(57)【要約】  画像センサが、光で生成した電子又はホールの電荷パケットを集めるための感光画素の二次元配列と、第一のカラーが二個の画素上にあり、第二及び第三のカラーが一個の画素上にあって、各カラーがベイヤカラーフィルタの二個ずつの副配列中にある、感光画素上に配置されたベイヤカラーフィルタと、並列な列電荷結合素子（ＣＣＤ）から電荷パケットを受け取る直列ＣＣＤの方向に並行して電荷パケットを転送するための並列ＣＣＤと、第一のカラーの画素が一行に整列し、第二及び第三のカラーの画素が次の行に整列するように、選択された行の電荷の転送を遅らせて、ベイヤフィルタパターンの一列をオフセットするための、感光性画素と直列ＣＣＤとの間の一行の画素とを備えている。
2007507167.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）光で生成した電子又はホールの電荷パケットを集めるための感光画素の二次元配列と、
（ｂ）第一のカラーが二個の画素上にあり、第二及び第三のカラーが一個の画素上にあって、各カラーがベイヤカラーフィルタの二個ずつの副配列中にある、前記感光画素上に配置された該ベイヤカラーフィルタと、
（ｃ）並列な列電荷結合素子から電荷パケットを受け取る直列電荷結合素子の方向に並行して電荷パケットを転送するための前記並列電荷結合素子と、
（ｄ）前記第一のカラーの画素が一行に整列し、前記第二及び第三のカラーの画素が次の行に整列するように、選択された行の電荷の転送を遅らせて、前記ベイヤフィルタパターンの一列をオフセットするための、前記感光画素と前記直列電荷結合素子との間の一行の画素と、
を備えることを特徴とする画像センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の画像センサであって、更に第二の直列電荷結合素子を有し、一個の直列ＣＣＤが前記第一のカラーの一行の画素を受けて、該一行の前記第一のカラーの画素を第二の隣接する直列ＣＣＤに転送し、前記第一の直列ＣＣＤは、前記第二及び第三のカラーの別の行の画素を受けて、その結果前記第一及び第二の直列ＣＣＤが順次転送することを特徴とする画像センサ。
【請求項３】
請求項１に記載の画像センサであって、更に第二の直列電荷結合素子を有し、一個の直列ＣＣＤが前記第二及び第三のカラーの一行の画素を受けて、該一行の前記第二及び第三のカラーの画素を第二の隣接する直列ＣＣＤに転送し、前記第一の直列ＣＣＤは、前記第一のカラーの別の行の画素を受けて、その結果前記第一及び第二の直列ＣＣＤが順次転送することを特徴とする画像センサ。
【請求項４】
請求項１に記載の画像センサであって、前記感光画素と前記直列電荷結合素子との間の前記一行の画素は、前記第一の列が一画素を含み、前記第二の列が二画素を含むように、二列に配列された画素の副配列を含むことを特徴とする画像センサ。
【請求項５】
請求項１に記載の画像センサであって、前記感光画素と前記直列電荷結合素子との間の前記一行の画素は、二列に配列された二画素の副配列を含み、該副配列の各画素は、前記第一の列が前記二次元配列と略同一で、電荷パケットを転送し、前記第二の列が前記二次元配列と独立に電荷パケットを転送することを特徴とする画像センサ。
【請求項６】
請求項２に記載の画像センサであって、前記感光画素と前記直列電荷結合素子の間の前記一行の画素は、前記第一の列が一画素を含み、前記第二の列が二画素を含むように、二列に配列された画素の副配列を含むことを特徴とする画像センサ。
【請求項７】
請求項３に記載の画像センサであって、前記感光画素と前記直列電荷結合素子の間の前記一行の画素は、前記第一の列が一画素を含み、前記第二の列が二画素を含むように、二列に配列された画素の副配列を含むことを特徴とする画像センサ。
【請求項８】
請求項２に記載の画像センサであって、前記感光画素と前記直列電荷結合素子の間の前記一行の画素は、二列に配列された二画素の副配列を含み、該副配列の各画素は、前記第一の列が前記二次元配列と略同一で、電荷パケットを転送し、前記第二の列が前記二次元配列と独立に電荷パケットを転送することを特徴とする画像センサ。
【請求項９】
請求項３に記載の画像センサであって、前記感光画素と前記直列電荷結合素子の間の前記一行の画素は、二列に配列された二画素の副配列を含み、該副配列の各画素は、前記第一の列が前記二次元配列と略同一で、電荷パケットを転送し、前記第二の列が前記二次元配列と独立に電荷パケットを転送することを特徴とする画像センサ。
【請求項１０】
（ａ１）光で生成した電子又はホールの電荷パケットを集めるための感光画素の二次元配列と、
（ａ２）第一のカラーが二個の画素上にあり、第二及び第三のカラーが一個の画素上にあって、各カラーがベイヤカラーフィルタの２個ずつの副配列中にある、前記感光画素上に配置された該ベイヤカラーフィルタと、
（ａ３）並列な列電荷結合素子から電荷パケットを受け取る直列電荷結合素子の方向に並行して電荷パケットを転送するための前記並列電荷結合素子と、
（ａ４）前記第一のカラーの画素が一行に整列し、前記第二及び第三のカラーの画素が次の行に整列するように、選択された行の電荷の転送を遅らせて、前記ベイヤフィルタパターンの一列をオフセットするための、前記感光画素と前記直列電荷結合素子との間の一行の画素と、
を備える（ａ）画像センサを有することを特徴とするデジタルカメラ。
【請求項１１】
請求項１０に記載のカメラであって、更に第二の直列電荷結合素子を有し、一個の直列ＣＣＤが前記第一のカラーの一行の画素を受けて、該一行の前記第一のカラーの画素を第二の隣接する直列ＣＣＤに転送し、前記第一の直列ＣＣＤは、前記第二及び第三のカラーの別の行の画素を受けて、その結果前記第一及び第二の直列ＣＣＤが順次転送することを特徴とするカメラ。
【請求項１２】
請求項１０に記載のカメラであって、更に第二の直列電荷結合素子を有し、一個の直列ＣＣＤが前記第二及び第三のカラーの一行の画素を受けて、該一行の前記第二及び第三のカラーの画素を第二の隣接する直列ＣＣＤに転送し、前記第一の直列ＣＣＤは、前記第一のカラーの別の行の画素を受けて、その結果前記第一及び第二の直列ＣＣＤが順次転送することを特徴とするカメラ。
【請求項１３】
請求項１０に記載のカメラであって、前記感光画素と前記直列電荷結合素子との間の前記一行の画素は、前記第一の列が一画素を含み、前記第二の列が二画素を含むように、二列に配列された画素の副配列を含むことを特徴とするカメラ。
【請求項１４】
請求項１０に記載のカメラであって、前記感光画素と前記直列電荷結合素子との間の前記一行の画素は、二列に配列された二画素の副配列を含み、該副配列の各画素は、前記第一の列が前記二次元配列と略同一で、電荷パケットを転送し、前記第二の列が前記二次元配列と独立に電荷パケットを転送することを特徴とするカメラ。
【請求項１５】
請求項１１に記載のカメラであって、前記感光画素と前記直列電荷結合素子の間の前記一行の画素は、前記第一の列が一画素を含み、前記第二の列が二画素を含むように、二列に配列された画素の副配列を含むことを特徴とするカメラ。
【請求項１６】
請求項１２に記載のカメラであって、前記感光画素と前記直列電荷結合素子の間の前記一行の画素は、前記第一の列が一画素を含み、前記第二の列が二画素を含むように、二列に配列された画素の副配列を含むことを特徴とするカメラ。
【請求項１７】
請求項１１に記載のカメラであって、前記感光画素と前記直列電荷結合素子の間の前記一行の画素は、二列に配列された二画素の副配列を含み、該副配列の各画素は、前記第一の列が前記二次元配列と略同一で、電荷パケットを転送し、前記第二の列が前記二次元配列と独立に電荷パケットを転送することを特徴とするカメラ。
【請求項１８】
請求項１２に記載のカメラであって、前記感光画素と前記直列電荷結合素子の間の前記一行の画素は、二列に配列された二画素の副配列を含み、該副配列の各画素は、前記第一の列が前記二次元配列と略同一で、電荷パケットを転送し、前記第二の列が前記二次元配列と独立に電荷パケットを転送することを特徴とするカメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、２個の水平ＣＣＤの一つに対してカラーが計時されるベイヤフィルタを有する画像センサの分野に関し、特に、一つの水平ＣＣＤに対してベイヤパターンの緑色を計時し、他方の水平ＣＣＤに対してベイヤパターンの青色と赤色とを計時することのみに関する。
【背景技術】
【０００２】
電荷結合素子（ＣＣＤ）画像センサの画素を読み出す最も一般的な方法は、垂直ＣＣＤを介して水平ＣＣＤ方向に電荷パケットを並列して転送することである。水平ＣＣＤは、垂直ＣＣＤから一行の全ての電荷パケットを受け取って、その行を順次一つの出力増幅器に転送する。この方法の欠点は、画像センサの読み出し時間が水平ＣＣＤのクロック周波数により制限されることである。読み出し時間を短縮する唯一の方法は、クロック周波数を高くすることである。クロック周波数を高くすることにより、出力ノイズが大きくなり、電子回路が複雑になる。
【０００３】
読み出し時間を短縮するために用いられる一つの方法は、マルチプル水平ＣＣＤを付け加えることである。マルチプル水平ＣＣＤの多くの変形例のうち二つの例が、米国特許第４，９４９，１８３号及び第５，０４０，０７１号に与えられている。この出力構造の欠点は、各水平ＣＣＤの端部の出力増幅器同士が、同一の大きさの電荷パケットに対して正確に同一の電圧出力を有しないであろうことである。各出力に対するカメラ信号処理電子機器同士も完全に整合するものではないであろう。２個の出力間の画素値におけるこの差異により、画像中に目立つ視覚上の偽信号が生じる。
【０００４】
米国特許第５，０４０，０７１号は、ＣＦＡパターンを図１に示すように再配列することにより、出力増幅器の差異の問題を扱おうとする。カラーフィルタ配列（ＣＦＡ）パターンは、各行上のＧＢＧＲ（緑１、青２、緑１、赤４）繰り返しパターンに替えられる。この水平ＣＣＤ出力構造は、全ての赤画素４と青画素２とを一つの特定の水平ＣＣＤ１０に置き、全ての緑画素１を他方の水平ＣＣＤ２０中に置く。この配列の利点は、出力増幅器同士の全ての差異が、わずかなカラーエラーとして画像中に示され得ることである。緑の画素１の全ては、一つの出力から読み出される。出力増幅器同士の差異は、輝度領域ではなく、カラー領域に存在することとなる。人間の目は、カラーエラーよりも輝度エラーにより敏感であることが良く知られている。
【０００５】
米国特許第５，０４０，０７１号の欠点は、その画素配列がベイヤＣＦＡパターンを用いていないことである。ベイヤカラーフィルタパターンは、縞状にしたＧＢＧＲ  ＣＦＡパターンよりも視覚上より満足な画像を提供する。
【０００６】
したがって、出力増幅器同士の不均衡がカラー領域に存在する場合、ベイヤフィルタパターンを備えることにより、この欠点を正す必要がある。
【０００７】
【特許文献１】米国特許第４，９４９，１８３号明細書
【特許文献２】米国特許第５，０４０，０７１号明細書
【特許文献３】特開平２−０４６０７５号公報
【特許文献４】米国特許第５，３８４，５９６号明細書
【特許文献５】米国特許第５，４４０，３４３号明細書
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上述した一以上の問題を克服することに向けられている。短く要約すると、本発明の一態様によれば、本発明は画像センサ中に存在し、その画像センサは、（ａ）光で生成した電子又はホールの電荷パケットを集めるための感光画素の二次元配列と、（ｂ）第一のカラーが二個の画素上にあり、第二及び第三のカラーが一個の画素上にあって、各カラーがベイヤカラーフィルタの二個ずつの副配列中にある、前記感光画素上に配置された該ベイヤカラーフィルタと、（ｃ）並列な列電荷結合素子から電荷パケットを受け取る直列電荷結合素子の方向に平行して電荷パケットを転送するための前記並列電荷結合素子と、（ｄ）前記第一のカラーの画素が一行に整列し、前記第二及び第三のカラーの画素が次の行に整列するように、選択された行の電荷の転送を遅らせて、前記ベイヤフィルタパターンの一列をオフセットするための、前記感光画素と前記直列電荷結合素子との間の一行の画素とを備えている。
【０００９】
本発明のこれら及び他の態様、目的、特徴及び利点は、望ましい実施の形態の次の詳細な説明及び添付されたクレームから、また、添付の図面を参照することにより、より明快に理解され、正しく認識されるであろう。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、同一の出力によりサンプリングされる、一つの特定のカラーを提供する利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図２を参照すると、本発明の好ましい実施の形態は、ベイヤカラーフィルタ配列（ＣＦＡ）パターン（赤３、緑１及び青２）に従った画素の二次元配列から成る。各画素は、（図２ａにおいて３０という番号が付された）電荷結合素子（ＣＣＤ）チャンネルに隣り合う（図２ａの各カラーの下にあって、番号が付されていない）感光性位置を有するタイプのものである。この感光性位置は、ＣＣＤチャンネル自身が感光性位置として用いられる場合は省略できることが指摘される。画素配列の底部には、以下電荷遅延行と称する独自の画素行４０が、選択された列の電荷転送を遅延させるために、直列（水平）ＣＣＤ５０とその画素配列との間に置かれている。あるいは逆に言えば、この行４０は、選択された列の電荷パケットを他の列の電荷パケットの前に進めるということと等価である。電荷遅延行４０は一般的に感光性位置を有しておらず、感光性位置は不必要である。
【００１２】
図３を参照すると、電荷遅延行４０の各単位セルの詳細図が示されている。単位セルは、二画素の幅を有することが好ましい。長さは、特有の値を有するものではない。列Ａは、電荷パケットが単位セルを通過するのに、垂直ＣＣＤ制御ゲート４５の二個の完全な計時周期を必要とするように構成されている。列Ｂは、電荷パケットが単位セルを通過するのに垂直ＣＣＤ制御ゲート４６の一個のクロック周期を必要とするように構成されている。単位セルは、光活性画素配列の全幅に対して列を横断して繰り返される。この電荷遅延行４０の目的は、本明細書中に後で示すように、水平ＣＣＤ５０中に転送されるときに緑の画素が一列なるように、一列のベイヤＣＦＡパターンを一行分遅延させることである。
【００１３】
図２を参照すると、転送シーケンスは、感光性位置に集められた画像が垂直ＣＣＤ３０に転送された後に図２ａで始まる。あるいは、画像は直接垂直ＣＣＤに集められても良い。次に、図２ｂ〜図２ｄに示すように、画像は水平ＣＣＤ５０に向かって、電荷遅延行４０中に移動させられる。図２ｄにおいては、緑画素１は、今やある行に沿って整列していることに注意せよ。この図から明らかなように、このことは、遅延行に近い緑色１が行４０中に一回の転送のみを含み、かつ、更に（次の高い位置の行中の）遅延行４０からの緑色１が遅延行中で一回転送されるからである。次の垂直ＣＣＤ３０の転送サイクルのときに、緑画素１だけが第一の水平ＣＣＤ５０ａ中に転送される。一出力だけが用いられる場合には、第一の水平ＣＣＤ５０ａが全行を出力増幅器に転送する。二出力をより高速な読み出しのために用いる場合は、図２ｅに示すように、第一の水平ＣＣＤ５０ａからの信号を隣接する第二の水平ＣＣＤ５０ｂ中に転送する。垂直ＣＣＤ３０は、画素配列の次の行を第一の水平ＣＣＤ５０ａ中に移動させもする。この図２ｆの時点で、第一の水平ＣＣＤ５０ａは、赤画素３と青画素１とのみを含み、第二の水平ＣＣＤ５０ｂは、緑画素１のみを含む。両方の水平ＣＣＤ５０は、ここで、それらの内容を（図２ａのみに描かれた）出力増幅器６０に順次転送する。本発明のこの実施の形態においては、ベイヤカラーフィルタパターンは、全ての緑画素１が一つの水平ＣＣＤ５０中に置かれるように電荷遅延行４０により再配置される。比較すると、従来例は、しばしば緑画素を二本の異なる水平ＣＣＤ中に転送する。
【００１４】
本発明の第二の実施の形態において、電荷遅延行の単位セルは図４に示すように構成される。図４を参照すると、電荷遅延行４０において、列Ａの電荷転送を制御するゲートは、列Ｂの電荷転送を制御するゲートとは独立している。単位セルは二個の画素の広さを有している。単位セルは、長さも二画素（二行）である。本実施の形態において、一行の電荷パケットが電荷遅延行４０に入るときに、列Ｂの制御ゲートＢが一つの割り増しのクロック周期により動作させられ、列Ａ中の電荷パケットに対して一つの割り増しの行に電荷パケットを進める。このことにより、図３の望ましい実施の形態と同様な効果が実現されるが、それは割り増しの計時ドライバを用いて実現される。
【００１５】
図５は、第二の実施の形態の電荷転送シーケンスを示す。この電荷転送シーケンスは図５ａから始まり、図５ａにおいては、画素の感光性位置に集められた画像電荷が、それらの画素の垂直ＣＣＤ３０（簡略化のため図５ａにのみ示す）に転送される。そして、これらの電荷パケットは、垂直ＣＣＤ３０を介して、図５ｂ及び図５ｃ中の電荷遅延行４０に転送される。図５ｄにおいて、電荷遅延行の単位セル中の列Ｂの垂直ＣＣＤ制御ゲートのみが動作させられ、列Ａに対して一行前に電荷パケットを移動させる。このことにより、全ての緑画素１が同一行中に置かれ、図５ｅに示すように、水平ＣＣＤ５０ａ中に転送される準備が整う。図５ｆにおいて、列Ｂの垂直ＣＣＤ制御ゲートが、列Ａ中の垂直ＣＣＤ制御ゲートとは無関係に、再び動作させられる。このことにより、赤３及び青２の電荷パケットが全て同一の行中に置かれ、水平ＣＣＤ５０ａ中に転送される準備が整う。第一の水平ＣＣＤ５０ａ中の緑行１は、第二の水平ＣＣＤ５０ｂ中に転送される。次に、図５ｇにおいて、赤／青３及び２行が第一の水平ＣＣＤ５０ａ中に転送される。最後に、図５ｈにおいて、二個の水平ＣＣＤ５０がそれらの電荷パケットを出力増幅器６０（図５ａ中にのみ図示）に転送する。
【００１６】
第二の実施の形態の計時のわずかな変形が可能であることを認識すべきである。それらは、例えば、主画素配列の垂直ＣＣＤゲートと同様に遅延行の列Ａのゲートを計時し、列Ｂのゲートに対して独立のクロックを用いることである。反対に、主画素配列の垂直ＣＣＤゲートと同様に遅延行の列Ｂを計時し、列Ａのゲートに対して独立のクロックを用いることである。主画素配列と同様に列Ａのゲートが計時された場合には、遅延行の列Ｂのゲートの一部だけが、主画素配列のゲートとは異なるように計時される必要があることも明瞭な変形例である。従来例と等価な方法でカラーフィルタパターンを読み出すために、列Ａのゲートと列Ｂのゲートとは、主画素配列と共に一致して計時されても良い。
【００１７】
垂直ＣＣＤのゲート構造と、電荷遅延行とは、一相、二相、三相、四相又はそれ以上の相のＣＣＤ構造の周知のＣＣＤタイプのものであってよいことが自明であることも注記される。電荷遅延行は、米国特許第５，４４０，３４３号に記載された電荷清掃構造、又は他のそのような垂直ＣＣＤ乃至水平ＣＣＤの電荷阻止構造と組み合わせても良いことも注記される。
【００１８】
図６を参照すると、通常の消費者が慣れている市販用の実施の形態中に画像センサと出力ＣＣＤとを実施するデジタルカメラ７０が示されている。
【００１９】
本発明は、好ましい実施の形態に関して説明された。しかしながら、本発明の範囲から逸脱することなく当業者により変形や修正が行われ得ることが理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１ａ】従来の画像センサの上面図である。
【図１ｂ】従来の画像センサの上面図である。
【図１ｃ】従来の画像センサの上面図である。
【図１ｄ】従来の画像センサの上面図である。
【図２ａ】本発明の画像センサの上面図であり、このセンサと出力構造とを介する電荷の転送を示す。
【図２ｂ】本発明の画像センサの上面図であり、このセンサと出力構造とを介する電荷の転送を示す。
【図２ｃ】本発明の画像センサの上面図であり、このセンサと出力構造とを介する電荷の転送を示す。
【図２ｄ】本発明の画像センサの上面図であり、このセンサと出力構造とを介する電荷の転送を示す。
【図２ｅ】本発明の画像センサの上面図であり、このセンサと出力構造とを介する電荷の転送を示す。
【図２ｆ】本発明の画像センサの上面図であり、このセンサと出力構造とを介する電荷の転送を示す。
【図３】図２の遅延ＣＣＤの詳細図である。
【図４】図３の実施の形態とは別の実施の形態である。
【図５ａ】図２の実施の形態とは別の実施の形態である。
【図５ｂ】図２の実施の形態とは別の実施の形態である。
【図５ｃ】図２の実施の形態とは別の実施の形態である。
【図５ｄ】図２の実施の形態とは別の実施の形態である。
【図５ｅ】図２の実施の形態とは別の実施の形態である。
【図５ｆ】図２の実施の形態とは別の実施の形態である。
【図５ｇ】図２の実施の形態とは別の実施の形態である。
【図５ｈ】図２の実施の形態とは別の実施の形態である。
【図６】本発明の画像センサの市販用の実施の形態を実施するためのデジタルカメラである。
【符号の説明】
【００２１】
１  緑、２  青、３  赤、４  赤、１０  水平ＣＣＤ、２０  水平ＣＣＤ、３０  垂直ＣＣＤ、４０  電荷遅延行、４５  垂直ＣＣＤ制御ゲート、４６  垂直ＣＣＤ制御ゲート、５０  水平ＣＣＤ、６０  出力増幅器、７０  デジタルカメラ。
【図１ａ】
2007507167.tif 000003
【図１ｂ】
2007507167.tif 000004
【図１ｃ】
2007507167.tif 000005
【図１ｄ】
2007507167.tif 000006
【図２ａ】
2007507167.tif 000007
【図２ｂ】
2007507167.tif 000008
【図２ｃ】
2007507167.tif 000009
【図２ｄ】
2007507167.tif 000010
【図２ｅ】
2007507167.tif 000011
【図２ｆ】
2007507167.tif 000012
【図３】
2007507167.tif 000013
【図４】
2007507167.tif 000014
【図５ａ】
2007507167.tif 000015
【図５ｂ】
2007507167.tif 000016
【図５ｃ】
2007507167.tif 000017
【図５ｄ】
2007507167.tif 000018
【図５ｅ】
2007507167.tif 000019
【図５ｆ】
2007507167.tif 000020
【図５ｇ】
2007507167.tif 000021
【図５ｈ】
2007507167.tif 000022
【図６】
2007507167.tif 000023
【国際調査報告】
2007507167.tif 000024
2007507167.tif 000025