(57)【要約】【課題】ダイナミックレンジを向上させながら、解像度およびSN比を確保して画質劣化を抑え、さらに、適切な間引き撮影が可能な固体撮像装置および撮像方法を提供する。【解決手段】固体撮像装置10には、光電感度特性の高い受光素子と、光電感度特性の低い受光素子があり、これらは、縦方向および横方向において交互に配される。色フィルタCFは、光電感度特性の高い受光素子に赤色を配した第１の部分と、光電感度特性の低い受光素子に青色を配した第２の部分と、光電感度特性の高い受光素子に青色を配した第３の部分と、光電感度特性の低い受光素子に赤色を配した第４の部分を含む。複数の受光素子のすべてから信号電荷を読み出す全画素読出しモードおよび受光素子を間引いて読み出す間引き読出しモードがあり、間引き読出しモードは、第１および第２の部分のうち少なくとも一方を読み出すモードと、第３および第４の部分のうち少なくとも一方を読み出すモードを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光が集光する集光面に該入射光を光電変換する複数の受光素子が２次元的に配され、前記入射光を三原色赤緑青にそれぞれ色分解する色フィルタが該受光素子に対して配され、駆動手段が、該複数の受光素子の光電変換により得られた信号電荷を所定のタイミングで駆動信号に応動して転送する固体撮像装置において、
前記受光素子には、光電感度特性が異なる少なくとも２種類があり、光電感度特性の高い受光素子と、光電感度特性の低い受光素子は、前記２次元の縦方向および横方向において交互に配され、
前記色フィルタは、光電感度特性の高い受光素子に赤色を配した第１の部分と、光電感度特性の低い受光素子に青色を配した第２の部分と、光電感度特性の高い受光素子に青色を配した第３の部分と、光電感度特性の低い受光素子に赤色を配した第４の部分を含み、
該装置は、
前記受光素子からの前記信号電荷の読出し動作を表すモードのうち、前記複数の受光素子のすべてから信号電荷を読み出す全画素読出しモードおよび前記受光素子を間引いて読み出す間引き読出しモードのいずれか一方のモードを指定するモード指定手段と、
該モード指定手段の指示に応じて前記駆動信号を生成するとともに、前記モードに応じて生成した駆動信号の供給先を選択して供給する駆動信号生成手段とを含み、
前記間引き読出しモードは、前記第１および第２の部分のうち少なくとも一方を読み出すモードと、前記第３および第４の部分のうち少なくとも一方を読み出すモードを含むことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の固体撮像装置において、前記光電感度特性の高い受光素子は受光面積が大きく、前記光電感度特性の低い受光素子は受光面積が小さいことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の固体撮像装置において、前記縦方向に隣接する前記光電感度特性の高い受光素子と前記光電感度特性の低い受光素子はペアを形成し、該ペアを形成する受光素子の色フィルタは同一色であることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項４】
請求項３に記載の固体撮像装置において、緑色である前記ペアは、前記縦方向の１列全体に配され、該緑色である列は、一列おきに配され、赤色および青色であるペアは、残りの列に、前記２次元の縦方向および横方向において交互に配されることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれかに記載の固体撮像装置において、前記第１、第２、第３、第４の部分はそれぞれ、水平方向に、光電感度特性の高い受光素子に赤色を配した第１の行、光電感度特性の低い受光素子に青色を配した第２の行、光電感度特性の高い受光素子に青色を配した第３の行、光電感度特性の低い受光素子に赤色を配した第４の行であることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項６】
入射光が集光する集光面に２次元的に配された複数の受光素子が該入射光を光電変換し、該受光素子に対して配された色フィルタが前記入射光を三原色赤緑青にそれぞれ色分解し、駆動手段が、該複数の受光素子の光電変換により得られた信号電荷を所定のタイミングで駆動信号に応動して転送する撮像方法において、
前記受光素子には、光電感度特性が異なる少なくとも２種類があり、光電感度特性の高い受光素子と、光電感度特性の低い受光素子を、前記２次元の縦方向および横方向において交互に配する工程と、
前記色フィルタに、光電感度特性の高い受光素子に赤色を配した第１の部分と、光電感度特性の低い受光素子に青色を配した第２の部分と、光電感度特性の高い受光素子に青色を配した第３の部分と、光電感度特性の低い受光素子に赤色を配した第４の部分を配する工程と、
前記受光素子からの前記信号電荷の読出し動作を表すモードのうち、前記複数の受光素子のすべてから信号電荷を読み出す全画素読出しモードおよび前記受光素子を間引いて読み出す間引き読出しモードのいずれか一方のモードを指定するモード指定工程と、
該モード指定手段の指示に応じて前記駆動信号を生成するとともに、前記モードに応じて生成した駆動信号の供給先を選択して供給する駆動信号生成工程とを含み、
前記モード指定工程では、間引き読出しモードにおいて、前記第１および第２の部分のうち少なくとも一方を読み出すモードと、前記第３および第４の部分のうち少なくとも一方を読み出すモードのうちいずれかを指定することを特徴とする撮像方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射光を電気信号に変換して被写界の像を装置に取り込む固体撮像装置および撮像方法に関し、とくに、ダイナミックレンジの向上を図るため、光電感度特性の高い受光素子と、光電感度特性の低い受光素子を用いた電子スチルカメラ装置、画像入力装置、ムービカメラ、携帯電話等に用いて好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
ダイナミックレンジの向上を図る観点から、光電感度特性の高い受光素子と、光電感度特性の低い受光素子を用いた固体撮像装置として、特許文献１に記載のものがある。この固体撮像装置は、大きい感光画素が水平方向に配列された行と、小さい感光画素が水平方向に配列された行を交互に配列したものである。たとえば、奇数ラインに大きい感光画素を配置し、偶数ラインに小さい感光画素を配置する。そしてハイライト光を受けたときは、大きい感光画素の出力の所定レベル以上をクリップした後に、小さい感光画素の出力を加算する。
【０００３】
【特許文献１】特開平4-298175号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１の場合、高感度特性の受光素子と低感度特性の受光素子を個々に読み出すことができるようにするために、ラインごとに配置される感光画素の大きさを決めており、受光素子のレイアウトが強く制約されている。また、ラインごとに配置される感光画素の大きさを決め、大小の感光画素の出力を加算することとしているため、２ライン分の情報から１ライン分の情報を得ていることになり、解像度が半分程度に低下してしまう。さらに、大小の感光画素の出力を加算する際に、高感度特性の受光素子の出力は、所定レベル以上をクリップすることとしているため、高感度特性の受光素子のSN比が小さくなる。
【０００５】
また、動画撮影時に間引き撮影を行いたいときに、どのように間引きをすべきかについて開示がない。
【０００６】
本発明はこのような従来技術の欠点を解消し、ダイナミックレンジを向上させながら、解像度およびSN比を確保して画質劣化を抑え、さらに、適切な間引き撮影が可能な固体撮像装置および撮像方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は上述の課題を解決するために、入射光が集光する集光面にこの入射光を光電変換する複数の受光素子が２次元的に配され、入射光を三原色赤緑青にそれぞれ色分解する色フィルタが受光素子に対して配され、駆動手段が、複数の受光素子の光電変換により得られた信号電荷を所定のタイミングで駆動信号に応動して転送する固体撮像装置において、受光素子には、光電感度特性が異なる少なくとも２種類があり、光電感度特性の高い受光素子と、光電感度特性の低い受光素子は、２次元の縦方向および横方向において交互に配され、色フィルタは、光電感度特性の高い受光素子に赤色を配した第１の部分と、光電感度特性の低い受光素子に青色を配した第２の部分と、光電感度特性の高い受光素子に青色を配した第３の部分と、光電感度特性の低い受光素子に赤色を配した第４の部分を含み、この装置は、受光素子からの信号電荷の読出し動作を表すモードのうち、複数の受光素子のすべてから信号電荷を読み出す全画素読出しモードおよび受光素子を間引いて読み出す間引き読出しモードのいずれか一方のモードを指定するモード指定手段と、モード指定手段の指示に応じて駆動信号を生成するとともに、モードに応じて生成した駆動信号の供給先を選択して供給する駆動信号生成手段とを含み、間引き読出しモードは、第１および第２の部分のうち少なくとも一方を読み出すモードと、第３および第４の部分のうち少なくとも一方を読み出すモードを含むこととしたものである。
【０００８】
本発明によれば、光電感度特性の高い受光素子と、光電感度特性の低い受光素子があるため、ダイナミックレンジを向上できる。そして、光電感度特性の高い受光素子と、光電感度特性の低い受光素子が、２次元の縦方向および横方向において交互に配されるため、集光面を有効に利用でき画質劣化が抑えられる。さらに、間引き読出しモードは、第１および第２の部分のうち少なくとも一方を読み出すモード（色温度が高いとき）と、第３および第４の部分のうち少なくとも一方を読み出すモード（色温度が低いとき）を含むため、適切な間引き撮影が可能になる。
【０００９】
本発明においては、光電感度特性の高い受光素子は受光面積が大きく、光電感度特性の低い受光素子は受光面積が小さいことが好ましい。しかし、光電感度特性の高い受光素子と光電感度特性の低い受光素子を形成する方法はこれに限られず、たとえば、受光素子の上部に設ける集光レンズの形状を変える、受光素子の光透過率を変える等の方法が可能である。また、これらを組み合わせてもよい。
【００１０】
なお、縦方向に隣接する光電感度特性の高い受光素子と光電感度特性の低い受光素子はペアを形成し、ペアを形成する受光素子の色フィルタは同一色であることとすることができる。同色とすることにより、垂直転送路の転送効率のバラツキによる画質劣化を防ぐことができる。
【００１１】
また、緑色であるペアは、縦方向の１列全体に配され、緑色である列は、一列おきに配され、赤色および青色であるペアは、残りの列に、２次元の縦方向および横方向において交互に配してもよい。これにより、輝度信号の基本となる緑色に重点を置いた色フィルタアレイの１つである、いわゆるＧストライプＲＢ完全市松配列に近いものとなる。
【００１２】
また、第１、第２、第３、第４の部分はそれぞれ、水平方向に、光電感度特性の高い受光素子に赤色を配した第１の行、光電感度特性の低い受光素子に青色を配した第２の行、光電感度特性の高い受光素子に青色を配した第３の行、光電感度特性の低い受光素子に赤色を配した第４の行とすることが好ましい。行ごとに、色温度の高低に適した受光素子を配置するため、読出しが容易であり、読出し制御および読出し後の信号処理が容易となる。
【００１３】
また、本発明は、入射光が集光する集光面に２次元的に配された複数の受光素子が入射光を光電変換し、受光素子に対して配された色フィルタが入射光を三原色赤緑青にそれぞれ色分解し、駆動手段が、複数の受光素子の光電変換により得られた信号電荷を所定のタイミングで駆動信号に応動して転送する撮像方法において、受光素子には、光電感度特性が異なる少なくとも２種類があり、光電感度特性の高い受光素子と、光電感度特性の低い受光素子を、２次元の縦方向および横方向において交互に配する工程と、色フィルタに、光電感度特性の高い受光素子に赤色を配した第１の部分と、光電感度特性の低い受光素子に青色を配した第２の部分と、光電感度特性の高い受光素子に青色を配した第３の部分と、光電感度特性の低い受光素子に赤色を配した第４の部分を配する工程と、受光素子からの信号電荷の読出し動作を表すモードのうち、複数の受光素子のすべてから信号電荷を読み出す全画素読出しモードおよび受光素子を間引いて読み出す間引き読出しモードのいずれか一方のモードを指定するモード指定工程と、モード指定手段の指示に応じて駆動信号を生成するとともに、モードに応じて生成した駆動信号の供給先を選択して供給する駆動信号生成工程とを含み、モード指定工程では、間引き読出しモードにおいて、第１および第２の部分のうち少なくとも一方を読み出すモードと、第３および第４の部分のうち少なくとも一方を読み出すモードのうちいずれかを指定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、光電感度特性の高い受光素子と、光電感度特性の低い受光素子があるため、ダイナミックレンジを向上できる。そして、光電感度特性の高い受光素子と、光電感度特性の低い受光素子が、２次元の縦方向および横方向において交互に配されるため、集光面を有効に利用でき画質劣化が抑えられる。さらに、間引き読出しモードは、第１および第２の部分を読み出すモード（色温度が高いとき）と、第３および第４の部分を読み出すモード（色温度が低いとき）を含むため、適切な間引き撮影が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に添付図面を参照して本発明による固体撮像装置および撮像方法の実施例を詳細に説明する。
【００１６】
本発明の固体撮像装置は、光電感度特性の高い受光素子に赤色を配した第１の部分と、光電感度特性の低い受光素子に青色を配した第２の部分と、光電感度特性の高い受光素子に青色を配した第３の部分と、光電感度特性の低い受光素子に赤色を配した第４の部分を含む。動画撮影などの間引き撮影を行う場合、色温度が高いときに、第１および第２の部分のうち少なくとも一方を読み出し、色温度が低いときに、第３および第４の部分のうち少なくとも一方を読み出す。この結果、受光素子の出力が、色温度が高低いずれのときでも飽和することがなく、ダイナミックレンジが拡がるという特徴がある。この固体撮像装置をデジタルスチルカメラ10に適用した場合について図１〜図７を参照しながら説明する。
【００１７】
デジタルスチルカメラ10には、図１に示すように、撮像系10A 、信号処理系10B 、駆動信号生成部10C 、信号出力系10D 、モード指定部10E およびシステム制御部12が備えられている。
【００１８】
撮像系10A には、撮像レンズ102 、撮像部104 、ピント調整機構を含むAF調整部106 および絞り機構を含むAE調整部108 が備えられている。この他、図示しないが撮像部104 の入射光の側に入射光を完全に遮光するためシャッタ機構を含めてもよい。撮像レンズ102 は、被写界からの入射光を撮像部104 の受光面上に焦点を結ぶように集光する光学系である。
【００１９】
撮像部104 では、入射光を光電変換する受光素子140, 142が受光面を形成しており、図２に示すように受光素子140, 142は行方向および列方向に２次元配列されている。図２は、受光素子140, 142、色フィルタ、および垂直転送路144の配置を示す模式図である。受光素子140, 142には、本実施例では、光電感度特性の高い受光素子140と、光電感度特性の低い受光素子142の２種類がある。受光素子140は受光素子142よりも受光面積が大きい。受光素子140と受光素子142は、２次元の縦方向および横方向において交互に配置される。
【００２０】
光電感度特性の高い受光素子140の配列は、いわゆるハニカム配列になっており、受光素子140の間の領域にある光電感度特性の低い受光素子142の位置における画像データを、受光素子142の周辺にある複数の受光素子140の出力信号から補正して求めることが精度良くできる。たとえば、受光素子G6の位置における画像データを、その上下にある受光素子G3と受光素子G7の出力信号の平均とすることができる。このため解像度が、特許文献１の従来技術に比べて２倍になる。
【００２１】
入射光量が適切なときは、光電感度特性の高い受光素子140の出力信号のみで、画像を生成することができ、入射光量が多いときは、光電感度特性の低い受光素子142の出力信号を受光素子140の出力信号に加算することにより、ダイナミックレンジを広げることができる。
【００２２】
光電感度特性の低い受光素子142の配列も、いわゆるハニカム配列になっており、受光素子142の間の領域にある光電感度特性の高い受光素子140の位置における画像データを、受光素子140の周辺にある複数の受光素子142の出力信号から補正して求めることが、前述の場合と同様にできる。
【００２３】
なお、本発明では受光素子の面積の大きさは、３種類以上あってもよい。また、光電感度特性の高低は、本実施例のように受光面積の大きさで調整する方法以外に、受光素子の前面に設けた膜の光透過性を変える方法、受光素子の前面に設けるマイクロレンズによる集光能力を変える方法等がある。
【００２４】
撮像部104 には、受光素子140, 142より入射光の側に入射光を色分解する色フィルタ（色分解フィルタ）CFを設ける。色分解フィルタCFは、受光素子140, 142のそれぞれに対応しており、受光素子140, 142と一体的に形成されている。この色分解フィルタCFの配設により、受光素子140, 142には、三原色RGB に色分解された入射光が入射することになる。色分解フィルタCFは一体的に形成されているので、図２では、各受光素子140, 142に三原色RGB のうちのいずれを割り当てたかを示すために、各受光素子140, 142内に、三原色RGB を示す記号R, G, B を図示した。
【００２５】
縦方向に隣接する光電感度特性の高い受光素子R1, B5, G3, G7, B2, R6と、光電感度特性の低い受光素子R4, B8, G2, G6, B3, R7は、それぞれペアを形成する。ペアを形成する受光素子の色フィルタは同一色である。ペアを同一色とした理由は、垂直転送路の転送効率が劣化しているときに、電荷を次の画素に転送しきれないことが起こるが、ペアが同一色でない場合に比べて次の画素が同一色である場合は、転送で残された電荷が検知されにくいからである。なお、受光素子R1, B5, G3, G7, B2, R6, R4, B8, G2, G6, B3, R7の参照符号に含まれる数字1〜8は、後述する垂直転送電極の識別番号と対応する。
【００２６】
本実施例では、緑色であるペアは、縦方向の１列全体に配され、この緑色である列は、一列おきに配され、赤色および青色であるペアは、残りの列に、縦方向および横方向において交互に配される。ペアを１つの画素と見ると、図２の色フィルタCFの配列は、GストライプRB完全市松である。
【００２７】
また、水平方向に色フィルタの配列を見ると、図２の下から数えて第１行および第３行には、赤色および青色を配した光電感度特性の高い受光素子R1, R6, B2, B5があり、第２行および第４行には、赤色および青色を配した光電感度特性の低い受光素子R4, R7, B3, B8がある。
【００２８】
さらに撮像部104 の構成を説明する。撮像部104 は、後述する駆動信号生成部10C からそれぞれ出力される駆動信号に応動する。図３に示すように、受光素子140, 142と、受光素子に隣接配設された転送素子、すなわち垂直転送素子との間に、受光して変換した信号電荷を垂直転送素子に読み出すための信号読出しゲート（トランスファゲート）146が形成されている。図３は、図２と同一のものであり、図２を説明のために簡略化したものである。
【００２９】
信号読出しゲート146は電極を介して供給されるフィールドシフトパルスにより信号電荷を受光素子140, 142から垂直転送路144に転送する。垂直転送路144は、読み出した信号電荷を列方向、すなわち垂直方向に順次転送する。垂直転送路144は、電荷結合素子（以下、CCD という）で構成されている。垂直転送により、信号電荷のラインシフトが行われ、最終的に行方向の転送素子、すなわち水平転送路148に供給される。水平転送路148は、駆動信号に応動してこの信号電荷を、アンプ150を介して前述したように信号処理系10B に出力する。
【００３０】
ところで、４相もしくは８相の駆動信号を用いて垂直方向に信号電荷の転送を行う場合、信号電荷の混合を防ぐためには、受光素子140, 142から垂直転送路144に信号電荷の読出しを行う間隔として、信号電荷が読み出される隣接する転送素子の間に、信号電荷が読み出されない転送素子が３個必要である。
【００３１】
また、全画素を読み出すとき、すなわち静止画撮影のときは、インターレスして全受光素子140, 142から信号電荷を読み出す。一方、動画撮影のとき等のように、全画素を読み出す必要がないときは、垂直方向のラインを間引いて読み出すが、このとき、色温度に応じて、間引くラインを切り替える。
【００３２】
すなわち色温度が低いときは、赤色画素は、光電感度特性が低い受光素子142を読み出し、青色画素は、光電感度特性が高い受光素子140を読み出す。赤色画素の感度が低いため、受光素子142の信号が飽和領域に達することが防止できる。青色画素は、感度が高いため、充分な強さの信号を得ることができる。色温度が高いときは、赤色画素は、光電感度特性が高い受光素子140を読み出し、青色画素は、光電感度特性が低い受光素子142を読み出す。このときは、青色画素の感度が低いため、受光素子142の信号が飽和領域に達することが防止できる。赤色画素は、感度が高いため、充分な強さの信号を得ることができる。このように、色温度に応じて、間引くラインを切り替えることで、受光素子からの信号が飽和することが回避できるため、ダイナミックレンジが拡がる。
【００３３】
これらのことを考慮して、受光素子140, 142と垂直転送路144との間に配される信号読出しゲート146を図２、図３に示すように配置する。信号読出しゲート146の位置は、図２においては、受光素子140, 142から垂直転送路144に向かう矢印152で示す。
【００３４】
そして、動画撮影時、色温度が高いときは、受光素子R1が接続された垂直転送素子V1と、受光素子B3, G3が接続された垂直転送素子V3にのみフィールドシフトパルスを印加して、受光素子R1および受光素子B3, G3の信号電荷のみを読み出す。この結果、青色画素の信号電荷が飽和することがない。感度が低い受光素子B3の出力については、後段にある信号処理部において、補正を行う。
【００３５】
色温度が低いときは、受光素子R7, G7が接続された垂直転送素子V7と、受光素子B5が接続された垂直転送素子V5にのみフィールドシフトパルスを印加して、受光素子R7, G7および受光素子B5の信号電荷のみを読み出す。色温度が低いと、赤色画素の信号電荷が多くなるが、低感度であるため、飽和することがない。感度が低い受光素子R7の出力については、後段にある信号処理部において、補正を行う。
【００３６】
いずれの場合も、緑色画素は、高感度の受光素子140に配置されている。色温度が高くも低くもないときは、上記のいずれのラインを選択してもよい。すなわち、垂直転送素子V1, V3を読み出してもよいし、垂直転送素子V5, V7を読み出してもよい。
【００３７】
静止画撮影時は、インターレースで全画素を読み出す。たとえば、第１フィールドでは、垂直転送素子V1, V3, V5, V7を読み出し、第２フィールドでは、垂直転送素子V2, V4, V6, V8を読み出す。この際に、読出し部が図2, 3のように配置されているため、読み出された信号電荷が混合することはない。
【００３８】
静止画撮影時、受光素子140と受光素子142の信号電荷が混在して、メモリに蓄積されることになる。被写体の輝度が受光素子140でカバーできる範囲にあるときは、メモリから受光素子140のデータのみを読み出して、信号処理を行う。受光素子140が配置されていない位置の画素データは、その周辺にある受光素子140のデータから補間して生成する。たとえば、受光素子G3と受光素子G7の間の位置の画素データは、受光素子G3と受光素子G7のデータの平均とすることができる。
【００３９】
被写体の輝度が受光素子140でカバーできない範囲にあるときは、メモリから受光素子140, 142のデータを読み出して、信号処理を行う。たとえば受光素子140のデータと受光素子142のデータを加算して、ダイナミックレンジを広げることができる。
【００４０】
この際に、受光素子140および受光素子142のそれぞれの配置のみに着目すると、それぞれは、いわゆるハニカム配置を構成している。すなわち、斜めに受光素子（画素）間のピッチが1/2 ずつ縦横にずれている。このため、受光素子140および受光素子142の各々について、同様な補間を行うことにより、受光素子のない位置の画素データを生成して、これらを加算することができる。したがって、受光素子142を配置したことによる解像度の劣化を本発明では防ぐことができる。
【００４１】
たとえば、受光素子G6が出力する実データと、受光素子G3と受光素子G7のデータの平均とを加算する。また、受光素子G3が出力する実データと、受光素子G2と受光素子G6のデータの平均とを加算する。撮像部104 の基本的な構成は以上の通りである。
【００４２】
AF調整部106 は、ピント調整機構（図示せず）により被写体とカメラ10との距離を測距して得られた情報に応じて撮像レンズ102 を最適な位置に配するようにこの位置調整を行う。このとき、測距情報の算出とこの測距情報からの制御量は、システム制御部12で処理される。この結果、供給される制御信号に応じてAF調整部106 は、ピント調整機構を駆動させ、撮像レンズ102 を移動させている。
【００４３】
また、AE調整部108 は、被写体を含む被写界の測光値の算出が行われるシステム制御部12内に設けられる露光制御部（図示せず）からの制御により絞り機構の絞り位置を変位させ、入射する光束量を調整する。測光は、撮像信号の一部を用いている。この場合もシステム制御部12で測光値に基づいて露光量が算出され、この露光量になるように絞り値とシャッタ速度値を制御する制御信号を AE 調整部108 に供給する。AE調整部108 は、この制御信号に応じて絞り機構およびシャッタ機構をそれぞれ調整している。この調整により露出を最適にすることができる。
【００４４】
システム制御部12で測光値に基づいて露光量が算出されると、静止画撮影モードの場合は、さらに、受光素子140がカバーする範囲内にあるかどうかが判断され、カバーする範囲内にあるときは、後述する信号処理部114 は、その情報を受けて、受光素子140からの信号のみを処理する。カバーする範囲内にないときは、信号処理部114 は、その情報を受けて、受光素子140と受光素子142からの信号を既述のように加算処理する。
【００４５】
動画撮影モードのときは、システム制御部12は、被写体の色温度を判定する。色温度の判定方法について説明する。色温度の判定方法は種々あるが、本実施例ではシステム制御部12は、色Gに対する色Bの比B/Gと、色Gに対する色Rの比R/Gの大小比較により、色温度の高低を判定する。具体的には、システム制御部12は、撮像された１画面分の画像データについて、色Gの積算値と色Bの積算値の比B/Gと、色Gの積算値と色Rの積算値の比R/Gを求める。比B/Gが比R/Gより大きいとき色温度が高いと判定し、比R/Gが比B/Gより大きいとき色温度が低いと判定する。
【００４６】
システム制御部12は、判定結果を駆動信号生成部10C と信号処理部114 に送る。駆動信号生成部10C は、色温度に応じて、後述する駆動信号を生成する。信号処理部114 は、その情報を受けて、色温度が高いときは、受光素子B3の出力に対して、色温度が低いときは、受光素子R7の出力に対して、補正を行う。
【００４７】
信号処理系10B には、前処理部110 、A/D 変換部112 、信号処理部114 、バッファ部116 および圧縮／伸張処理部118 が備えられている。前処理部110 は、たとえば、供給される信号電荷に対して相関二重サンプリング（CDS）処理を施して雑音の低減を図ったり、信号にガンマ変換処理を施し、この信号を増幅させてA/D 変換部112 に出力する。
【００４８】
A/D 変換部112 は、システム制御部12からの制御信号12A、およびタイミング信号等を発生させる信号発生部120 からのクロック信号120Aを用いて撮像部104 から供給されるアナログ信号をサンプリングし、量子化することによってデジタル信号に変換する。変換したデジタル信号は信号処理部114 に供給される。
【００４９】
信号処理部114 は、得られた信号に自動絞り調整（AE）、白バランス調整（AWB）、アパーチャ補正等を行った後、信号処理を２つのモードに応じて施す。すなわち、ここでのモードとは、後述するモード指定部10E のレリーズシャッタ128 で設定されたモードを示し、少なくとも、得られた静止画を信号出力系10D の記録再生部126 に取り込む静止画撮影モードと動画撮影（間引き撮影）モードの２つを示す。ガンマ補正処理は、ここで行ってもよいし、さらに後段で行ってもよい。
【００５０】
デジタルスチルカメラ10において、現在、いずれのモードが選択されているかはシステム制御部12からの制御信号12Aにより制御される。このシステム制御部12の制御により、信号処理部114は、上述した信号処理後の信号に、静止画撮影モードでは、既述のように受光素子140, 142からの信号の加算処理を行い、もしくは行わない。また、輝度信号の高帯域化等が施される。一方、動画撮影モードでは、色温度に応じて、受光素子B3もしくは受光素子R7を選択して、補正を行う。
【００５１】
なお、撮像信号を信号出力系10D の表示部124 に表示させるように垂直間引き処理等も行われる。信号処理部114 は、撮像部104 からの撮像信号を記録可能な映像信号にしている。そして、信号処理部114 は、その信号をバッファ部116 に出力する。
【００５２】
バッファ部116 は、前述した信号処理部114 から供給される映像信号を所定の振幅に増幅するとともに、記録時における時間調整の機能なども有している。バッファ部116 は、システム制御部12内に配される記録制御部（図示せず）の制御により信号出力系10D または圧縮／伸張処理部118 に画像を出力する。
【００５３】
圧縮／伸張処理部118 は、画像を記録する場合、システム制御部12の制御により画像信号が供給される。供給された画像信号には、たとえば、JPEG（Joint Photographic coding Experts Group ）規格に基づく圧縮処理が施される。また、記録再生部126 から記録されていた信号を読み出して再生する場合、上述した圧縮処理の逆変換等の信号処理を施すことによって元の画像信号を再生し、表示部124 に出力する。
【００５４】
駆動信号生成部10C には、信号発生部120 およびドライバ部122 が含まれる。信号発生部120 は、たとえば、現行の放送方式（NTSC/PAL）でデジタルスチルカメラ10が駆動するように発生させた原発振のクロックを基に同期信号を生成して信号処理部114 に供給する。信号発生部120 は、前処理部110 、A/D 変換部112 、バッファ部116 および圧縮／伸張処理部118 にもサンプリング信号や書込み／読出し信号のクロックとして信号を供給する。
【００５５】
信号発生部120 は、原発振のクロックから同期信号を生成し、さらにこれらの信号を用いて各種のタイミング信号を生成している。生成されるタイミング信号には、撮像部104 で得られた信号電荷の読出しに用いるタイミング信号、たとえば、垂直転送路の駆動タイミングを供給する垂直タイミング信号、水平転送路の駆動タイミングを供給する水平タイミング信号、フィールドシフトやラインシフトを行わせるタイミング信号等がある。また、AF調整部106 、AE調整部108 の動作を制御する際にも信号発生部120 からの信号を用いている（ここでは信号線をそれぞれをあらわには図示せず）。このように各種の信号を前述した各部に出力するとともに、信号発生部120 は、垂直タイミング信号と水平タイミング信号とをドライバ部122 に供給する。ドライバ部122 は、供給されるタイミング信号にしたがって駆動信号を生成する。
【００５６】
信号出力系10D には、表示部124 および記録再生部126 が備えられている。表示部124 には、たとえば、デジタルRGB 入力によるVGA （Video Graphics Array）規格の液晶表示モニタなどが備えられている。記録再生部126 は、磁気記録媒体、メモリカード等に用いられる半導体メモリ、光記録媒体、または光磁気記録媒体に供給される映像信号を記録する。また、記録再生部126 は、記録した映像信号を読み出して表示部124 に表示させることもできる。
【００５７】
モード指定部10E には、レリーズシャッタ128 およびキースイッチ130 が備えられている。レリーズシャッタ128 は、本実施例において、２段押し機能を備えている。すなわち、第１段の半押し状態では、測光制御モードを指定して、システム制御部12にこのモード設定がなされていることを信号として供給し、第２段の全押し状態では、画像の取込みタイミングをシステム制御部12に提供する。また、カメラが電源オン状態で、かつ画像モニタ表示のスイッチ（図示せず）がオンになっている場合、システム制御部12は、表示部124 にムービーモードで動画表示するように制御する。レリーズシャッタ128 を全押しすると、静止画撮影モードが設定されたことを示す信号をシステム制御部12に供給する。
【００５８】
また、キースイッチ130 は、十字キーであり、表示部124 の画面に表示される画面内のカーソルを上下左右に移動させて項目・画像の選択等を行うことができる。この選択した情報もシステム制御部12に送られる。キースイッチ130 により、画素の間引き量を、たとえば、1/2, 1/4, 1/8 と選択し、システム制御部12に供給することができるようにしてもよい。ここでの設定により、動画撮影モード中の信号電荷の読出しをどのように行うかが規定される。
【００５９】
モード指定手段であるモード指定部10E では、上記のように、各種のスイッチの設定状態により、静止画撮影モードであるか、動画撮影モードであるかを指定する。これとは、別に、静止画撮影モードと動画撮影モードを直接指定するスイッチを設けることとしてもよい。なお、本実施例では、色温度は、システム制御部12が判断することとしたが、ユーザが直接、色温度の高低に関する情報を入力することとしてもよい。
【００６０】
システム制御部12は、カメラ全体の動作を制御するコントローラである。システム制御部12には、中央演算装置（CPU）が含まれている。システム制御部12は、レリーズシャッタ128 からの入力信号によりどのモードが選択されたかの判断を行う。また、システム制御部12は、上述したようにキースイッチ130 からの選択情報により、画像信号に対する処理等の制御を行う。このように供給された情報に基づいてシステム制御部12は、この判断結果を基に駆動信号生成部10C の動作を制御する。システム制御部12には、図示しないが記録制御部を設けている。記録制御部は、システム制御部12からのタイミング制御信号に従いバッファ部116 および信号出力系10D の記録再生部126 の動作を制御している。
【００６１】
このように構成したデジタルスチルカメラ10の動作について説明する。まず、通常行われている全画素読出しについて説明する。デジタルスチルカメラ10は、通常、全画素読出しを行える撮像部104 を有するカメラであるから、静止画撮影モードのモード指定がレリーズシャッタ128 から供給された場合、ハニカム型ストライプパターンの色分解フィルタCFを介して入射する光がすべての画素について処理される。受光素子140, 142の各々では、受光した際に光電変換することによって信号電荷が蓄積される。
【００６２】
蓄積された信号電荷を各受光素子140, 142から読み出す場合、図４に示すように、信号発生部120 では垂直同期信号VDが生成される。また、信号発生部120 では、垂直同期信号VDに同期させて垂直転送路144の転送素子V1〜V8に供給する垂直駆動信号V1〜V8および信号読出しゲート146に供給する垂直タイミング信号TG1〜TG8が生成される。垂直タイミング信号TG1〜TG8は、転送素子V1〜V8を介して信号読出しゲート146に供給される。
【００６３】
図４において、各垂直同期期間中、第１フィールドでは垂直タイミング信号TG1, TG3, TG5, TG7が立ち上がり信号であり、第２フィールドでは垂直タイミング信号TG2, TG4, TG6, TG8が立ち上がり信号である。また、垂直タイミング信号TG1〜TG8は、垂直同期信号VDに同期して信号電荷を読み出すように生成されている。
【００６４】
第１フィールドでは、トランスファゲートをオンにする際に転送素子V1, V3, V5, V7に対応する位置の受光素子だけから信号電荷を読み出し、次の垂直同期信号VDが供給されるまでフィールドシフトが行われない。そして、フィールドシフト後、各垂直駆動信号V1〜V8が順次供給される。この供給により、垂直転送路144にシフトされた信号電荷が水平転送路148に向かって転送されていく。第２フィールドでは、転送素子V2, V4, V6, V8に対応する位置の受光素子だけから信号電荷を読み出すように、トランスファゲートをオンにする。フィールドシフト後、各垂直駆動信号V1〜V8が順次供給される。垂直駆動信号V1〜V8は、第１フィールドおよび第２フィールドにおいて、同じである。また、静止画撮影モードと間引き撮影モードにおいて同じである。
【００６５】
垂直同期信号VDがレベル"H" にレベル変化して、信号電荷が垂直転送路144に読み出された後（このときを時刻ｔ0とする）、各垂直駆動信号V1〜V8の各タイミングを図５のタイミングチャートに時間的に拡大して示す。時刻ｔ0に続いて、時刻ｔ1, t2, t3,...,t8において図５に示す垂直駆動信号V1〜V8が印加される。転送素子には、８個おきに同一の駆動電圧が印加される。すなわち、図３において、８個おきの転送素子は共通接続される。
【００６６】
垂直駆動信号V1〜V8が印加されたときに、垂直転送素子V1〜V8には、図６に示すポテンシャルが形成される。これは、各時刻ｔ0, ｔ1, t2, t3,...,t8における垂直転送素子V1〜V8のポテンシャルのうち、図３に示す垂直転送路144aについてのものである。垂直転送路144aでは、垂直転送素子V1, V3, V5, V7にフィールドシフトパルスが印加されるが、垂直転送素子V3, V7に読出し部146がないため、垂直転送素子V3, V7には信号電荷はない。時刻ｔ0におけるポテンシャルは、垂直タイミング信号TG1, TG3, TG5, TG7が印加されることにより生成されるものであり、図５に示す垂直駆動信号V1〜V8が印加されたときよりも深いポテンシャルが形成される。
【００６７】
垂直転送路144にシフトされた信号電荷が水平転送路148に向かって転送されていくことが、図６よりわかる。図６では、垂直転送路144を８つの垂直転送素子V1〜V8で表している。図５に示すように、垂直駆動信号は、垂直転送素子V1〜V4に対するものと、垂直転送素子V5〜V8に対するものは、同じ信号である。すなわち、実質的には４つの異なる位相の信号で駆動している。垂直転送された信号電荷にラインシフトを施して、水平転送路148に転送した後、水平転送路148を順次転送させて、撮像部104 から全画素の信号電荷を所定の時間内に一度に読み出している。
【００６８】
ところで、一般的なデジタルスチルカメラ10の撮影手順を検討してみる。まず、最初にデジタルスチルカメラ10では、撮影を行う前に被写界に対して測光を行う。被写界の撮像の際にレリーズシャッタ128 を半押し状態にして測光制御モードにする。この場合、撮像系10A の撮像部104 で光電変換して得られた信号のうち、AF調整制御を行う場合、色G だけを取り出す撮像を行う。これは、AFの調整制御を行う場合、輝度情報の約70% を占める色G の情報だけで済むからである。また、AFの測光は、適正な値を検出するまで何度も画素情報を読み出す必要があるので、できるだけ高速に信号電荷を読み出したいからである。一方、AE, AWB の調整制御を行う場合、全色情報が必要なので、このような単色の読出しでなく、色要素のすべてが用いられる。このように測光制御モードには、単色G の読出しおよび全色の間引き読出しが行われる。
【００６９】
測光に伴って撮像系10A で得られた画像信号は、システム制御部12の制御により信号処理系10B に供給される。信号処理系10B では、供給された画像信号をデジタル信号に変換する。この変換により得られた画像データは、測光情報としてシステム制御部12に供給される。システム制御部12は、この測光情報を用いて演算を行う。この演算により、システム制御部12は、AFの調整用の制御信号とともに、AEの調整用の制御信号も生成してそれぞれAF調整部106 およびAE調整部108 に出力する。AF調整部106 およびAE調整部108 は、それぞれ内蔵する機構を介して供給される制御信号に応じた調整を行う。この調整は、このモードにおいて繰り返し行われる。
【００７０】
この後、ユーザは所望の撮影タイミングでレリーズシャッタ128 を全押し状態にする。先のモードと同様に撮像系10A で被写界からの入射光の撮像が行われる。ただし、この静止画撮影モード（全画素読出し）では、画素の間引きなしに、すべての色を取り出す処理が撮像部104 で行われる。
【００７１】
撮像した画像信号は、信号処理系10B のA/D 変換部112 でデジタル信号にされた後、信号処理部114 に供給される。信号処理部114 では、受光素子140でカバーできる範囲であるかどうかに応じて異なる処理が行われる。さらに画像データに、輝度信号、色差信号に対応する画像データが、周波数的に一層の高域側に延びた信号となるように信号処理を施す。そして、得られた画像データがバッファ部116 を介して圧縮／伸張処理部118 に供給される。圧縮／伸張処理部118 では、圧縮処理が施され、信号出力系10D に出力される。静止画撮影モードでは、システム制御部12内の記録制御部の制御により供給される全画素の画像データが記録再生部126 に記録される。
【００７２】
このようにデジタルスチルカメラ10は、レリーズシャッタ128 によって測光制御モードおよび静止画撮影モードの両方に対応させている。デジタルスチルカメラ10は、たとえば、100万を越えるような高画素数で撮影する場合、静止画撮影モードは連写撮影するときを除いて、それほど撮像信号の全画素読出しの時間を気にしないが、動画撮影モードおよび測光制御モードでは、読出し時間の短縮が必要である。
【００７３】
次に動画撮影モードでの、垂直タイミング信号TG1〜TG8および垂直駆動信号V1〜V8について説明する。動画撮影モードで、色温度が高いと判定された場合について述べる。このときは、垂直タイミング信号TG1〜TG8のうち、垂直タイミング信号TG1, TG3のみが立ち上がり信号であり、他の垂直タイミング信号TG2, TG4〜TG8は、ロウ状態のままである。垂直タイミング信号TG1〜TG8が印加された後、垂直駆動信号V1〜V8が印加されたときに、垂直転送素子V1〜V8には、図７に示すポテンシャルが形成される。これは、各時刻ｔ0, ｔ1, t2, t3,...,t8における垂直転送素子V1〜V8のポテンシャルのうち、図３に示す垂直転送路144aについてのものである。垂直転送路144aでは、垂直転送素子V1, V3にフィールドシフトパルスが印加されるが、垂直転送素子V3に読出し部146がないため、信号電荷は読み出されない。時刻ｔ0におけるポテンシャルは、ハイである垂直タイミング信号TG1, TG3が印加されることにより生成されるものである。垂直転送路144にシフトされた信号電荷が水平転送路148に向かって転送されていくことが、図７よりわかる。
【００７４】
本発明によれば、光電感度特性の高い受光素子と、光電感度特性の低い受光素子があるため、ダイナミックレンジを向上できる。そして、光電感度特性の高い受光素子と、光電感度特性の低い受光素子が、２次元の縦方向および横方向において交互に配されるため、集光面を有効に利用でき画質劣化が抑えられる。さらに、間引き読出しモードは、第１および第２の部分を読み出すモード（色温度が高いとき）と、第３および第４の部分を読み出すモード（色温度が低いとき）を含むため、適切な間引き撮影が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明に係る固体撮像装置をデジタルスチルカメラに適用した際の概略的な構成を示すブロック図である。
【図２】受光素子、色フィルタ、および垂直転送路の配置を示す入射光側から見た模式図である。
【図３】説明のために図２を簡略化して示す模式図である。
【図４】図１の駆動信号生成部において全画素読出しを行う際に信号発生部で生成される垂直同期信号、垂直駆動信号および垂直タイミング信号のそれぞれの関係を説明するタイミングチャートである。
【図５】図４の垂直駆動信号を説明するタイミングチャートである。
【図６】図５の垂直タイミング信号および垂直駆動信号により生成されるポテンシャルを説明するタイミングチャートである。
【図７】動画撮影モードでの垂直タイミング信号および垂直駆動信号により生成されるポテンシャルを説明するタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００７６】
10  デジタルスチルカメラ
12  システム制御部
10A 撮像系
10B 信号処理系
10C 駆動信号生成部
10D 信号出力系
10E モード指定部
104 撮像部
106 AF調整部
108 AE調整部
120 信号発生部
122 ドライバ部
140, 142, R1, R4, R6, R7, G2, G3, G6, G7, B2, B3, B5, B8  受光素子
146  信号読出しゲート（トランスファゲート）
144  垂直転送路
148  水平転送路
150  出力アンプ
V1〜V8  転送素子
【図１】
2006148577.tif 000003
【図２】
2006148577.tif 000004
【図３】
2006148577.tif 000005
【図４】
2006148577.tif 000006
【図５】
2006148577.tif 000007
【図６】
2006148577.tif 000008
【図７】
2006148577.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成16年11月26日(2004.11.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2006148577.tif 000010
【図２】
2006148577.tif 000011
【図３】
2006148577.tif 000012
【図４】
2006148577.tif 000013
【図５】
2006148577.tif 000014
【図６】
2006148577.tif 000015
【図７】
2006148577.tif 000016