させることを特徴とするものである。
【００２１】
本願の請求項１１の発明は、請求項７に記載の撮像素子を用いた撮像装置であって、
前記撮像素子の出力信号に対して異なるフィールドにおける空間位相を異なる方向に変化させる空間位相変化手段を具備することを特徴とするものである。
【００２３】
本願の請求項１２の発明は、請求項１１の撮像装置において、前記空間位相変化手段は、異なるフィールドにおける前記撮像素子の出力信号の空間位相を、インタレースの位置関係にすることを特徴とするものである。
【００２４】
本願の請求項１３の発明は、請求項１１の撮像装置において、前記撮像素子の出力信号に対して異なるフィールドにおける空間位相を異なる方向に変化させる空間位相変化手段と、前記撮像素子の光電変換部に対して信号電荷の読み出しパルスを与え、前記垂直転送部及び水平転送部に対して転送パルスを与える撮像素子駆動手段と、前記撮像素子駆動手段と空間位相変化手段に対して各放送規格に対応した駆動方式を設定する駆動方式設定手段と、を具備することを特徴とするものである。
【００２６】
本願の請求項１４の発明は、請求項１３の撮像装置において、前記駆動方式設定手段は、ＮＴＳＣ方式又はＰＡＬ方式の設定と、不要ラインの掃き出しの設定とを行うことを特徴とするものである。
【００２７】
本願の請求項１５の発明は、請求項１３の撮像装置において、前記撮像素子は、有効画素数が水平１２８０画素、垂直９６０画素であり、前記駆動方式設定手段は設定によりＮＴＳＣ方式又はＰＡＬ方式の撮像信号を出力することを特徴とするものである。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による撮像素子と撮像装置の各実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１による撮像装置の全体構成を示すブロック図である。この撮像装置は、レンズ１０１、絞り１０２、撮像素子１０３、撮像素子駆動回路１０４、撮像素子駆動制御回路１０５、アナログ処理回路１０６、アナログ・デジタル変換回路（Ａ／Ｄ回路）１０７、カメラ部映像信号処理回路１０８、全体制御回路１０９を含んで構成される。
【００２９】
図２は、本実施の形態の撮像装置に用いられる撮像素子１０３の内部構成と、一般的な読み出し動作手順を示す説明図である。図２において撮像素子１０３は、ＩＴ型又はＰＳ型の固体撮像素子（ＣＣＤ）とし、水平転送部（ＨＣＣＤ）２０１、電荷検出部２０２、光電変換部２０３、垂直転送部（ＶＣＣＤ）２０４を有している。この撮像素子１０３上には全画素反転配列のカラーフィルタが形成されていて、Ｙｅはイエロー、Ｍｇはマゼンタ、Ｃｙはシアン、Ｇはグリーンの各色を表し、１つの光電変換素子に対して１色のカラーフィルタ（以下、色フィルタという）が設けられている。
【００３０】
図３及び図４は、撮像素子１０３の色フィルタの配列方法を示す説明図である。色フィルタは６列毎の繰り返し周期を有し、図中の１単位は第１の色フィルタ群〜第６の色フィルタ群で構成される。これらの色フィルタ群は次のような色フィルタ配列の構成となっている。図３では第１の色フィルタをＣｙとし、第２の色フィルタをＹｅとし、第３の色フィルタをＭｇとし、第４の色フィルタをＧとする。また図４では第１の色フィルタをＣｙとし、第２の色フィルタをＹｅとし、第３の色フィルタをＷ（ホワイト）とし、第４の色フィルタをＧとする。
【００３１】
第１の色フィルタ群は、第１の色フィルタと第２の色フィルタが交互に配列されて構成される。第２の色フィルタ群は、第３の色フィルタと第４の色フィルタが交互に配列されて構成される。第３の色フィルタ群は、第２の色フィルタと第１の色フィルタが交互に配列されて構成される。第４の色フィルタ群は、第１の色フィルタ群と同一に構成される。第５の色フィルタ群は、第４の色フィルタと第３の色フィルタが交互に配列されて構成される。第６の色フィルタ群は、第３の色フィルタ群と同一に構成される。
【００３２】
また、図３と図４とでは、色フィルタの種類と配列が異なる。図３に示す配列では、図２と同じ色フィルタの配列を有し、Ｙｅ、Ｍｇ、Ｃｙ、Ｇの組み合わせで構成される。図４に示す配列では、Ｙｅ、Ｗ、Ｃｙ、Ｇの組み合わせで構成される。
【００３３】
このように、横方向の画素配置を列と呼ぶと、６列の繰り返し周期を有する色フィルタ配列により、連続する３列毎から撮像信号の１行分を生成することができる。この場合、撮像素子の１／３のライン数を有する画素信号となるので、撮像素子の駆動周波数を全ライン読み出し駆動方法に比べて１／３の周波数に低減することができる。
【００３４】
次に、これらの色フィルタの配列において、撮像素子の駆動制御及び信号処理により撮像信号を生成する方法を図５及び図６に示す。上記の駆動制御は図１の撮像素子駆動制御回路１０５によって行われ、上記の信号処理は映像信号処理手段である図１のカメラ部映像信号処理回路１０８によって行われるものとする。図５は図３と同じ色フィルタ配列の場合の信号処理方法を示し、図６は図４と同じ色フィルタ配列の場合の信号処理方法を示している。図５及び図６において、撮像素子の駆動制御方法及び信号処理方法をパターン１とパターン２の２種類に分類している。
【００３５】
まず、図５のパターン１では、図３に示した第２の色フィルタ群と第３の色フィルタ群、及び第５の色フィルタ群と第６の色フィルタ群を用いて、隣接する水平２画素の信号を加算することで、輝度信号（Ｍｇ＋Ｙｅ＋Ｇ＋Ｃｙ＝Ｙ）を生成している。また隣接する水平２画素の信号を減算することで、ライン順次の色差信号（Ｍｇ＋Ｙｅ−Ｇ−Ｃｙ＝２Ｒ−Ｇ）と（Ｍｇ＋Ｃｙ−Ｇ−Ｙｅ＝２Ｂ−Ｇ）とを生成している。ここで２Ｒ−Ｇを第１の色信号と呼び、２Ｂ−Ｇを第２の色信号と呼ぶ。
【００３６】
同様にパターン２では、図３に示した第１の色フィルタ群と第２の色フィルタ群、及び第４の色フィルタ群と第５の色フィルタ群を用いて、隣接する水平２画素の信号を加算することで、輝度信号（Ｍｇ＋Ｙｅ＋Ｇ＋Ｃｙ＝Ｙ）を生成している。また隣接する水平２画素の信号を減算することで、第１の色信号であるライン順次の色差信号（Ｍｇ＋Ｙｅ−Ｇ−Ｃｙ＝２Ｒ−Ｇ）と、第２の色信号であるライン順次の色差信号（Ｍｇ＋Ｃｙ−Ｇ−Ｙｅ＝２Ｂ−Ｇ）とを生成している。
【００３７】
次に、図６のパターン１では、図４に示した第２の色フィルタ群と第３の色フィルタ群、及び第５の色フィルタ群と第６の色フィルタ群を用いて、隣接する水平２画素の信号を加算することで、輝度信号（Ｗ＋Ｙｅ＋Ｇ＋Ｃｙ＝Ｙ）を生成している。また隣接する水平２画素の信号を減算することで、ライン順次の色信号（Ｗ＋Ｙｅ−Ｇ−Ｃｙ＝２Ｒ）と（Ｗ＋Ｃｙ−Ｇ−Ｙｅ＝２Ｂ）を生成している。ここで２Ｒを第１の色信号と呼び、２Ｂを第２の色信号と呼ぶ。
【００３８】
同様にパターン２では、図４に示した第１の色フィルタ群と第２の色フィルタ群、及び第４の色フィルタ群と第５の色フィルタ群を用いて、隣接する水平２画素の信号を加算することで、輝度信号（Ｗ＋Ｙｅ＋Ｇ＋Ｃｙ＝Ｙ）を生成している。また隣接する水平２画素の信号を減算することで、第１の色信号であるライン順次の色信号（Ｗ＋Ｙｅ−Ｇ−Ｃｙ＝２Ｒ）と、第２の色信号であるライン順次の色信号（Ｗ＋Ｃｙ−Ｇ−Ｙｅ＝２Ｂ）を生成している。
【００３９】
このように、６列の繰り返し周期を有する色フィルタ配列により、連続する３列毎から撮像信号１行分を生成することができ、この撮像信号は２つの色信号を交互に生成するのに適した信号となっている。
【００４０】
なお、以下の実施の形態における色フィルタ配列は、図５に示した色フィルタ配列であるとして説明する。
【００４１】
（実施の形態２）
次に本発明の実施の形態２における撮像素子及び撮像装置について説明する。図７は、本実施の形態による撮像素子の構成図である。また図８及び図９は同撮像素子の画素読み出し動作手順を示す説明図である。以下図１、図７〜図９を用いて説明する。
【００４２】
図７に示す撮像素子はＩＴ型又はＰＳ型のＣＣＤ固体撮像素子であり、水平転送部（ＨＣＣＤ）２０１、電荷検出部２０２、光電変換部２０３、垂直転送部（ＶＣＣＤ）２０４、水平ドレイン２０５を有している。水平ドレイン２０５は垂直転送部２０４からの信号電荷を水平転送部２０１に転送したり、基板側に排出するものである。またこの撮像素子上には、全画素反転配列の色フィルタが形成されている。図中のＹｅはイエロー、Ｍｇはマゼンタ、Ｃｙはシアン、Ｇはグリーンの各色を表し、１光電変換素子に１色の色フィルタが対応している。
【００４３】
このように構成された本実施の形態による撮像装置の動作を説明する。図１のレンズ１０１及び絞り１０２を通過した被写体の撮像光は、撮像素子１０３によって光電変換される。このとき絞り１０２により適正露光となり、撮像素子１０３では、撮像素子駆動回路１０４の駆動信号によって、図７に示すように光電変換部２０３の信号電荷が垂直転送部２０４に移送される。その後垂直転送部２０４で垂直転送され、水平ドレイン２０５にて基板側に排出されなかった信号電荷は、水平転送部２０１を経て出力部である電荷検出部２０２から撮像信号が出力される。
【００４４】
その後撮像素子１０３から出力された撮像信号は、図１のアナログ処理回路１０６に入力されて、ノイズ除去やゲイン調整等が施される。アナログ処理回路１０５の出力信号はＡ／Ｄ回路１０７にてデジタル信号に変換され、カメラ部映像信号処理回路１０８に入力される。カメラ部映像信号処理回路１０８では、各色フィルタに対応した撮像信号（画素信号）から輝度信号及び色信号を生成する。また、全体制御回路１０９は撮像素子駆動制御回路１０５及びカメラ部映像信号処理回路１０８を制御することによって、同一フィールドでの制御等のタイミング調整を行う。
【００４５】
次に、撮像素子１０３において、垂直方向の画素数が画像表示部（図示せず）より多い場合の撮像素子の駆動方法を以下に説明する。図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、及び図９（ｄ）、（ｅ）は撮像素子１０３の駆動方法を示す説明図であり、光電変換部２０３に蓄積された信号電荷の流れを示している。なお図８（ａ）には図７と同一のブロックには同じ番号を記し、図８（ｂ）、（ｃ）、及び図９（ｄ）、（ｅ）では、各ブロックに対する番号を省略している。また、ここでは撮像素子の１画素に対して２段の垂直転送部が対応しているものとする。
【００４６】
まず図８（ａ）に示すように、光電変換部２０３に蓄積された各色フィルタに対応する信号電荷（図中のCy1,Ye1,Mg2,G2,・・ ）は垂直転送部２０４に移送される。次に図８（ｂ）に示すように、垂直方向に１画素分、即ち垂直転送段数としては２段転送され、色フィルタ（Cy1,Ye1 ）に対応する信号電荷が水平ドレイン２０５で排出される。さらに図８（ｃ）に示すように、垂直方向に２画素分、即ち計垂直方向に４段転送され、色フィルタ（Mg2,Ye3,G2,Cy3）に対応する信号電荷は水平ドレイン２０５を通過し、ＨＣＣＤ２０１に移動して垂直方向の２画素が混合される。その後混合された信号電荷はＨＣＣＤ２０１内を転送され、図７の電荷検出部２０２を経て撮像信号として出力される。
【００４７】
以下同様に図９（ｄ）に示すように、垂直方向に１画素分、即ち計垂直方向に２段転送され、色フィルタ（Cy4,Ye4 ）に対応する信号電荷は水平ドレイン２０５で排出される。そして図９（ｅ）に示すように、色フィルタ（G5,Ye6,Mg5,Cy6）に対応する信号電荷が水平ドレイン２０５を通過し、ＨＣＣＤ２０１に移動して垂直方向の２画素が混合される。その後ＨＣＣＤ２０１内を水平転送され、図７の電荷検出部２０２を経て撮像信号として出力される。
【００４８】
このような撮像素子１０３の駆動制御により、光電変換部２０３に蓄積された信号電荷は垂直方向に２画素混合と１画素排出（間引き) 処理とが繰り返される。このため、撮像素子１０３から出力される撮像信号のライン数が光電変換部の素子ライン数の１／３に変換される。ここで図７の垂直転送部２０４、水平ドレイン２０５、水平転送部２０１、及び図１の撮像素子駆動制御回路１０５は、垂直転送部２０４から水平転送部２０１への電荷転送を制御し、連続する垂直３列中の隣接２列の信号電荷を加算する電荷転送制御手段の機能を構成している。
【００４９】
また、図８及び図９のように排出される垂直１画素の色フィルタ（Cy1,Ye1 及びCy4,Ye4 ）と、ＨＣＣＤで電荷混合されて出力される垂直２画素の色フィルタ（Ye3,Mg2,Cy3,G2及びYe6,G5,Cy6,Mg5）との組み合わせは、図５に示したパターン１に対応する。ここで電荷混合され出力される垂直２画素の色フィルタを（Mg2,Cy1,G2,Ye1及びG5,Cy4,Mg5,Ye4）とし、排出される垂直１画素の色フィルタを（Ye3,Cy3 及びYe6,Cy6 ）とすると、この組み合わせは図５に示したパターン２に対応する。
【００５０】
次に、このような駆動方法により撮像素子１０３から得られる信号成分について説明する。図５、図８及び図９に示すように、パターン１に対応する駆動方法で出力される撮像信号は、隣接する水平２画素の信号を加算することで輝度信号（Ｍｇ＋Ｙｅ＋Ｇ＋Ｃｙ＝Ｙ）となり、また隣接する水平２画素の信号を減算することで（Ｍｇ＋Ｙｅ−Ｇ−Ｃｙ＝２Ｒ−Ｇ）と（Ｍｇ＋Ｃｙ−Ｇ−Ｙｅ＝２Ｂ−Ｇ）のライン順次の色差信号となる。同様にパターン２の駆動方法で出力される撮像信号は、隣接する水平２画素の信号を加算することで輝度信号（Ｍｇ＋Ｙｅ＋Ｇ＋Ｃｙ＝Ｙ）となり、また隣接する水平２画素の信号を減算することで（Ｍｇ＋Ｙｅ−Ｇ−Ｃｙ＝２Ｒ−Ｇ）と（Ｍｇ＋Ｃｙ−Ｇ−Ｙｅ＝２Ｂ−Ｇ）のライン順次の色差信号となる。
【００５１】
以上のように、撮像素子１０３に特定の信号電荷を基板側に排出する水平ドレイン２０５を設け、垂直方向に２画素電荷混合と１画素電荷排出とを繰り返すことにより、撮像素子のライン数を１／３に変換した撮像信号を生成することができる。このため、多画素の撮像素子から低い周波数での読み出しが可能になる。またこのとき出力される撮像信号からは、所定規格の輝度信号及び線順次の色差信号を生成でき、２画素電荷混合と１画素電荷排出との組み合わせを変えることによって、異なる空間位相の撮像信号を得ることができる。更にこの場合、撮像素子の光電変換部と垂直転送部との電荷の移送制御は、通常の撮像素子と同様で良く、特別な移送制御を行うための撮像素子の構成や、駆動制御回路を必要としない。
【００５２】
なお、上記の実施の形態２においては、垂直転送部においては信号電荷を垂直方向に混合しない転送方法を説明したが、垂直転送部において電荷を垂直方向に混合して転送する場合でも、同様の効果を得ることができる。
【００５３】
（実施の形態３）
次に本発明の実施の形態３における撮像素子及び撮像装置について説明する。図１０及び図１１は本実施の形態の撮像素子の構成図であり、図１２は撮像素子の動作手順を示す説明図である。以下これらの図を用いて説明する。
【００５４】
図１０及び図１１の撮像素子について、図７に示した実施の形態２の撮像素子と異なる点を中心に説明する。図１０及び図１１において、図７の撮像素子の構成と対応する部分には同一の符号を付している。図７の撮像素子と異なるのは、２種類の電荷移送制御パルス（ａ）２０６及び電荷移送制御パルス（ｂ）２０７が用いられることと、水平ドレインが設けられていないことである。また、図１０と図１１で示すように、電荷移送制御パルス２０６及び電荷移送制御パルス２０７の対応する画素が、第１のモードと第２のモードとで異なっている。
【００５５】
次にこのように構成された撮像素子の動作を図１２（ａ）〜（ｃ）を用いて説明する。まず図１２（ａ）に示すように、第１の動作モードとして図１０に示した電荷移送制御パルス（ａ）２０６により光電変換部２０３に蓄積された色フィルタ（図中のMg2,G2,Ye3,Cy3及びG5,Mg5,Ye6,Cy6・・）に対応する信号電荷を垂直転送部２０４に移送する。その直後は図１２（ｂ）に示すように光電変換部２０３に残っている色フィルタ（図中のCy1,Ye1 及びCy4,Ye4・・ ）に対応する信号電荷を垂直転送部２０４に移送せずに、基板側に排出する。その後は図１２（ｃ）に示すように、垂直転送部２０４に移送した信号電荷を垂直転送し、図１０のＨＣＣＤ２０１に転送する。その後垂直方向に隣接する２画素の信号電荷をＨＣＣＤ２０１上で混合する（図示せず）。
【００５６】
これにより、光電変換部２０３に蓄積された信号電荷に対して垂直方向の２画素混合と１画素排出（間引き) 処理とが繰り返される。こうして、撮像素子１０３から出力される撮像信号のライン数は光電変換部のライン数の１／３となる。
【００５７】
また、図１２に示した第１の動作モードで排出される垂直１画素の色フィルタ（Cy1,Ye1 及びCy4,Ye4 ）と、ＨＣＣＤで電荷混合され出力される垂直２画素の色フィルタ（Ye3,Mg2,Cy3,G2及びYe6,G5,Cy6,Mg5）との組み合わせは、図５に示したパターン１に対応する。
【００５８】
次に第２の動作モードとして、図１１に示した電荷移送制御パルス（ａ）２０６により電荷混合されて出力される垂直２画素の色フィルタを（Mg2,Cy1,G2,Ye1及びG5,Cy4,Mg5,Ye4）とし、排出される垂直１画素の色フィルタを（Ye3,Cy3 及びYe6,Cy6 ）とすると、この組み合わせは図５に示したパターン２に対応する。
【００５９】
これにより、光電変換部２０３に蓄積された信号電荷に対して、垂直方向の２画素混合と１画素排出（間引き) との処理が繰り返される。このため、撮像素子１０３から出力される撮像信号のライン数を光電変換部のライン数の１／３に変換することができる。
【００６０】
次に、このような駆動方法により撮像素子１０３から得られる信号成分について説明する。図５及び図１０〜図１２に示すように、パターン１に対応する駆動方法で出力される撮像信号において、隣接する水平２画素の信号を加算することで、輝度信号（Mg+Ye+G+Cy＝Y ）が得られる。また隣接する水平２画素の信号を減算することで、ライン順次の色差信号（Mg+Ye-G-Cy＝２R-G)と色差信号（Mg+Cy-G-Ye＝２B-G ）が得られる。
【００６１】
同様にパターン２の駆動方法で出力される撮像信号において、隣接する水平２画素の信号を加算することで、輝度信号（Mg+Ye+G+Cy＝Y ）が得られる。また隣接する水平２画素の信号を減算することで、ライン順次の色差信号（Mg+Ye-G-Cy＝２R-G)と色差信号（Mg+Cy-G-Ye＝２B-G ）が得られる。
【００６２】
以上のように、撮像素子の電荷移送制御と電荷排出制御により、垂直方向に２画素電荷混合と１画素電荷排出とを繰り返すと、撮像素子の１／３のライン数を有する撮像信号に変換することができる。このため多画素の撮像素子から低い周波数での読み出しが可能になる。またこのとき出力される撮像信号からは、輝度信号及び線順次の色差信号を生成でき、２画素電荷混合と１画素電荷排出との組み合わせを変えることによって、異なる空間位相の撮像信号を得ることができる。更にこの場合、撮像素子として水平ドレインのような特別な電荷排出構成を必要としない。
【００６３】
なお、上記の実施の形態３においては、垂直転送部においては信号電荷を垂直方向に混合して転送する場合を説明したが、垂直転送部において電荷を垂直方向に混合せずに転送する構成でも、同様の効果を得ることができる。
【００６４】
（実施の形態４）
次に本発明の実施の形態４における撮像装置について説明する。図１３は本実施の形態による撮像装置の全体構成を示すブロック図である。尚、図１の撮像装置と対応する部分には同一の符号を付けてそれらの説明は省略する。実施の形態１の撮像装置と異なる部分は、カメラ部映像信号処理回路１０８の後段に空間位相変化手段として垂直内挿処理回路１１０を設けたことと、全体制御回路１１１の機能が異なることである。
【００６５】
以下、実施の形態１の撮像装置と異なる点を中心に説明する。この撮像装置の撮像素子１０３は、全体制御回路１１１、撮像素子駆動制御回路１０５、撮像素子駆動回路１０４によって撮像動作が制御される。本実施の形態の撮像動作は、実施の形態２及び実施の形態３で示した機能のいずれかを有するものである。即ち、実施の形態２のように撮像素子に対して電荷を排出する水平ドレインを設け、垂直方向に２画素電荷混合と１画素電荷排出とを繰り返すことにより、撮像素子の１／３のライン数の撮像信号を得てもよい。また、実施の形態３のように撮像素子の電荷移送制御パルスと電荷排出制御とにより、垂直方向に２画素電荷混合と１画素電荷排出とを繰り返し、撮像素子の１／３のライン数の撮像信号を得てもよい。
【００６６】
また、実施の形態２及び３では、撮像素子から出力される撮像信号がカメラ部映像信号処理回路１０８により輝度信号及び線順次の色差信号に変換され、２画素電荷混合と１画素電荷排出との組み合わせを変えることによって、異なる空間位相の撮像信号を得ることが可能であった。本実施の形態では、この２画素電荷混合と１画素電荷排出の組み合わせを制御することにより、異なる空間位相の撮像信号を得る方法について具体化したことである。
【００６７】
図１４は、撮像素子１０３の出力信号と垂直内挿処理回路１１０の出力信号の空間位置関係を示す説明図であり、図５に示したパターン１の信号処理方法とパターン２の信号処理方法とを示している。
【００６８】
まず、パターン１において、２画素混合（Mg2+Ye3,G5+Ye6,Mg8+Ye9, ・・）の空間位置に撮像素子出力信号（S10,S11,S12 ・・）が生成される。この信号は図１４に示すように３画素間隔周期の信号である。この出力信号は図１３のカメラ部映像信号処理回路１０８に入力され、輝度信号及び色信号に変換される。これらの輝度信号及び色信号は垂直内挿処理回路１１０に入力され、撮像素子出力信号（S10,S11,S12 ・・）の空間位置にある信号に対して内挿処理が行われ、垂直内挿出力信号（SO11,SO12 ・・）が生成される。
【００６９】
次に、パターン２において、２画素混合（Cy1+Mg2,Cy4+G5,Cy7+Mg8, ・・）の空間位置に撮像素子出力信号（S20,S21,S22 ・・）が生成される。この信号も３画素間隔周期の信号である。この出力信号はカメラ部映像信号処理回路１０８により輝度信号及び色信号に変換される。これらの輝度信号及び色信号は垂直内挿処理回路１１０に入力され、撮像素子出力信号（S20,S21,S22・・・）の空間位置にある信号に対して内挿処理が行われ、垂直内挿出力信号（SO21,SO22 ・・）が生成される。ここで図１４に示すように、パターン１の撮像素子出力信号（S10,S11,S12・・・）とパターン２の撮像素子出力信号（S20,S21,S22・・・）とを比較すると、パターン２の撮像素子出力信号（S20,S21,S22・・・）が図中の下方向に一画素分ずれている。
【００７０】
このような撮像素子出力信号が垂直内挿処理回路１１０に入力されると、パターン１では内挿比率（１１：１）の内挿処理により、信号（S10,S11 ）から信号SO11が生成され、信号（S11,S12 ）から信号SO12が生成される。一方、パターン２では内挿比率（１：１１）の内挿処理により、信号（S20,S21 ）から信号SO21が生成され、信号（S21,S22 ）から信号SO22が生成される。以上のような内挿処理により、パターン１の垂直内挿出力信号（SO11,SO12 ・・）とパターン２の垂直内挿出力信号（SO21,SO22 ・・）との空間位置は１．５画素間隔となり、インタレースの位置関係にすることができる。
【００７１】
以上のように、本実施の形態においては、垂直内挿処理回路１１０を設けることによって、撮像素子において２画素電荷混合と１画素電荷排出の組み合わせを変えただけで、撮像素子出力信号の空間位相をテレビジョン放送方式におけるインタレースの位置関係にすることができ、垂直方向の解像度を向上することができる。
【００７２】
（実施の形態５）
次に本発明の実施の形態５における撮像装置について説明する。図１５は本実施の形態による撮像装置の全体構成を示すブロック図である。図１３に示す実施の形態４と同一部分は、同一の符号を付けて詳細な説明は省略する。実施の形態４の撮像装置と異なるのは、カメラ部映像信号処理回路１０８の構成要素として、ＮＴＳＣ信号処理回路１１２とＰＡＬ信号処理回路１１３とを設けたことと、ＮＴＳＣ駆動設定回路１１４とＰＡＬ駆動設定回路１１５とから構成される駆動方式設定回路１１６を設けたことである。また全体制御回路１１７は駆動方式設定回路１１６から駆動方式が設定され、カメラ部映像信号処理回路１０８、垂直内挿処理回路１１０、撮像素子駆動制御回路１０５に対してシステム制御を行う。
【００７３】
このように構成された撮像装置の動作について説明する。レンズ１０１及び絞り１０２を通過した被写体の撮像光は、撮像素子駆動回路１０４の動作により撮像素子１０３にて撮像され、撮像素子１０３から撮像素子出力信号が出力される。また、駆動方式設定回路１１６により設定された駆動方式により、全体制御回路１１７は撮像素子駆動制御回路１０５を介して撮像素子駆動回路１０４を制御する。また全体制御回路１１７は各駆動方式に応じてカメラ部映像信号処理回路１０８に対して必要な信号処理を制御する。
【００７４】
図１６及び図１７は図１５に示した撮像素子１０３の駆動タイミングの一例を示す説明図であり、図１６はＡフィールド、図１７はＢフィールドの場合を示す。図１６及び図１７において、（１）の垂直ＢＬＫは、テレビジョン信号での垂直ブランキング信号である。（２）のＨＤはテレビジョン信号での水平方向の基準信号、（３）のＶＤはテレビジョン信号での垂直方向の基準信号である。（４）のチャージパルス（ＣＨ）は撮像素子１０３において、光電変換素子に蓄積された信号電荷を垂直転送部に移送するための信号である。（５）のＶ転送パルスは移送された信号電荷を垂直転送部で垂直方向に転送するための信号である。（６）のＨ転送パルスは垂直転送部を転送された信号電荷を水平転送部で水平方向に転送するための信号である。（７）の撮像素子出力信号は転送パルス等によって読み出された撮像素子１０３の出力信号を示している。なお図１６及び図１７はいずれもフィールドの開始付近の駆動タイミングを示している。
【００７５】
図１６の撮像素子駆動タイミング図を用いて撮像素子１０３の動作を説明する。（５）に示すように、チャージパルス（ＣＨ）の前後に、Ｖ転送パルスとして高速な転送パルスを高速転送期間（前半) ｔ2 及び高速転送期間（後半) ｔ1 に発生させ、ＶＣＣＤを駆動する。図１８は図１６又は図１７に示す駆動タイミング時の撮像素子の読み出し信号の説明図である。図１８において撮像素子１０３は、水平画素数をＨとし、垂直画素数をＶとし、垂直方向の正規の出力画素数はＶより少ないものとする。
【００７６】
まず高速転送（前半）期間ｔ2 の高速パルスによってＶ１領域の信号が高速に転送される。そしてＶ２領域の正規の信号が読み出され、これに続き、高速転送（後半）期間ｔ1 の高速パルスによってＶ３領域の信号が高速に転送される。
【００７７】
次に、撮像素子駆動回路１０４の動作に基づき出力される撮像素子出力信号の処理方法の概要を図１９を用いて説明する。図１９に示すように、撮像素子１０３の全領域、即ち（ｘ0 ，ｙ0 ）、（ｘ0 ，ｙ3 ）、（ｘ3 ，ｙ3 ）、（ｘ3 ，ｙ0 ）で囲まれる領域はｍ０画素×ｎ０ラインで構成されるものとし、映像信号の出力領域（ｍ１画素×ｎ１ライン）、 即ち（ｘ1 ，ｙ1 ）、（ｘ1 ，ｙ2 ）、（ｘ2 ，ｙ2 ）、（ｘ2 ，ｙ1 ）で囲まれる領域以外を手振れ補正のための余裕領域として使用することが可能である。図１９（ｂ）に示すように、まず撮像素子駆動回路１０４による高速掃き出し処理により、（ｍ０画素×ｎ１ライン）の領域の撮像信号が読み出される。次にこの（ｍ０画素×ｎ１ライン）の領域の撮像信号はカメラ部映像信号処理回路１０８において、（ｍ１画素×ｎ１ライン）の領域の撮像信号として切り出される。その後図１９（ｃ）に示すように、クロック変換等を行い（ｍ２画素×ｎ１ライン）の撮像信号に変換される。ここで手振れ量検出手段（図示せず）で検出した動き検出データに基づいて、垂直方向の動きをキャンセルするように撮像素子の読み出し領域（ｍ０画素×ｎ１ライン）の位置が設定され、水平方向の動きをキャンセルするように撮像信号の出力領域（ｍ１画素×ｎ１ライン）の位置が設定される。
【００７８】
これは、例えば撮像素子１０３のアスペクト比（縦横比) がテレビジョン信号と同じ４：３の場合、撮像素子１０３からの読み出し時に垂直方向にｎ１/ ｎ０に切り出されるので、カメラ部映像信号処理回路１０８において水平方向にも同様にｎ１/ ｎ０の比で切り出す必要がある。図１９（ｂ）では一般的にｍ１/ ｍ０の比で切り出す場合を示しているが、この場合ｎ１/ ｎ０＝ｍ１/ ｍ０の関係に設定する必要がある。次にこの切り出した水平領域の撮像信号をテレビジョン信号の出力フォーマットに合致するように、必要に応じてクロック変換や画素数変換等の処理を行う。
【００７９】
このように垂直転送部の高速転送駆動と動画信号処理により撮像素子１０３の読み出し開始位置を制御することで、垂直方向の手振れを補正した動画像を得ることができる。
【００８０】
次に、本実施の形態の撮像装置において、駆動方式設定回路１１６を構成するＮＴＳＣ駆動設定回路１１４とＰＡＬ駆動設定回路１１５との動作と、設定された駆動方式に対応するカメラ部信号処理回路１０８の動作とを具体的に説明する。図２０及び図２１はＮＴＳＣ規格に駆動設定された場合の撮像素子１０３の動作及び撮像素子出力信号の処理の概要を示した説明図である。また図２２はＰＡＬ規格に駆動設定された場合の撮像素子１０３の動作及び撮像素子出力信号の処理の概要を示した説明図である。ここでは撮像素子１０３の全領域（ｍ０画素×ｎ０ライン）として（１２８０画素×９６０ライン）で構成されているものとする。
【００８１】
図２０はＮＴＳＣ規格に駆動設定される第１の場合を示し、図２１は第２の場合を示している。図２０（ａ）に示すように、撮像素子１０３の全領域は（１２８０画素×９６０ライン）、 即ち（ｘ0 ，ｙ0 ）、（ｘ0 ，ｙ3 ）、（ｘ3 ，ｙ3 ）、（ｘ3 ，ｙ0 ）で囲まれる領域で構成され、映像信号の出力領域、 即ち（ｘ1 ，ｙ1 ）、（ｘ1 ，ｙ2 ）、（ｘ2 ，ｙ2 ）、（ｘ2 ，ｙ1 ）で囲まれる領域以外を手振れ補正のための余裕領域として使用する。まず撮像素子駆動回路１０４による高速掃き出し処理により、（１２８０画素×７２０ライン）の領域の撮像信号を、前述した実施の形態で説明したように２画素電荷混合と１画素電荷排出の駆動により読み出す。こうすると図２０（ｂ）に示すように、撮像素子１０３からの出力信号のライン数は１／３となり、（１２８０画素×２４０ライン）の撮像信号が読み出される。
【００８２】
次にこの（１２８０画素×２４０ライン）の撮像信号はカメラ部映像信号処理回路１０８に入力され、（９６０画素×２４０ライン）の領域の撮像信号に切り出される。その後クロック変換等が行われ、水平方向３／４の画素数に変換され、（７２０画素×２４０ライン）の撮像信号となる。これは、ＤＶフォーマットである１フィールドが７２０画素×２４０ラインの映像信号に相当している。
【００８３】
また、このとき手振れ量検出手段（図示せず）で検出した動き検出データに基づいて、垂直方向の動きをキャンセルするように撮像素子の読み出し領域の位置が設定され、水平方向の動きをキャンセルするように撮像信号の出力領域の位置が設定される。
【００８４】
このように、駆動方式設定回路１１６内のＮＴＳＣ駆動設定回路１１４によりＮＴＳＣ駆動方式が設定された場合は、前半と後半合わせて２４０ラインの高速掃き出し駆動と、２画素電荷混合と１画素電荷排出の駆動が行われ、撮像素子１０３からＮＴＳＣ方式に合致した１フィールド２４０ラインの撮像信号を得ることができる。このとき３３％(1.33=960 ライン/720ライン) の手振れ補正範囲が確保される。
【００８５】
次に、ＮＴＳＣ規格に駆動設定される第２の場合について説明する。ＮＴＳＣ規格の駆動方法を設定する第２の場合として、図２１（ａ）に示すように撮像素子１０３の全領域、即ち（ｘ0 ，ｙ0 ）、（ｘ0 ，ｙ3 ）、（ｘ3 ，ｙ3 ）、（ｘ3 ，ｙ0 ）で囲まれる領域として（１２８０画素×９６０ライン）で構成し、映像信号の出力領域、即ち、（ｘ1 ，ｙ1 ）、（ｘ1 ，ｙ2 ）、（ｘ2 ，ｙ2 ）、（ｘ2 ，ｙ1 ）で囲まれる領域以外を手振れ補正のための余裕領域として使用する。まず図１５の撮像素子駆動回路１０４による高速掃き出し処理により、図２１（ｂ）に示すような（１２８０画素×８６４ライン）の領域の撮像信号を生成する。この処理は前述した各実施の形態と同様の２画素電荷混合と１画素電荷排出との駆動により行われる。こうすると、出力信号のライン数は１／３となり、撮像素子１０３から（１２８０画素×２８８ライン）の撮像信号が読み出される。
【００８６】
次にこの（１２８０画素×２８８ライン）の撮像信号は、図２１（ｃ）に示すようにカメラ部映像信号処理回路１０８において水平方向１１５２画素の領域の撮像信号に切り出され、（１１５２画素×２８８ライン）の信号となる。その後クロック変換等により、水平方向５／８の画素数変換及び垂直方向５／６のライン数変換が行われ、（７２０画素×２４０ライン）の撮像信号となる。この信号はＤＶフォーマットである１フィールド、７２０画素×２４０ラインの信号に相当している。
【００８７】
また、このとき手振れ量検出手段（図示せず）で検出した動き検出データに基づいて、垂直方向の動きをキャンセルするように撮像素子の読み出し領域の位置が設定され、水平方向の動きをキャンセルするように撮像信号の出力領域の位置が設定される。
【００８８】
このように、駆動方式設定回路１１６内のＮＴＳＣ駆動設定回路１１４によりＮＴＳＣ規格の駆動方式が設定された場合には、前半と後半合わせて９６ラインの高速掃き出し駆動と、２画素電荷混合と１画素電荷排出との駆動が行われる。これにより撮像素子１０３から２８８ラインの撮像信号が得られ、その後カメラ部映像信号処理回路１０６において、ＮＴＳＣ方式に合致した１フィールド２４０ラインの撮像信号が得られる。この場合、１１％(1.11=960 ライン/864ライン) の手振れ補正範囲が確保される。
【００８９】
図２２（ａ）に示すように、撮像素子１０３の全領域は（１２８０画素×９６０ライン）で構成されている。そして、撮像信号の出力領域以外を手振れ補正のための余裕領域として使用するものとする。ＰＡＬ規格の駆動方式が設定された場合、まず撮像素子駆動回路１０４による高速掃き出し処理により、図２２（ｂ）に示すように（１２８０画素×８６４ライン）の領域の撮像信号に変換される。前述した各実施の形態に示したように、２画素電荷混合と１画素電荷排出の駆動により信号を読み出すと、撮像素子１０３からの出力信号のライン数は１／３となる。こうして撮像素子１０３から（１２８０画素×２８８ライン）の撮像信号が読み出される。
【００９０】
次にこのような（１２８０画素×２８８ライン）の撮像信号はカメラ部映像信号処理回路１０８に入力されると、図２２に示すように（１１５２画素×２８８ライン）の領域の撮像信号に切り出される。その後クロック変換等により、水平方向５／８の画素数変換を行われ、（７２０画素×２８８ライン）の信号となる。この信号はＤＶフォーマットである１フィールド、７２０画素×２８８ラインの信号に相当する。
【００９１】
また、このとき手振れ量検出手段（図示せず）で検出した動き検出データに基づいて、垂直方向の動きをキャンセルするように撮像素子の読み出し領域の位置が設定され、水平方向の動きをキャンセルするように撮像信号の出力領域の位置が設定される。
【００９２】
このように、駆動方式設定回路１１６のＰＡＬ駆動設定回路１１５によりＰＡＬ規格の駆動方式が設定された場合は、前半と後半合わせて９６ラインの高速掃き出し駆動と、２画素電荷混合と１画素電荷排出の駆動とがなされる。こうして撮像素子１０３からＰＡＬ方式に合致した１フィールド２８８ラインの撮像信号を得ることができる。この場合、１１％(1.11=960 ライン/864ライン) の手振れ補正範囲が確保される。
【００９３】
また、図２１で示したＮＴＳＣ規格の駆動方法における第２の場合と、図２２で示したＰＡＬ規格の駆動方式の場合は、撮像素子１０３における撮像信号の出力領域のサイズが等しくなるので、画角、言い換えればレンズの焦点距離が等しくなる。このためＮＴＳＣ版とＰＡＬ版とで、撮像装置の仕様を共通化することが可能となる。
【００９４】
以上のように、駆動方式設定回路１１６を設け、撮像素子１０３に対する高速掃き出し駆動と２画素電荷混合と１画素電荷排出との駆動を行うことによって、ＮＴＳＣ規格の設定時にはＤＶフォーマットに合致した１フィールド、７２０画素×２４０ラインの撮像信号を生成することができる。また、ＰＡＬ規格の設定時にはＤＶフォーマットに合致した１フィールド、７２０画素×２８８ラインの撮像信号を容易に生成することができる。
【００９５】
なお、実施の形態５においては、駆動方式設定回路１１６にＮＴＳＣ駆動設定回路１１４とＰＡＬ駆動設定回路１１５とを設け、カメラ部映像信号処理回路１０８にＮＴＳＣ信号処理回路１１２とＰＡＬ信号処理回路１１３とを設ける場合を説明した。しかしそれ以外の構成方法として、駆動方式設定回路１１６としてＮＴＳＣ駆動設定回路１１４かＰＡＬ駆動設定回路１１５のどちらかを一方のみを取り付け、またカメラ部映像信号処理回路１０８としてＮＴＳＣ信号処理回路１１２かＰＡＬ信号処理回路１１３のどちらかを一方のみを取り付けるようにしても良い。こうすると、システム構成時に、即ち工場での商品生産時に、ＮＴＳＣ用撮像装置とＰＡＬ用撮像装置とを容易に切り替えることができる。
【００９６】
また、実施の形態５においては、撮像素子１０３の全領域が（１２８０画素×９６０ライン）で構成されている場合を説明したが、これに限らず他の画素数においても高速掃き出し駆動と２画素電荷混合と１画素電荷排出とを行い、撮像素子の垂直３行分に対して１行分を撮像信号として撮像素子から出力するように駆動することもできる。こうして撮像素子の駆動周波数を高くすることなく、ＮＴＳＣ方式及びＰＡＬ方式に合致した撮像素子出力信号を得ることができる。
【００９７】
また、上記の各実施の形態においては、色フィルタとしてシアン、黄色、マゼンダ、緑色の組合せと、シアン、黄色、ホワイト、緑色の組合せとの２つの場合を説明したが、これに限らず例えばベイヤー配列と呼ばれている第１列が赤，緑、第２列が緑，青の繰り返し配列の場合でも同様の効果を得ることが可能である。言い換えれば、隣接２列の色フィルタから一つの色信号を生成でき、さらに連続する６列内に異なる２つの色信号を交互を生成できる色フィルタ配列であれば良い。
【００９８】
また、上記の各実施の形態において、撮像素子の構造として一つの画素に対して二つの垂直転送段が対応し、また一つの垂直転送段に対して二つの水平転送段が対応している場合を説明したが、これに限るものではない。また、垂直転送部内の電荷の転送方法として、実施の形態２では電荷を混合しない場合を説明し、実施の形態４では混合する場合を示したが、これに限るものでない。
【００９９】
【発明の効果】
本発明の撮像素子によれば、感度の低下を抑圧、あるいは光の有効利用率を向上しつつ、光電変換部の信号電荷に対して垂直読み出しライン数を垂直画素数の１／３にすることができる。
【０１００】
また本発明の撮像装置によれば、撮像素子が１回の撮影動作で出力可能な画素数より、垂直方向の画素数の少ない画像の記録及び画像表示ができる。
【０１０１】
特に請求項１〜３記載の発明によれば、連続する３列毎から撮像信号１行分を生成することができ、撮像素子のライン数を削減した撮像信号を得ることで、撮像素子の駆動周波数を全ライン読み出し駆動に比べて低減することができる。
【０１０２】
特に請求項４〜６記載の発明によれば、映像信号処理手段を用いて連続する３列毎から一つの色信号を生成し、交互に二つの色信号を生成することができる。また撮像素子のライン数を削減したカラー撮像信号が得られ、撮像素子の駆動周波数を全ライン読み出し駆動に比べて低減することができる。
【０１０３】
特に請求項７〜１０記載の発明によれば、垂直方向に２画素電荷混合と１画素電荷排出を繰り返すことにより、撮像素子のライン数の１／３のライン数の映像信号を得ることができ、多画素の撮像素子から低い周波数での読み出しが可能になる。またこのとき２画素電荷混合と１画素電荷排出の組み合わせを変えることによって、異なる空間位置の信号を得ることが可能である。
【０１０４】
請求項１１，１２記載の発明によれば、撮像素子において２画素電荷混合と１画素電荷排出の組み合わせを変えることによって、撮像素子の出力信号の空間位置をテレビジョン放送方式におけるインタレースの位置関係にすることができる。また、垂直方向の解像度を向上することができる。
【０１０５】
請求項１３〜１５記載の発明によれば、撮像素子に対する高速掃き出し駆動と２画素電荷混合と１画素電荷排出の駆動を行うことによって、ＮＴＳＣ設定時にはＤＶフォーマットに合致した１フィールド、７２０画素×２４０ラインの映像信号を生成することができる。また、ＰＡＬ設定時にはＤＶフォーマットに合致した１フィールド、７２０画素×２８８ラインの映像信号を生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１による撮像装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】実施の形態１による撮像素子において、一般的な読み出し動作手順を示す説明図である。
【図３】実施の形態１による撮像素子において、色フィルタの第１の配列方法を示す説明図である。
【図４】実施の形態１による撮像素子において、色フィルタの第２の配列方法を示す説明図である。
【図５】実施の形態１による撮像素子において、第１の配列方法の色フィルタを有する画素から輝度信号と色信号とを生成する方法の説明図である。
【図６】実施の形態１による撮像素子において、第２の配列方法の色フィルタを有する画素から輝度信号と色信号とを生成する方法の説明図である。
【図７】本発明の実施の形態２による撮像装置に用いられる撮像素子の構成図である。
【図８】実施の形態２における撮像素子において、読み出し動作手順（その１）を示す説明図である。
【図９】実施の形態２における撮像素子において、読み出し動作手順（その２）を示す説明図である。
【図１０】本発明の実施の形態３による撮像装置に用いられる撮像素子の構成図（その１）である。
【図１１】本発明の実施の形態３による撮像装置に用いられる撮像素子の構成図（その２）である。
【図１２】実施の形態３における撮像素子において、読み出し動作手順を示す説明図である。
【図１３】本発明の実施の形態４による撮像装置の全体構成を示すブロック図である。
【図１４】実施の形態４による撮像素子において、撮像素子の出力信号と垂直内挿処理による撮像信号の空間位置関係を示す説明図である。
【図１５】本発明の実施の形態５による撮像装置の全体構成を示すブロック図である。
【図１６】実施の形態５による撮像素子の駆動タイミング（Ａフィールド）の一例を示す説明図である。
【図１７】実施の形態５による撮像素子の駆動タイミング（Ｂフィールド）の一例を示す説明図である。
【図１８】実施の形態５による撮像素子において、画素読み出し範囲を示す説明図である。
【図１９】実施の形態５による撮像素子において、手振れ補正を補償した撮像信号の出力領域を示す説明図である。
【図２０】実施の形態５による撮像素子において、ＮＴＳＣ規格に駆動設定された場合の撮像素子出力信号の第１の処理方法を示す説明図である。
【図２１】実施の形態５による撮像素子において、ＮＴＳＣ規格に駆動設定された場合の撮像素子出力信号の第２の処理方法を示す説明図である。
【図２２】実施の形態５による撮像素子において、ＰＡＬ規格に駆動設定された場合の撮像素子出力信号の処理方法を示す説明図である。
【符号の説明】
１０１ レンズ
１０２ 絞り
１０３ 撮像素子
１０４ 撮像素子駆動回路
１０５ 撮像素子駆動制御回路
１０６ アナログ処理回路
１０７ アナログ・デジタル変換回路（Ａ／Ｄ回路）
１０８ カメラ部映像信号処理回路
１０９，１１１，１１７ 全体制御回路
１１０ 垂直内挿処理回路
１１２ ＮＴＳＣ信号処理回路
１１３ ＰＡＬ信号処理回路
１１４ ＮＴＳＣ駆動設定回路
１１５ ＰＡＬ方式駆動設定回路
１１６ 駆動方式設定回路
２０１ 水平転送部（ＨＣＣＤ）
２０２ 電荷検出部
２０３ 光電変換部
２０４ 垂直転送部（ＶＣＣＤ）
２０５ 水平ドレイン
２０６，２０７ 電荷移送制御パルス
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device ：電荷結合素子）などの撮像素子において、特に多画素の光電変換素子と色フィルタとを有する撮像素子と、撮像素子の出力信号を規定の駆動方式に変換する手段を設けた撮像装置とに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、高解像度の撮像装置等に用いられ、好適な高画素数の撮像素子を有するものとしては、インターライン型のＣＣＤイメージセンサがある。このＣＣＤイメージセンサは、光電変換素子（以下では、ＰＤ又は画素ともいう）が行列状に配列され、入射した撮像光を信号電荷に変換する光電変換部と、この光電変換部に蓄えられた信号電荷を夫々読み出して垂直方向に転送する垂直転送部（ＶＣＣＤ）と、このＶＣＣＤから垂直転送されてきた信号電荷を水平方向に転送する水平転送部（ＨＣＣＤ）と、水平転送された信号電荷を撮像信号として出力する出力部とを有している。
【０００３】
このインターライン型のＣＣＤイメージセンサでは、各画素で光電変換された信号電荷がＶＣＣＤに転送され、４相駆動型の場合は駆動パルスφＶ１，φＶ２，φＶ３，φＶ４により順次ＨＣＣＤに転送される。続いて、ＨＣＣＤにおいて、２相駆動型の場合は駆動パルスφＨ１及びφＨ２により、ＶＣＣＤから転送されてきた水平１列分の信号電荷が順次出力部に転送される。出力部においては、信号電荷が電圧信号に変換され、出力端子から撮像信号が出力される。
【０００４】
ここで、撮像素子による１回の撮影動作で出力可能な画素数より、垂直方向において画素数の少ない画像表示部があるとする。このような画像表示部を用いた撮像装置として、特開平１０−１９１３６４号公報（以下、従来例という）に記載されているものが知られている。
【０００５】
以下、このような従来例の撮像素子と撮像装置とについて説明する。従来例の撮像装置における第１の方法では、撮像素子が１回の撮影動作で出力可能な画素数より、垂直方向の画素数の少ない画像表示部を用いた場合でも、所定行の画素からの信号電荷を間引いて撮像信号を読み出すことができる。しかも間引かれて出力された撮像信号からもカラーの撮像信号に変換することができる。
【０００６】
第１の方法における信号処理の概要は、隣接する垂直方向４画素において、撮像素子の駆動制御により、隣接する２画素の電荷を撮像素子上で加算し、残りの隣接する２画素の電荷をＶＣＣＤ上に転送することなく排出する。こうして撮像素子からの垂直読み出しライン数を垂直画素数の１／４にすることを特徴にしている。
【０００７】
また、従来例の撮像装置の第２の方法における信号処理は、撮像素子が１回の撮影動作で出力可能な画素数より垂直方向の画素数の少ない画像表示部を用いた場合でも、撮像素子から所定行の画素の信号電荷を加算して読み出すことができる。しかも撮像素子から出力された加算撮像信号からもカラーの撮像信号に変換することができる。この方法によれば、暗時撮影においても良好な画像を表示できる。
【０００８】
第２の方法における信号処理の概要は、撮像素子の駆動制御により、斜めを含む垂直方向４画素を加算することにより、撮像素子からの垂直読み出しライン数を垂直画素数の１／４にするものである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記のような従来の撮像装置においては、以下のような問題点がある。即ち第１の方法では、使用しない２画素分の電荷を排出するため、感度が１／２に低下する。即ち光の有効利用率が１／２になるという問題点がある。また第２の方法では、動画像としてテレビジョンモニタ等に出画するとき、必要なフィールド信号間のインタレースの空間位置を得ることができないという問題点がある。
【００１０】
本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、本願の請求項１，２，３，７，８，９，１０の発明は、感度の低下を抑圧するため、光の有効利用率を向上しつつ、撮像素子からの垂直読み出しライン数を垂直画素数の１／３にすることが可能な撮像素子を提供することを目的とする。また本願の請求項４，５，６，１１，１２の発明は、撮像素子からの垂直読み出しライン数を所定値に削減すると共に、フィールド信号間の空間位置をインタレースの位置関係にできる撮像装置を提供することを目的とする。また本願の請求項１３〜１５の発明は、これに加えて撮像素子からの垂直読み出しライン数を所定値に削減すると共に、ＮＴＳＣやＰＡＬ等の駆動方式に対応した撮像信号に変換できる撮像装置を提供することを更なる目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本願の請求項１の発明は、第１〜第４の色フィルタが夫々の光電変換素子に対応して水平及び垂直方向に配列された色フィルタアレイと、前記複数の光電変換素子が水平及び垂直方向に配列され、前記色フィルタアレイを介して被写体を撮像して光電変換する光電変換部と、前記光電変換部で発生した信号電荷を読み出して垂直方向に転送する複数の垂直転送部と、前記垂直転送部に転送された信号電荷を順次に読み出し、ライン毎に水平転送する水平転送部と、を有する撮像素子であって、前記色フィルタアレイは、第１の色フィルタと第２の色フィルタが交互に水平方向に配列された第１の色フィルタ群と、第３の色フィルタと第４の色フィルタが交互に水平方向に配列された第２の色フィルタ群と、第２の色フィルタと第１の色フィルタが交互に水平方向に配列された第３の色フィルタ群と、第１の色フィルタと第２の色フィルタが交互に水平方向に配列された第４の色フィルタ群と、第４の色フィルタと第３の色フィルタが交互に水平方向に配列された第５の色フィルタ群と、第２の色フィルタと第１の色フィルタが交互に水平方向に配列された第６の色フィルタ群と、がこの順序で配列されたものであり、前記第１〜第６の色フィルタ群を１単位として複数単位の前記色フィルタ群が垂直方向に配列されたことを特徴とするものである。
【００１２】
本願の請求項２の発明は、請求項１の撮像素子において、第１〜第４の色フィルタは、夫々シアン、黄色、マゼンダ、緑色の成分を透過させることを特徴とするものである。
【００１３】
本願の請求項３の発明は、請求項１の撮像素子において、第１〜第４の色フィルタは、夫々シアン、黄色、ホワイト、緑色の成分を透過させることを特徴とするものである。
【００１４】
本願の請求項４の発明は、請求項１に記載の撮像素子と、前記撮像素子の出力信号から輝度信号と色信号を生成する映像信号処理手段と、を有する撮像装置であって、前記映像信号処理手段は、前記第２と第３の色フィルタ群を構成する色フィルタに対応する撮像素子の出力信号から第１の色信号を生成し、前記第５と第６の色フィルタ群を構成する色フィルタに対応する撮像素子の出力信号から前記第１の色信号と異なる色成分の第２の色信号を生成する第１のパターンと、前記第１と第２の色フィルタ群を構成する色フィルタに対応する撮像素子の出力信号から前記第２の色信号を生成し、前記第４と第５の色フィルタ群を構成する色フィルタに対応する撮像素子の出力信号から前記第１の色信号を作成する第２のパターンとの信号処理を行うことを特徴とするものである。
【００１５】
本願の請求項５の発明は、請求項４の撮像装置において、前記第１及び第２のパターンにおいてＲ，Ｇ，Ｂを赤色、緑色、青色とするとき、前記第１の色信号は２Ｒ−Ｇに相当する色信号、前記第２の色信号は２Ｂ−Ｇに相当する色信号であることを特徴とするものである。
【００１６】
本願の請求項６の発明は、請求項４の撮像装置において、前記第１及び第２のパターンにおいてＲ，Ｇ，Ｂを赤色、緑色、青色とするとき、前記第１の色信号は２Ｒに相当する色信号、前記第２の色信号は２Ｂに相当する色信号であることを特徴とするものである。
【００１７】
本願の請求項７の発明は、第１〜第４の色フィルタが夫々の光電変換素子に対応して水平及び垂直方向に配列された色フィルタアレイと、前記複数の光電変換素子が水平及び垂直方向に配列され、前記色フィルタアレイを介して被写体を撮像して光電変換する光電変換部と、前記光電変換部で発生した信号電荷を読み出して垂直方向に転送する複数の垂直転送部と、前記垂直転送部の終端部に接続され、前記垂直転送部から垂直転送された信号電荷を順次に取り込み、ライン毎に信号電荷を水平転送する水平転送部と、前記水平転送部から転送された信号電荷を撮像信号に変換して出力する出力部と、を有する撮像素子であって、前記色フィルタアレイは、水平方向の６列で１単位とする色フィルタ群が、垂直方向に複数単位配列されて構成されたものであり、前記出力部は、前記光電変換部において連続する垂直方向３列のうち、隣接２列の信号電荷を加算した信号を各ラインの撮像信号として出力することを特徴とするものである。
【００１８】
本願の請求項８の発明は、請求項７の撮像素子において、前記垂直転送部から前記水平転送部への電荷転送を制御し、連続する垂直３列中の隣接２列の信号電荷を加算する電荷転送制御手段を設けたことを特徴とするものである。
【００１９】
本願の請求項９の発明は、請求項７の撮像素子において、前記光電変換部から前記垂直転送部への信号電荷読み出しを、隣接２列の信号電荷の組合せを変えることにより制御し、連続する垂直３列中の隣接２列の信号電荷を加算する電荷転送制御手段を設けたことを特徴とするものである。
【００２０】
本願の請求項１０の発明は、請求項８又は９の撮像素子において、前記電荷転送制御手段は、異なるフィールドにおいて信号電荷を加算する２列の組み合わせを変化させることを特徴とするものである。
【００２１】
本願の請求項１１の発明は、請求項７に記載の撮像素子を用いた撮像装置であって、
前記撮像素子の出力信号に対して異なるフィールドにおける空間位相を異なる方向に変化させる空間位相変化手段を具備することを特徴とするものである。
【００２３】
本願の請求項１２の発明は、請求項１１の撮像装置において、前記空間位相変化手段は、異なるフィールドにおける前記撮像素子の出力信号の空間位相を、インタレースの位置関係にすることを特徴とするものである。
【００２４】
本願の請求項１３の発明は、請求項１１の撮像装置において、前記撮像素子の出力信号に対して異なるフィールドにおける空間位相を異なる方向に変化させる空間位相変化手段と、前記撮像素子の光電変換部に対して信号電荷の読み出しパルスを与え、前記垂直転送部及び水平転送部に対して転送パルスを与える撮像素子駆動手段と、前記撮像素子駆動手段と空間位相変化手段に対して各放送規格に対応した駆動方式を設定する駆動方式設定手段と、を具備することを特徴とするものである。
【００２６】
本願の請求項１４の発明は、請求項１３の撮像装置において、前記駆動方式設定手段は、ＮＴＳＣ方式又はＰＡＬ方式の設定と、不要ラインの掃き出しの設定とを行うことを特徴とするものである。
【００２７】
本願の請求項１５の発明は、請求項１３の撮像装置において、前記撮像素子は、有効画素数が水平１２８０画素、垂直９６０画素であり、前記駆動方式設定手段は設定によりＮＴＳＣ方式又はＰＡＬ方式の撮像信号を出力することを特徴とするものである。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による撮像素子と撮像装置の各実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１による撮像装置の全体構成を示すブロック図である。この撮像装置は、レンズ１０１、絞り１０２、撮像素子１０３、撮像素子駆動回路１０４、撮像素子駆動制御回路１０５、アナログ処理回路１０６、アナログ・デジタル変換回路（Ａ／Ｄ回路）１０７、カメラ部映像信号処理回路１０８、全体制御回路１０９を含んで構成される。
【００２９】
図２は、本実施の形態の撮像装置に用いられる撮像素子１０３の内部構成と、一般的な読み出し動作手順を示す説明図である。図２において撮像素子１０３は、ＩＴ型又はＰＳ型の固体撮像素子（ＣＣＤ）とし、水平転送部（ＨＣＣＤ）２０１、電荷検出部２０２、光電変換部２０３、垂直転送部（ＶＣＣＤ）２０４を有している。この撮像素子１０３上には全画素反転配列のカラーフィルタが形成されていて、Ｙｅはイエロー、Ｍｇはマゼンタ、Ｃｙはシアン、Ｇはグリーンの各色を表し、１つの光電変換素子に対して１色のカラーフィルタ（以下、色フィルタという）が設けられている。
【００３０】
図３及び図４は、撮像素子１０３の色フィルタの配列方法を示す説明図である。色フィルタは６列毎の繰り返し周期を有し、図中の１単位は第１の色フィルタ群〜第６の色フィルタ群で構成される。これらの色フィルタ群は次のような色フィルタ配列の構成となっている。図３では第１の色フィルタをＣｙとし、第２の色フィルタをＹｅとし、第３の色フィルタをＭｇとし、第４の色フィルタをＧとする。また図４では第１の色フィルタをＣｙとし、第２の色フィルタをＹｅとし、第３の色フィルタをＷ（ホワイト）とし、第４の色フィルタをＧとする。
【００３１】
第１の色フィルタ群は、第１の色フィルタと第２の色フィルタが交互に配列されて構成される。第２の色フィルタ群は、第３の色フィルタと第４の色フィルタが交互に配列されて構成される。第３の色フィルタ群は、第２の色フィルタと第１の色フィルタが交互に配列されて構成される。第４の色フィルタ群は、第１の色フィルタ群と同一に構成される。第５の色フィルタ群は、第４の色フィルタと第３の色フィルタが交互に配列されて構成される。第６の色フィルタ群は、第３の色フィルタ群と同一に構成される。
【００３２】
また、図３と図４とでは、色フィルタの種類と配列が異なる。図３に示す配列では、図２と同じ色フィルタの配列を有し、Ｙｅ、Ｍｇ、Ｃｙ、Ｇの組み合わせで構成される。図４に示す配列では、Ｙｅ、Ｗ、Ｃｙ、Ｇの組み合わせで構成される。
【００３３】
このように、横方向の画素配置を列と呼ぶと、６列の繰り返し周期を有する色フィルタ配列により、連続する３列毎から撮像信号の１行分を生成することができる。この場合、撮像素子の１／３のライン数を有する画素信号となるので、撮像素子の駆動周波数を全ライン読み出し駆動方法に比べて１／３の周波数に低減することができる。
【００３４】
次に、これらの色フィルタの配列において、撮像素子の駆動制御及び信号処理により撮像信号を生成する方法を図５及び図６に示す。上記の駆動制御は図１の撮像素子駆動制御回路１０５によって行われ、上記の信号処理は映像信号処理手段である図１のカメラ部映像信号処理回路１０８によって行われるものとする。図５は図３と同じ色フィルタ配列の場合の信号処理方法を示し、図６は図４と同じ色フィルタ配列の場合の信号処理方法を示している。図５及び図６において、撮像素子の駆動制御方法及び信号処理方法をパターン１とパターン２の２種類に分類している。
【００３５】
まず、図５のパターン１では、図３に示した第２の色フィルタ群と第３の色フィルタ群、及び第５の色フィルタ群と第６の色フィルタ群を用いて、隣接する水平２画素の信号を加算することで、輝度信号（Ｍｇ＋Ｙｅ＋Ｇ＋Ｃｙ＝Ｙ）を生成している。また隣接する水平２画素の信号を減算することで、ライン順次の色差信号（Ｍｇ＋Ｙｅ−Ｇ−Ｃｙ＝２Ｒ−Ｇ）と（Ｍｇ＋Ｃｙ−Ｇ−Ｙｅ＝２Ｂ−Ｇ）とを生成している。ここで２Ｒ−Ｇを第１の色信号と呼び、２Ｂ−Ｇを第２の色信号と呼ぶ。
【００３６】
同様にパターン２では、図３に示した第１の色フィルタ群と第２の色フィルタ群、及び第４の色フィルタ群と第５の色フィルタ群を用いて、隣接する水平２画素の信号を加算することで、輝度信号（Ｍｇ＋Ｙｅ＋Ｇ＋Ｃｙ＝Ｙ）を生成している。また隣接する水平２画素の信号を減算することで、第１の色信号であるライン順次の色差信号（Ｍｇ＋Ｙｅ−Ｇ−Ｃｙ＝２Ｒ−Ｇ）と、第２の色信号であるライン順次の色差信号（Ｍｇ＋Ｃｙ−Ｇ−Ｙｅ＝２Ｂ−Ｇ）とを生成している。
【００３７】
次に、図６のパターン１では、図４に示した第２の色フィルタ群と第３の色フィルタ群、及び第５の色フィルタ群と第６の色フィルタ群を用いて、隣接する水平２画素の信号を加算することで、輝度信号（Ｗ＋Ｙｅ＋Ｇ＋Ｃｙ＝Ｙ）を生成している。また隣接する水平２画素の信号を減算することで、ライン順次の色信号（Ｗ＋Ｙｅ−Ｇ−Ｃｙ＝２Ｒ）と（Ｗ＋Ｃｙ−Ｇ−Ｙｅ＝２Ｂ）を生成している。ここで２Ｒを第１の色信号と呼び、２Ｂを第２の色信号と呼ぶ。
【００３８】
同様にパターン２では、図４に示した第１の色フィルタ群と第２の色フィルタ群、及び第４の色フィルタ群と第５の色フィルタ群を用いて、隣接する水平２画素の信号を加算することで、輝度信号（Ｗ＋Ｙｅ＋Ｇ＋Ｃｙ＝Ｙ）を生成している。また隣接する水平２画素の信号を減算することで、第１の色信号であるライン順次の色信号（Ｗ＋Ｙｅ−Ｇ−Ｃｙ＝２Ｒ）と、第２の色信号であるライン順次の色信号（Ｗ＋Ｃｙ−Ｇ−Ｙｅ＝２Ｂ）を生成している。
【００３９】
このように、６列の繰り返し周期を有する色フィルタ配列により、連続する３列毎から撮像信号１行分を生成することができ、この撮像信号は２つの色信号を交互に生成するのに適した信号となっている。
【００４０】
なお、以下の実施の形態における色フィルタ配列は、図５に示した色フィルタ配列であるとして説明する。
【００４１】
（実施の形態２）
次に本発明の実施の形態２における撮像素子及び撮像装置について説明する。図７は、本実施の形態による撮像素子の構成図である。また図８及び図９は同撮像素子の画素読み出し動作手順を示す説明図である。以下図１、図７〜図９を用いて説明する。
【００４２】
図７に示す撮像素子はＩＴ型又はＰＳ型のＣＣＤ固体撮像素子であり、水平転送部（ＨＣＣＤ）２０１、電荷検出部２０２、光電変換部２０３、垂直転送部（ＶＣＣＤ）２０４、水平ドレイン２０５を有している。水平ドレイン２０５は垂直転送部２０４からの信号電荷を水平転送部２０１に転送したり、基板側に排出するものである。またこの撮像素子上には、全画素反転配列の色フィルタが形成されている。図中のＹｅはイエロー、Ｍｇはマゼンタ、Ｃｙはシアン、Ｇはグリーンの各色を表し、１光電変換素子に１色の色フィルタが対応している。
【００４３】
このように構成された本実施の形態による撮像装置の動作を説明する。図１のレンズ１０１及び絞り１０２を通過した被写体の撮像光は、撮像素子１０３によって光電変換される。このとき絞り１０２により適正露光となり、撮像素子１０３では、撮像素子駆動回路１０４の駆動信号によって、図７に示すように光電変換部２０３の信号電荷が垂直転送部２０４に移送される。その後垂直転送部２０４で垂直転送され、水平ドレイン２０５にて基板側に排出されなかった信号電荷は、水平転送部２０１を経て出力部である電荷検出部２０２から撮像信号が出力される。
【００４４】
その後撮像素子１０３から出力された撮像信号は、図１のアナログ処理回路１０６に入力されて、ノイズ除去やゲイン調整等が施される。アナログ処理回路１０５の出力信号はＡ／Ｄ回路１０７にてデジタル信号に変換され、カメラ部映像信号処理回路１０８に入力される。カメラ部映像信号処理回路１０８では、各色フィルタに対応した撮像信号（画素信号）から輝度信号及び色信号を生成する。また、全体制御回路１０９は撮像素子駆動制御回路１０５及びカメラ部映像信号処理回路１０８を制御することによって、同一フィールドでの制御等のタイミング調整を行う。
【００４５】
次に、撮像素子１０３において、垂直方向の画素数が画像表示部（図示せず）より多い場合の撮像素子の駆動方法を以下に説明する。図８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、及び図９（ｄ）、（ｅ）は撮像素子１０３の駆動方法を示す説明図であり、光電変換部２０３に蓄積された信号電荷の流れを示している。なお図８（ａ）には図７と同一のブロックには同じ番号を記し、図８（ｂ）、（ｃ）、及び図９（ｄ）、（ｅ）では、各ブロックに対する番号を省略している。また、ここでは撮像素子の１画素に対して２段の垂直転送部が対応しているものとする。
【００４６】
まず図８（ａ）に示すように、光電変換部２０３に蓄積された各色フィルタに対応する信号電荷（図中のCy1,Ye1,Mg2,G2,・・ ）は垂直転送部２０４に移送される。次に図８（ｂ）に示すように、垂直方向に１画素分、即ち垂直転送段数としては２段転送され、色フィルタ（Cy1,Ye1 ）に対応する信号電荷が水平ドレイン２０５で排出される。さらに図８（ｃ）に示すように、垂直方向に２画素分、即ち計垂直方向に４段転送され、色フィルタ（Mg2,Ye3,G2,Cy3）に対応する信号電荷は水平ドレイン２０５を通過し、ＨＣＣＤ２０１に移動して垂直方向の２画素が混合される。その後混合された信号電荷はＨＣＣＤ２０１内を転送され、図７の電荷検出部２０２を経て撮像信号として出力される。
【００４７】
以下同様に図９（ｄ）に示すように、垂直方向に１画素分、即ち計垂直方向に２段転送され、色フィルタ（Cy4,Ye4 ）に対応する信号電荷は水平ドレイン２０５で排出される。そして図９（ｅ）に示すように、色フィルタ（G5,Ye6,Mg5,Cy6）に対応する信号電荷が水平ドレイン２０５を通過し、ＨＣＣＤ２０１に移動して垂直方向の２画素が混合される。その後ＨＣＣＤ２０１内を水平転送され、図７の電荷検出部２０２を経て撮像信号として出力される。
【００４８】
このような撮像素子１０３の駆動制御により、光電変換部２０３に蓄積された信号電荷は垂直方向に２画素混合と１画素排出（間引き) 処理とが繰り返される。このため、撮像素子１０３から出力される撮像信号のライン数が光電変換部の素子ライン数の１／３に変換される。ここで図７の垂直転送部２０４、水平ドレイン２０５、水平転送部２０１、及び図１の撮像素子駆動制御回路１０５は、垂直転送部２０４から水平転送部２０１への電荷転送を制御し、連続する垂直３列中の隣接２列の信号電荷を加算する電荷転送制御手段の機能を構成している。
【００４９】
また、図８及び図９のように排出される垂直１画素の色フィルタ（Cy1,Ye1 及びCy4,Ye4 ）と、ＨＣＣＤで電荷混合されて出力される垂直２画素の色フィルタ（Ye3,Mg2,Cy3,G2及びYe6,G5,Cy6,Mg5）との組み合わせは、図５に示したパターン１に対応する。ここで電荷混合され出力される垂直２画素の色フィルタを（Mg2,Cy1,G2,Ye1及びG5,Cy4,Mg5,Ye4）とし、排出される垂直１画素の色フィルタを（Ye3,Cy3 及びYe6,Cy6 ）とすると、この組み合わせは図５に示したパターン２に対応する。
【００５０】
次に、このような駆動方法により撮像素子１０３から得られる信号成分について説明する。図５、図８及び図９に示すように、パターン１に対応する駆動方法で出力される撮像信号は、隣接する水平２画素の信号を加算することで輝度信号（Ｍｇ＋Ｙｅ＋Ｇ＋Ｃｙ＝Ｙ）となり、また隣接する水平２画素の信号を減算することで（Ｍｇ＋Ｙｅ−Ｇ−Ｃｙ＝２Ｒ−Ｇ）と（Ｍｇ＋Ｃｙ−Ｇ−Ｙｅ＝２Ｂ−Ｇ）のライン順次の色差信号となる。同様にパターン２の駆動方法で出力される撮像信号は、隣接する水平２画素の信号を加算することで輝度信号（Ｍｇ＋Ｙｅ＋Ｇ＋Ｃｙ＝Ｙ）となり、また隣接する水平２画素の信号を減算することで（Ｍｇ＋Ｙｅ−Ｇ−Ｃｙ＝２Ｒ−Ｇ）と（Ｍｇ＋Ｃｙ−Ｇ−Ｙｅ＝２Ｂ−Ｇ）のライン順次の色差信号となる。
【００５１】
以上のように、撮像素子１０３に特定の信号電荷を基板側に排出する水平ドレイン２０５を設け、垂直方向に２画素電荷混合と１画素電荷排出とを繰り返すことにより、撮像素子のライン数を１／３に変換した撮像信号を生成することができる。このため、多画素の撮像素子から低い周波数での読み出しが可能になる。またこのとき出力される撮像信号からは、所定規格の輝度信号及び線順次の色差信号を生成でき、２画素電荷混合と１画素電荷排出との組み合わせを変えることによって、異なる空間位相の撮像信号を得ることができる。更にこの場合、撮像素子の光電変換部と垂直転送部との電荷の移送制御は、通常の撮像素子と同様で良く、特別な移送制御を行うための撮像素子の構成や、駆動制御回路を必要としない。
【００５２】
なお、上記の実施の形態２においては、垂直転送部においては信号電荷を垂直方向に混合しない転送方法を説明したが、垂直転送部において電荷を垂直方向に混合して転送する場合でも、同様の効果を得ることができる。
【００５３】
（実施の形態３）
次に本発明の実施の形態３における撮像素子及び撮像装置について説明する。図１０及び図１１は本実施の形態の撮像素子の構成図であり、図１２は撮像素子の動作手順を示す説明図である。以下これらの図を用いて説明する。
【００５４】
図１０及び図１１の撮像素子について、図７に示した実施の形態２の撮像素子と異なる点を中心に説明する。図１０及び図１１において、図７の撮像素子の構成と対応する部分には同一の符号を付している。図７の撮像素子と異なるのは、２種類の電荷移送制御パルス（ａ）２０６及び電荷移送制御パルス（ｂ）２０７が用いられることと、水平ドレインが設けられていないことである。また、図１０と図１１で示すように、電荷移送制御パルス２０６及び電荷移送制御パルス２０７の対応する画素が、第１のモードと第２のモードとで異なっている。
【００５５】
次にこのように構成された撮像素子の動作を図１２（ａ）〜（ｃ）を用いて説明する。まず図１２（ａ）に示すように、第１の動作モードとして図１０に示した電荷移送制御パルス（ａ）２０６により光電変換部２０３に蓄積された色フィルタ（図中のMg2,G2,Ye3,Cy3及びG5,Mg5,Ye6,Cy6・・）に対応する信号電荷を垂直転送部２０４に移送する。その直後は図１２（ｂ）に示すように光電変換部２０３に残っている色フィルタ（図中のCy1,Ye1 及びCy4,Ye4・・ ）に対応する信号電荷を垂直転送部２０４に移送せずに、基板側に排出する。その後は図１２（ｃ）に示すように、垂直転送部２０４に移送した信号電荷を垂直転送し、図１０のＨＣＣＤ２０１に転送する。その後垂直方向に隣接する２画素の信号電荷をＨＣＣＤ２０１上で混合する（図示せず）。
【００５６】
これにより、光電変換部２０３に蓄積された信号電荷に対して垂直方向の２画素混合と１画素排出（間引き) 処理とが繰り返される。こうして、撮像素子１０３から出力される撮像信号のライン数は光電変換部のライン数の１／３となる。
【００５７】
また、図１２に示した第１の動作モードで排出される垂直１画素の色フィルタ（Cy1,Ye1 及びCy4,Ye4 ）と、ＨＣＣＤで電荷混合され出力される垂直２画素の色フィルタ（Ye3,Mg2,Cy3,G2及びYe6,G5,Cy6,Mg5）との組み合わせは、図５に示したパターン１に対応する。
【００５８】
次に第２の動作モードとして、図１１に示した電荷移送制御パルス（ａ）２０６により電荷混合されて出力される垂直２画素の色フィルタを（Mg2,Cy1,G2,Ye1及びG5,Cy4,Mg5,Ye4）とし、排出される垂直１画素の色フィルタを（Ye3,Cy3 及びYe6,Cy6 ）とすると、この組み合わせは図５に示したパターン２に対応する。
【００５９】
これにより、光電変換部２０３に蓄積された信号電荷に対して、垂直方向の２画素混合と１画素排出（間引き) との処理が繰り返される。このため、撮像素子１０３から出力される撮像信号のライン数を光電変換部のライン数の１／３に変換することができる。
【００６０】
次に、このような駆動方法により撮像素子１０３から得られる信号成分について説明する。図５及び図１０〜図１２に示すように、パターン１に対応する駆動方法で出力される撮像信号において、隣接する水平２画素の信号を加算することで、輝度信号（Mg+Ye+G+Cy＝Y ）が得られる。また隣接する水平２画素の信号を減算することで、ライン順次の色差信号（Mg+Ye-G-Cy＝２R-G)と色差信号（Mg+Cy-G-Ye＝２B-G ）が得られる。
【００６１】
同様にパターン２の駆動方法で出力される撮像信号において、隣接する水平２画素の信号を加算することで、輝度信号（Mg+Ye+G+Cy＝Y ）が得られる。また隣接する水平２画素の信号を減算することで、ライン順次の色差信号（Mg+Ye-G-Cy＝２R-G)と色差信号（Mg+Cy-G-Ye＝２B-G ）が得られる。
【００６２】
以上のように、撮像素子の電荷移送制御と電荷排出制御により、垂直方向に２画素電荷混合と１画素電荷排出とを繰り返すと、撮像素子の１／３のライン数を有する撮像信号に変換することができる。このため多画素の撮像素子から低い周波数での読み出しが可能になる。またこのとき出力される撮像信号からは、輝度信号及び線順次の色差信号を生成でき、２画素電荷混合と１画素電荷排出との組み合わせを変えることによって、異なる空間位相の撮像信号を得ることができる。更にこの場合、撮像素子として水平ドレインのような特別な電荷排出構成を必要としない。
【００６３】
なお、上記の実施の形態３においては、垂直転送部においては信号電荷を垂直方向に混合して転送する場合を説明したが、垂直転送部において電荷を垂直方向に混合せずに転送する構成でも、同様の効果を得ることができる。
【００６４】
（実施の形態４）
次に本発明の実施の形態４における撮像装置について説明する。図１３は本実施の形態による撮像装置の全体構成を示すブロック図である。尚、図１の撮像装置と対応する部分には同一の符号を付けてそれらの説明は省略する。実施の形態１の撮像装置と異なる部分は、カメラ部映像信号処理回路１０８の後段に空間位相変化手段として垂直内挿処理回路１１０を設けたことと、全体制御回路１１１の機能が異なることである。
【００６５】
以下、実施の形態１の撮像装置と異なる点を中心に説明する。この撮像装置の撮像素子１０３は、全体制御回路１１１、撮像素子駆動制御回路１０５、撮像素子駆動回路１０４によって撮像動作が制御される。本実施の形態の撮像動作は、実施の形態２及び実施の形態３で示した機能のいずれかを有するものである。即ち、実施の形態２のように撮像素子に対して電荷を排出する水平ドレインを設け、垂直方向に２画素電荷混合と１画素電荷排出とを繰り返すことにより、撮像素子の１／３のライン数の撮像信号を得てもよい。また、実施の形態３のように撮像素子の電荷移送制御パルスと電荷排出制御とにより、垂直方向に２画素電荷混合と１画素電荷排出とを繰り返し、撮像素子の１／３のライン数の撮像信号を得てもよい。
【００６６】
また、実施の形態２及び３では、撮像素子から出力される撮像信号がカメラ部映像信号処理回路１０８により輝度信号及び線順次の色差信号に変換され、２画素電荷混合と１画素電荷排出との組み合わせを変えることによって、異なる空間位相の撮像信号を得ることが可能であった。本実施の形態では、この２画素電荷混合と１画素電荷排出の組み合わせを制御することにより、異なる空間位相の撮像信号を得る方法について具体化したことである。
【００６７】
図１４は、撮像素子１０３の出力信号と垂直内挿処理回路１１０の出力信号の空間位置関係を示す説明図であり、図５に示したパターン１の信号処理方法とパターン２の信号処理方法とを示している。
【００６８】
まず、パターン１において、２画素混合（Mg2+Ye3,G5+Ye6,Mg8+Ye9, ・・）の空間位置に撮像素子出力信号（S10,S11,S12 ・・）が生成される。この信号は図１４に示すように３画素間隔周期の信号である。この出力信号は図１３のカメラ部映像信号処理回路１０８に入力され、輝度信号及び色信号に変換される。これらの輝度信号及び色信号は垂直内挿処理回路１１０に入力され、撮像素子出力信号（S10,S11,S12 ・・）の空間位置にある信号に対して内挿処理が行われ、垂直内挿出力信号（SO11,SO12 ・・）が生成される。
【００６９】
次に、パターン２において、２画素混合（Cy1+Mg2,Cy4+G5,Cy7+Mg8, ・・）の空間位置に撮像素子出力信号（S20,S21,S22 ・・）が生成される。この信号も３画素間隔周期の信号である。この出力信号はカメラ部映像信号処理回路１０８により輝度信号及び色信号に変換される。これらの輝度信号及び色信号は垂直内挿処理回路１１０に入力され、撮像素子出力信号（S20,S21,S22・・・）の空間位置にある信号に対して内挿処理が行われ、垂直内挿出力信号（SO21,SO22 ・・）が生成される。ここで図１４に示すように、パターン１の撮像素子出力信号（S10,S11,S12・・・）とパターン２の撮像素子出力信号（S20,S21,S22・・・）とを比較すると、パターン２の撮像素子出力信号（S20,S21,S22・・・）が図中の下方向に一画素分ずれている。
【００７０】
このような撮像素子出力信号が垂直内挿処理回路１１０に入力されると、パターン１では内挿比率（１１：１）の内挿処理により、信号（S10,S11 ）から信号SO11が生成され、信号（S11,S12 ）から信号SO12が生成される。一方、パターン２では内挿比率（１：１１）の内挿処理により、信号（S20,S21 ）から信号SO21が生成され、信号（S21,S22 ）から信号SO22が生成される。以上のような内挿処理により、パターン１の垂直内挿出力信号（SO11,SO12 ・・）とパターン２の垂直内挿出力信号（SO21,SO22 ・・）との空間位置は１．５画素間隔となり、インタレースの位置関係にすることができる。
【００７１】
以上のように、本実施の形態においては、垂直内挿処理回路１１０を設けることによって、撮像素子において２画素電荷混合と１画素電荷排出の組み合わせを変えただけで、撮像素子出力信号の空間位相をテレビジョン放送方式におけるインタレースの位置関係にすることができ、垂直方向の解像度を向上することができる。
【００７２】
（実施の形態５）
次に本発明の実施の形態５における撮像装置について説明する。図１５は本実施の形態による撮像装置の全体構成を示すブロック図である。図１３に示す実施の形態４と同一部分は、同一の符号を付けて詳細な説明は省略する。実施の形態４の撮像装置と異なるのは、カメラ部映像信号処理回路１０８の構成要素として、ＮＴＳＣ信号処理回路１１２とＰＡＬ信号処理回路１１３とを設けたことと、ＮＴＳＣ駆動設定回路１１４とＰＡＬ駆動設定回路１１５とから構成される駆動方式設定回路１１６を設けたことである。また全体制御回路１１７は駆動方式設定回路１１６から駆動方式が設定され、カメラ部映像信号処理回路１０８、垂直内挿処理回路１１０、撮像素子駆動制御回路１０５に対してシステム制御を行う。
【００７３】
このように構成された撮像装置の動作について説明する。レンズ１０１及び絞り１０２を通過した被写体の撮像光は、撮像素子駆動回路１０４の動作により撮像素子１０３にて撮像され、撮像素子１０３から撮像素子出力信号が出力される。また、駆動方式設定回路１１６により設定された駆動方式により、全体制御回路１１７は撮像素子駆動制御回路１０５を介して撮像素子駆動回路１０４を制御する。また全体制御回路１１７は各駆動方式に応じてカメラ部映像信号処理回路１０８に対して必要な信号処理を制御する。
【００７４】
図１６及び図１７は図１５に示した撮像素子１０３の駆動タイミングの一例を示す説明図であり、図１６はＡフィールド、図１７はＢフィールドの場合を示す。図１６及び図１７において、（１）の垂直ＢＬＫは、テレビジョン信号での垂直ブランキング信号である。（２）のＨＤはテレビジョン信号での水平方向の基準信号、（３）のＶＤはテレビジョン信号での垂直方向の基準信号である。（４）のチャージパルス（ＣＨ）は撮像素子１０３において、光電変換素子に蓄積された信号電荷を垂直転送部に移送するための信号である。（５）のＶ転送パルスは移送された信号電荷を垂直転送部で垂直方向に転送するための信号である。（６）のＨ転送パルスは垂直転送部を転送された信号電荷を水平転送部で水平方向に転送するための信号である。（７）の撮像素子出力信号は転送パルス等によって読み出された撮像素子１０３の出力信号を示している。なお図１６及び図１７はいずれもフィールドの開始付近の駆動タイミングを示している。
【００７５】
図１６の撮像素子駆動タイミング図を用いて撮像素子１０３の動作を説明する。（５）に示すように、チャージパルス（ＣＨ）の前後に、Ｖ転送パルスとして高速な転送パルスを高速転送期間（前半) ｔ2 及び高速転送期間（後半) ｔ1 に発生させ、ＶＣＣＤを駆動する。図１８は図１６又は図１７に示す駆動タイミング時の撮像素子の読み出し信号の説明図である。図１８において撮像素子１０３は、水平画素数をＨとし、垂直画素数をＶとし、垂直方向の正規の出力画素数はＶより少ないものとする。
【００７６】
まず高速転送（前半）期間ｔ2 の高速パルスによってＶ１領域の信号が高速に転送される。そしてＶ２領域の正規の信号が読み出され、これに続き、高速転送（後半）期間ｔ1 の高速パルスによってＶ３領域の信号が高速に転送される。
【００７７】
次に、撮像素子駆動回路１０４の動作に基づき出力される撮像素子出力信号の処理方法の概要を図１９を用いて説明する。図１９に示すように、撮像素子１０３の全領域、即ち（ｘ0 ，ｙ0 ）、（ｘ0 ，ｙ3 ）、（ｘ3 ，ｙ3 ）、（ｘ3 ，ｙ0 ）で囲まれる領域はｍ０画素×ｎ０ラインで構成されるものとし、映像信号の出力領域（ｍ１画素×ｎ１ライン）、 即ち（ｘ1 ，ｙ1 ）、（ｘ1 ，ｙ2 ）、（ｘ2 ，ｙ2 ）、（ｘ2 ，ｙ1 ）で囲まれる領域以外を手振れ補正のための余裕領域として使用することが可能である。図１９（ｂ）に示すように、まず撮像素子駆動回路１０４による高速掃き出し処理により、（ｍ０画素×ｎ１ライン）の領域の撮像信号が読み出される。次にこの（ｍ０画素×ｎ１ライン）の領域の撮像信号はカメラ部映像信号処理回路１０８において、（ｍ１画素×ｎ１ライン）の領域の撮像信号として切り出される。その後図１９（ｃ）に示すように、クロック変換等を行い（ｍ２画素×ｎ１ライン）の撮像信号に変換される。ここで手振れ量検出手段（図示せず）で検出した動き検出データに基づいて、垂直方向の動きをキャンセルするように撮像素子の読み出し領域（ｍ０画素×ｎ１ライン）の位置が設定され、水平方向の動きをキャンセルするように撮像信号の出力領域（ｍ１画素×ｎ１ライン）の位置が設定される。
【００７８】
これは、例えば撮像素子１０３のアスペクト比（縦横比) がテレビジョン信号と同じ４：３の場合、撮像素子１０３からの読み出し時に垂直方向にｎ１/ ｎ０に切り出されるので、カメラ部映像信号処理回路１０８において水平方向にも同様にｎ１/ ｎ０の比で切り出す必要がある。図１９（ｂ）では一般的にｍ１/ ｍ０の比で切り出す場合を示しているが、この場合ｎ１/ ｎ０＝ｍ１/ ｍ０の関係に設定する必要がある。次にこの切り出した水平領域の撮像信号をテレビジョン信号の出力フォーマットに合致するように、必要に応じてクロック変換や画素数変換等の処理を行う。
【００７９】
このように垂直転送部の高速転送駆動と動画信号処理により撮像素子１０３の読み出し開始位置を制御することで、垂直方向の手振れを補正した動画像を得ることができる。
【００８０】
次に、本実施の形態の撮像装置において、駆動方式設定回路１１６を構成するＮＴＳＣ駆動設定回路１１４とＰＡＬ駆動設定回路１１５との動作と、設定された駆動方式に対応するカメラ部信号処理回路１０８の動作とを具体的に説明する。図２０及び図２１はＮＴＳＣ規格に駆動設定された場合の撮像素子１０３の動作及び撮像素子出力信号の処理の概要を示した説明図である。また図２２はＰＡＬ規格に駆動設定された場合の撮像素子１０３の動作及び撮像素子出力信号の処理の概要を示した説明図である。ここでは撮像素子１０３の全領域（ｍ０画素×ｎ０ライン）として（１２８０画素×９６０ライン）で構成されているものとする。
【００８１】
図２０はＮＴＳＣ規格に駆動設定される第１の場合を示し、図２１は第２の場合を示している。図２０（ａ）に示すように、撮像素子１０３の全領域は（１２８０画素×９６０ライン）、 即ち（ｘ0 ，ｙ0 ）、（ｘ0 ，ｙ3 ）、（ｘ3 ，ｙ3 ）、（ｘ3 ，ｙ0 ）で囲まれる領域で構成され、映像信号の出力領域、 即ち（ｘ1 ，ｙ1 ）、（ｘ1 ，ｙ2 ）、（ｘ2 ，ｙ2 ）、（ｘ2 ，ｙ1 ）で囲まれる領域以外を手振れ補正のための余裕領域として使用する。まず撮像素子駆動回路１０４による高速掃き出し処理により、（１２８０画素×７２０ライン）の領域の撮像信号を、前述した実施の形態で説明したように２画素電荷混合と１画素電荷排出の駆動により読み出す。こうすると図２０（ｂ）に示すように、撮像素子１０３からの出力信号のライン数は１／３となり、（１２８０画素×２４０ライン）の撮像信号が読み出される。
【００８２】
次にこの（１２８０画素×２４０ライン）の撮像信号はカメラ部映像信号処理回路１０８に入力され、（９６０画素×２４０ライン）の領域の撮像信号に切り出される。その後クロック変換等が行われ、水平方向３／４の画素数に変換され、（７２０画素×２４０ライン）の撮像信号となる。これは、ＤＶフォーマットである１フィールドが７２０画素×２４０ラインの映像信号に相当している。
【００８３】
また、このとき手振れ量検出手段（図示せず）で検出した動き検出データに基づいて、垂直方向の動きをキャンセルするように撮像素子の読み出し領域の位置が設定され、水平方向の動きをキャンセルするように撮像信号の出力領域の位置が設定される。
【００８４】
このように、駆動方式設定回路１１６内のＮＴＳＣ駆動設定回路１１４によりＮＴＳＣ駆動方式が設定された場合は、前半と後半合わせて２４０ラインの高速掃き出し駆動と、２画素電荷混合と１画素電荷排出の駆動が行われ、撮像素子１０３からＮＴＳＣ方式に合致した１フィールド２４０ラインの撮像信号を得ることができる。このとき３３％(1.33=960 ライン/720ライン) の手振れ補正範囲が確保される。
【００８５】
次に、ＮＴＳＣ規格に駆動設定される第２の場合について説明する。ＮＴＳＣ規格の駆動方法を設定する第２の場合として、図２１（ａ）に示すように撮像素子１０３の全領域、即ち（ｘ0 ，ｙ0 ）、（ｘ0 ，ｙ3 ）、（ｘ3 ，ｙ3 ）、（ｘ3 ，ｙ0 ）で囲まれる領域として（１２８０画素×９６０ライン）で構成し、映像信号の出力領域、即ち、（ｘ1 ，ｙ1 ）、（ｘ1 ，ｙ2 ）、（ｘ2 ，ｙ2 ）、（ｘ2 ，ｙ1 ）で囲まれる領域以外を手振れ補正のための余裕領域として使用する。まず図１５の撮像素子駆動回路１０４による高速掃き出し処理により、図２１（ｂ）に示すような（１２８０画素×８６４ライン）の領域の撮像信号を生成する。この処理は前述した各実施の形態と同様の２画素電荷混合と１画素電荷排出との駆動により行われる。こうすると、出力信号のライン数は１／３となり、撮像素子１０３から（１２８０画素×２８８ライン）の撮像信号が読み出される。
【００８６】
次にこの（１２８０画素×２８８ライン）の撮像信号は、図２１（ｃ）に示すようにカメラ部映像信号処理回路１０８において水平方向１１５２画素の領域の撮像信号に切り出され、（１１５２画素×２８８ライン）の信号となる。その後クロック変換等により、水平方向５／８の画素数変換及び垂直方向５／６のライン数変換が行われ、（７２０画素×２４０ライン）の撮像信号となる。この信号はＤＶフォーマットである１フィールド、７２０画素×２４０ラインの信号に相当している。
【００８７】
また、このとき手振れ量検出手段（図示せず）で検出した動き検出データに基づいて、垂直方向の動きをキャンセルするように撮像素子の読み出し領域の位置が設定され、水平方向の動きをキャンセルするように撮像信号の出力領域の位置が設定される。
【００８８】
このように、駆動方式設定回路１１６内のＮＴＳＣ駆動設定回路１１４によりＮＴＳＣ規格の駆動方式が設定された場合には、前半と後半合わせて９６ラインの高速掃き出し駆動と、２画素電荷混合と１画素電荷排出との駆動が行われる。これにより撮像素子１０３から２８８ラインの撮像信号が得られ、その後カメラ部映像信号処理回路１０６において、ＮＴＳＣ方式に合致した１フィールド２４０ラインの撮像信号が得られる。この場合、１１％(1.11=960 ライン/864ライン) の手振れ補正範囲が確保される。
【００８９】
図２２（ａ）に示すように、撮像素子１０３の全領域は（１２８０画素×９６０ライン）で構成されている。そして、撮像信号の出力領域以外を手振れ補正のための余裕領域として使用するものとする。ＰＡＬ規格の駆動方式が設定された場合、まず撮像素子駆動回路１０４による高速掃き出し処理により、図２２（ｂ）に示すように（１２８０画素×８６４ライン）の領域の撮像信号に変換される。前述した各実施の形態に示したように、２画素電荷混合と１画素電荷排出の駆動により信号を読み出すと、撮像素子１０３からの出力信号のライン数は１／３となる。こうして撮像素子１０３から（１２８０画素×２８８ライン）の撮像信号が読み出される。
【００９０】
次にこのような（１２８０画素×２８８ライン）の撮像信号はカメラ部映像信号処理回路１０８に入力されると、図２２に示すように（１１５２画素×２８８ライン）の領域の撮像信号に切り出される。その後クロック変換等により、水平方向５／８の画素数変換を行われ、（７２０画素×２８８ライン）の信号となる。この信号はＤＶフォーマットである１フィールド、７２０画素×２８８ラインの信号に相当する。
【００９１】
また、このとき手振れ量検出手段（図示せず）で検出した動き検出データに基づいて、垂直方向の動きをキャンセルするように撮像素子の読み出し領域の位置が設定され、水平方向の動きをキャンセルするように撮像信号の出力領域の位置が設定される。
【００９２】
このように、駆動方式設定回路１１６のＰＡＬ駆動設定回路１１５によりＰＡＬ規格の駆動方式が設定された場合は、前半と後半合わせて９６ラインの高速掃き出し駆動と、２画素電荷混合と１画素電荷排出の駆動とがなされる。こうして撮像素子１０３からＰＡＬ方式に合致した１フィールド２８８ラインの撮像信号を得ることができる。この場合、１１％(1.11=960 ライン/864ライン) の手振れ補正範囲が確保される。
【００９３】
また、図２１で示したＮＴＳＣ規格の駆動方法における第２の場合と、図２２で示したＰＡＬ規格の駆動方式の場合は、撮像素子１０３における撮像信号の出力領域のサイズが等しくなるので、画角、言い換えればレンズの焦点距離が等しくなる。このためＮＴＳＣ版とＰＡＬ版とで、撮像装置の仕様を共通化することが可能となる。
【００９４】
以上のように、駆動方式設定回路１１６を設け、撮像素子１０３に対する高速掃き出し駆動と２画素電荷混合と１画素電荷排出との駆動を行うことによって、ＮＴＳＣ規格の設定時にはＤＶフォーマットに合致した１フィールド、７２０画素×２４０ラインの撮像信号を生成することができる。また、ＰＡＬ規格の設定時にはＤＶフォーマットに合致した１フィールド、７２０画素×２８８ラインの撮像信号を容易に生成することができる。
【００９５】
なお、実施の形態５においては、駆動方式設定回路１１６にＮＴＳＣ駆動設定回路１１４とＰＡＬ駆動設定回路１１５とを設け、カメラ部映像信号処理回路１０８にＮＴＳＣ信号処理回路１１２とＰＡＬ信号処理回路１１３とを設ける場合を説明した。しかしそれ以外の構成方法として、駆動方式設定回路１１６としてＮＴＳＣ駆動設定回路１１４かＰＡＬ駆動設定回路１１５のどちらかを一方のみを取り付け、またカメラ部映像信号処理回路１０８としてＮＴＳＣ信号処理回路１１２かＰＡＬ信号処理回路１１３のどちらかを一方のみを取り付けるようにしても良い。こうすると、システム構成時に、即ち工場での商品生産時に、ＮＴＳＣ用撮像装置とＰＡＬ用撮像装置とを容易に切り替えることができる。
【００９６】
また、実施の形態５においては、撮像素子１０３の全領域が（１２８０画素×９６０ライン）で構成されている場合を説明したが、これに限らず他の画素数においても高速掃き出し駆動と２画素電荷混合と１画素電荷排出とを行い、撮像素子の垂直３行分に対して１行分を撮像信号として撮像素子から出力するように駆動することもできる。こうして撮像素子の駆動周波数を高くすることなく、ＮＴＳＣ方式及びＰＡＬ方式に合致した撮像素子出力信号を得ることができる。
【００９７】
また、上記の各実施の形態においては、色フィルタとしてシアン、黄色、マゼンダ、緑色の組合せと、シアン、黄色、ホワイト、緑色の組合せとの２つの場合を説明したが、これに限らず例えばベイヤー配列と呼ばれている第１列が赤，緑、第２列が緑，青の繰り返し配列の場合でも同様の効果を得ることが可能である。言い換えれば、隣接２列の色フィルタから一つの色信号を生成でき、さらに連続する６列内に異なる２つの色信号を交互を生成できる色フィルタ配列であれば良い。
【００９８】
また、上記の各実施の形態において、撮像素子の構造として一つの画素に対して二つの垂直転送段が対応し、また一つの垂直転送段に対して二つの水平転送段が対応している場合を説明したが、これに限るものではない。また、垂直転送部内の電荷の転送方法として、実施の形態２では電荷を混合しない場合を説明し、実施の形態４では混合する場合を示したが、これに限るものでない。
【００９９】
【発明の効果】
本発明の撮像素子によれば、感度の低下を抑圧、あるいは光の有効利用率を向上しつつ、光電変換部の信号電荷に対して垂直読み出しライン数を垂直画素数の１／３にすることができる。
【０１００】
また本発明の撮像装置によれば、撮像素子が１回の撮影動作で出力可能な画素数より、垂直方向の画素数の少ない画像の記録及び画像表示ができる。
【０１０１】
特に請求項１〜３記載の発明によれば、連続する３列毎から撮像信号１行分を生成することができ、撮像素子のライン数を削減した撮像信号を得ることで、撮像素子の駆動周波数を全ライン読み出し駆動に比べて低減することができる。
【０１０２】
特に請求項４〜６記載の発明によれば、映像信号処理手段を用いて連続する３列毎から一つの色信号を生成し、交互に二つの色信号を生成することができる。また撮像素子のライン数を削減したカラー撮像信号が得られ、撮像素子の駆動周波数を全ライン読み出し駆動に比べて低減することができる。
【０１０３】
特に請求項７〜１０記載の発明によれば、垂直方向に２画素電荷混合と１画素電荷排出を繰り返すことにより、撮像素子のライン数の１／３のライン数の映像信号を得ることができ、多画素の撮像素子から低い周波数での読み出しが可能になる。またこのとき２画素電荷混合と１画素電荷排出の組み合わせを変えることによって、異なる空間位置の信号を得ることが可能である。
【０１０４】
請求項１１，１２記載の発明によれば、撮像素子において２画素電荷混合と１画素電荷排出の組み合わせを変えることによって、撮像素子の出力信号の空間位置をテレビジョン放送方式におけるインタレースの位置関係にすることができる。また、垂直方向の解像度を向上することができる。
【０１０５】
請求項１３〜１５記載の発明によれば、撮像素子に対する高速掃き出し駆動と２画素電荷混合と１画素電荷排出の駆動を行うことによって、ＮＴＳＣ設定時にはＤＶフォーマットに合致した１フィールド、７２０画素×２４０ラインの映像信号を生成することができる。また、ＰＡＬ設定時にはＤＶフォーマットに合致した１フィールド、７２０画素×２８８ラインの映像信号を生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１による撮像装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】実施の形態１による撮像素子において、一般的な読み出し動作手順を示す説明図である。
【図３】実施の形態１による撮像素子において、色フィルタの第１の配列方法を示す説明図である。
【図４】実施の形態１による撮像素子において、色フィルタの第２の配列方法を示す説明図である。
【図５】実施の形態１による撮像素子において、第１の配列方法の色フィルタを有する画素から輝度信号と色信号とを生成する方法の説明図である。
【図６】実施の形態１による撮像素子において、第２の配列方法の色フィルタを有する画素から輝度信号と色信号とを生成する方法の説明図である。
【図７】本発明の実施の形態２による撮像装置に用いられる撮像素子の構成図である。
【図８】実施の形態２における撮像素子において、読み出し動作手順（その１）を示す説明図である。
【図９】実施の形態２における撮像素子において、読み出し動作手順（その２）を示す説明図である。
【図１０】本発明の実施の形態３による撮像装置に用いられる撮像素子の構成図（その１）である。
【図１１】本発明の実施の形態３による撮像装置に用いられる撮像素子の構成図（その２）である。
【図１２】実施の形態３における撮像素子において、読み出し動作手順を示す説明図である。
【図１３】本発明の実施の形態４による撮像装置の全体構成を示すブロック図である。
【図１４】実施の形態４による撮像素子において、撮像素子の出力信号と垂直内挿処理による撮像信号の空間位置関係を示す説明図である。
【図１５】本発明の実施の形態５による撮像装置の全体構成を示すブロック図である。
【図１６】実施の形態５による撮像素子の駆動タイミング（Ａフィールド）の一例を示す説明図である。
【図１７】実施の形態５による撮像素子の駆動タイミング（Ｂフィールド）の一例を示す説明図である。
【図１８】実施の形態５による撮像素子において、画素読み出し範囲を示す説明図である。
【図１９】実施の形態５による撮像素子において、手振れ補正を補償した撮像信号の出力領域を示す説明図である。
【図２０】実施の形態５による撮像素子において、ＮＴＳＣ規格に駆動設定された場合の撮像素子出力信号の第１の処理方法を示す説明図である。
【図２１】実施の形態５による撮像素子において、ＮＴＳＣ規格に駆動設定された場合の撮像素子出力信号の第２の処理方法を示す説明図である。
【図２２】実施の形態５による撮像素子において、ＰＡＬ規格に駆動設定された場合の撮像素子出力信号の処理方法を示す説明図である。
【符号の説明】
１０１ レンズ
１０２ 絞り
１０３ 撮像素子
１０４ 撮像素子駆動回路
１０５ 撮像素子駆動制御回路
１０６ アナログ処理回路
１０７ アナログ・デジタル変換回路（Ａ／Ｄ回路）
１０８ カメラ部映像信号処理回路
１０９，１１１，１１７ 全体制御回路
１１０ 垂直内挿処理回路
１１２ ＮＴＳＣ信号処理回路
１１３ ＰＡＬ信号処理回路
１１４ ＮＴＳＣ駆動設定回路
１１５ ＰＡＬ方式駆動設定回路
１１６ 駆動方式設定回路
２０１ 水平転送部（ＨＣＣＤ）
２０２ 電荷検出部
２０３ 光電変換部
２０４ 垂直転送部（ＶＣＣＤ）
２０５ 水平ドレイン
２０６，２０７ 電荷移送制御パルス
Claims (15)
- 第１〜第４の色フィルタが夫々の光電変換素子に対応して水平及び垂直方向に配列された色フィルタアレイと、前記複数の光電変換素子が水平及び垂直方向に配列され、前記色フィルタアレイを介して被写体を撮像して光電変換する光電変換部と、前記光電変換部で発生した信号電荷を読み出して垂直方向に転送する複数の垂直転送部と、前記垂直転送部に転送された信号電荷を順次に読み出し、ライン毎に水平転送する水平転送部と、を有する撮像素子であって、
前記色フィルタアレイは、
第１の色フィルタと第２の色フィルタが交互に水平方向に配列された第１の色フィルタ群と、
第３の色フィルタと第４の色フィルタが交互に水平方向に配列された第２の色フィルタ群と、
第２の色フィルタと第１の色フィルタが交互に水平方向に配列された第３の色フィルタ群と、
第１の色フィルタと第２の色フィルタが交互に水平方向に配列された第４の色フィルタ群と、
第４の色フィルタと第３の色フィルタが交互に水平方向に配列された第５の色フィルタ群と、
第２の色フィルタと第１の色フィルタが交互に水平方向に配列された第６の色フィルタ群と、がこの順序で配列されたものであり、
前記第１〜第６の色フィルタ群を１単位として複数単位の前記色フィルタ群が垂直方向に配列されたものであることを特徴とする撮像素子。 - 第１〜第４の色フィルタは、夫々シアン、黄色、マゼンダ、緑色の成分を透過させるものであることを特徴とする請求項１記載の撮像素子。
- 第１〜第４の色フィルタは、夫々シアン、黄色、ホワイト、緑色の成分を透過させるものであることを特徴とする請求項１記載の撮像素子。
- 請求項１に記載の撮像素子と、
前記撮像素子の出力信号から輝度信号と色信号を生成する映像信号処理手段と、を有する撮像装置であって、
前記映像信号処理手段は、
前記第２と第３の色フィルタ群を構成する色フィルタに対応する撮像素子の出力信号から第１の色信号を生成し、前記第５と第６の色フィルタ群を構成する色フィルタに対応する撮像素子の出力信号から前記第１の色信号と異なる色成分の第２の色信号を生成する第１のパターンと、
前記第１と第２の色フィルタ群を構成する色フィルタに対応する撮像素子の出力信号から前記第２の色信号を生成し、前記第４と第５の色フィルタ群を構成する色フィルタに対応する撮像素子の出力信号から前記第１の色信号を作成する第２のパターンとの信号処理を行うものであることを特徴とする撮像装置。 - 前記第１及び第２のパターンにおいてＲ，Ｇ，Ｂを赤色、緑色、青色とするとき、前記第１の色信号は２Ｒ−Ｇに相当する色信号、前記第２の色信号は２Ｂ−Ｇに相当する色信号であることを特徴とする請求項４記載の撮像装置。
- 前記第１及び第２のパターンにおいてＲ，Ｇ，Ｂを赤色、緑色、青色とするとき、前記第１の色信号は２Ｒに相当する色信号、前記第２の色信号は２Ｂに相当する色信号であることを特徴とする請求項４記載の撮像装置。
- 第１〜第４の色フィルタが夫々の光電変換素子に対応して水平及び垂直方向に配列された色フィルタアレイと、
前記複数の光電変換素子が水平及び垂直方向に配列され、前記色フィルタアレイを介して被写体を撮像して光電変換する光電変換部と、
前記光電変換部で発生した信号電荷を読み出して垂直方向に転送する複数の垂直転送部と、
前記垂直転送部の終端部に接続され、前記垂直転送部から垂直転送された信号電荷を順次に取り込み、ライン毎に信号電荷を水平転送する水平転送部と、
前記水平転送部から転送された信号電荷を撮像信号に変換して出力する出力部と、を有する撮像素子であって、
前記色フィルタアレイは、
水平方向の６列で１単位とする色フィルタ群が、垂直方向に複数単位配列されて構成されたものであり、
前記出力部は、
前記光電変換部において連続する垂直方向３列のうち、隣接２列の信号電荷を加算した信号を各ラインの撮像信号として出力するものであることを特徴とする撮像素子。 - 前記垂直転送部から前記水平転送部への電荷転送を制御し、連続する垂直３列中の隣接２列の信号電荷を加算する電荷転送制御手段を設けたことを特徴とする請求項７記載の撮像素子。
- 前記光電変換部から前記垂直転送部への信号電荷読み出しを、隣接２列の信号電荷の組合せを変えることにより制御し、連続する垂直３列中の隣接２列の信号電荷を加算する電荷転送制御手段を設けたことを特徴とする請求項７記載の撮像素子。
- 前記電荷転送制御手段は、
異なるフィールドにおいて信号電荷を加算する２列の組み合わせを変化させることを特徴とする請求項８又は９記載の撮像素子。 - 請求項７に記載の撮像素子を用いた撮像装置であって、
前記撮像素子の出力信号に対して異なるフィールドにおける空間位相を異なる方向に変化させる空間位相変化手段を具備することを特徴とする撮像装置。 - 前記空間位相変化手段は、
異なるフィールドにおける前記撮像素子の出力信号の空間位相を、インタレースの位置関係にするものであることを特徴とする請求項１１記載の撮像装置。 - 前記撮像素子の光電変換部に対して信号電荷の読み出しパルスを与え、前記垂直転送部及び水平転送部に対して転送パルスを与える撮像素子駆動手段と、
前記撮像素子駆動手段と空間位相変化手段に対して各放送規格に対応した駆動方式を設定する駆動方式設定手段と、を具備することを特徴とする請求項１１記載の撮像装置。 - 前記駆動方式設定手段は、
ＮＴＳＣ方式又はＰＡＬ方式の設定と、不要ラインの掃き出しの設定とを行うものであることを特徴とする請求項１３記載の撮像装置。 - 前記撮像素子は、
有効画素数が水平１２８０画素、垂直９６０画素であり、前記駆動方式設定手段は設定によりＮＴＳＣ方式又はＰＡＬ方式の撮像信号を出力することを特徴とする請求項１３記載の撮像装置。
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