(57)【要約】【課題】電子的手振れ補正を行うときの切出範囲の位置決めを一行単位に行える様にする。【解決手段】ハニカム画素配列の固体撮像素子で、偶数行の画素から信号電荷を隣接電荷転送路に読み出し転送し、該信号電荷が奇数行の位置まで転送されてきたとき奇数行の画素から信号電荷を隣接電荷転送路に読み出す第１駆動モードと、奇数行の画素から信号電荷を隣接電荷転送路に読み出し転送し、該信号電荷が偶数行の位置まで転送されてきたとき偶数行の画素から信号電荷を隣接電荷転送路に読み出す第２駆動モードとを設け、両モードを所定条件に基づいて切り替える。これにより、ハニカム画素配列の固体撮像素子でも、１行単位に切出範囲の位置決めが可能になる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素が二次元アレイ状に形成されると共に偶数行の画素と奇数行の画素とが１／２ピッチづつずらして形成され、各画素列に夫々隣接して設けられ当該画素列の画素から読み出された信号電荷を受け取り転送する電荷転送路が夫々形成された固体撮像素子の駆動方法において、
前記偶数行の画素から該画素の信号電荷を隣接する前記電荷転送路に読み出し該電荷転送路に沿って転送し、該電荷転送路上の前記信号電荷が前記奇数行の位置まで転送されてきたとき該奇数行の画素から該画素の信号電荷を隣接する前記電荷転送路に読み出し、各電荷転送路上の前記偶数行の画素の各信号電荷と前記奇数行の画素の各信号電荷とを同一水平位置に保ちながら電荷転送を行う第１駆動モードと、
前記奇数行の画素から該画素の信号電荷を隣接する前記電荷転送路に読み出し該電荷転送路に沿って転送し、該電荷転送路上の前記信号電荷が前記偶数行の位置まで転送されてきたとき該偶数行の画素から該画素の信号電荷を隣接する前記電荷転送路に読み出し、各電荷転送路上の前記偶数行の画素の各信号電荷と前記奇数行の画素の各信号電荷とを同一水平位置に保ちながら電荷転送を行う第２駆動モードと
を所定条件に基づいて切り替えることを特徴とする固体撮像素子の駆動方法。
【請求項２】
前記所定条件は、前記二次元アレイ状に配列された画素が設けられる撮像領域の中から該撮像領域より狭い範囲を電子的手振れ補正を行うために切り出したときの該範囲の前記電荷転送方向境界線の位置であることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子の駆動方法。
【請求項３】
前記偶数行と前記奇数行の一方の画素には緑色フィルタが搭載され、前記偶数行と奇数行の他方の画素には赤色フィルタと青色フィルタとが交互に搭載されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の固体撮像素子の駆動方法。
【請求項４】
複数の画素が二次元アレイ状に形成されると共に偶数行の画素と奇数行の画素とが１／２ピッチづつずらして形成され、各画素列に夫々隣接して設けられ当該画素列の画素から読み出された信号電荷を受け取り転送する電荷転送路が夫々形成された固体撮像素子を搭載する撮像装置において、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の第１駆動モードと第２駆動モードの夫々の駆動パルスを生成し前記固体撮像素子に供給する撮像素子駆動部と、前記所定条件を判定し切替指示を前記撮像素子駆動部に出力する制御部とを備えることを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、奇数行の画素が偶数行の画素に対して１／２ピッチづつずらして形成された固体撮像素子の駆動方法並びにこの固体撮像素子を搭載した撮像装置に係り、特に、電子的手振れ補正を高精度に行うことが可能な固体撮像素子の駆動方法並びに撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図６は、ＣＣＤ型の固体撮像素子を用いた撮像装置で行われている電子的手振れ補正の説明図である。この固体撮像素子の有効撮像領域１には、二次元的に配列形成された複数の画素（図示せず）及び各画素列に並列に設けられた複数の垂直電荷転送路（ＶＣＣＤ：図示せず）が設けられており、各画素が検出した信号電荷を垂直電荷転送路が水平電荷転送路２まで転送し、次にこれらの信号電荷を水平電荷転送路２に沿って出力アンプ３まで転送し、出力アンプ３が、各信号電荷量に応じた電圧値信号を撮像画像信号として出力する。
【０００３】
電子的手振れ補正を行う場合、有効撮像領域１を実際の撮像画面より大きめに作っておき、例えば動画撮像時に手振れが起こったとき、撮像画面を切り出す切出範囲を手振れ補正量に応じて移動させることが行われる。
【０００４】
図示する例で、手振れが起き、あるフレームの第１撮像画像中の固定物画像５が次フレームの第２撮像画像中で固定物画像６として映っていると、第１撮像画像と第２撮像画像とを同一の切出範囲７で切り出すと、同じ固定物の画像が撮像画像中で「５→６」と移動してしまい、見づらい動画像になってしまう。
【０００５】
そこで、第１撮像画像を切出範囲７で切り出し、次に、第２撮像画像を切り出すとき、手振れ量ｋを検出し、切出範囲７を手振れ量ｋだけ移動させた切出範囲８で第２撮像画像を切り出すことで、撮像画像中の固定物画像５，６が同一位置となり、手振れの無い動画像を得ることが可能となる。
【０００６】
この様な切出範囲の移動は、有効撮像領域１のフレーム毎の撮像画像信号を固体撮像素子外部のフレームメモリに一々読み出し、フレームメモリ中の撮像画像を切り出すことで行うよりも、固体撮像素子から撮像画像信号を読み出すときに夫々切出範囲を設定し、不要な範囲の信号読み出しを掃き捨てながら切出範囲（＝読出範囲）の撮像画像信号を固体撮像素子から読み出す方が、フレームレートが向上し動画撮像のリアルタイム性が向上する。
【０００７】
この様な電子的手振れ補正を行う場合、例えば下記特許文献１に記載されている様な、所謂、ハニカム画素配置の固体撮像素子では、高精度の電子的手振れ補正ができないという問題がある。これを次に説明する。
【０００８】
図７は、ハニカム画素配置すなわち奇数行の画素（光電変換素子）に対して偶数行の画素が１／２ピッチづつずらして形成された固体撮像素子の表面模式図である。図中のＲ，Ｇ，Ｂは、各画素上に積層されたカラーフィルタ（Ｒ＝赤、Ｇ＝緑、Ｂ＝青）の色を示している。垂直方向に並ぶ画素列の隣に、蛇行する垂直電荷転送路（ＶＣＣＤ）１１が設けられている。
【０００９】
垂直電荷転送路１１は、半導体基板上に形成された埋め込みチャネル（図示せず）と、その上にゲート絶縁膜（図示せず）を介して積層された垂直転送電極膜１２とで構成される。図示する例では、１画素当たり４枚の転送電極膜１２が設けられ、４枚の転送電極膜１２に、転送パルスＶφ１，Ｖφ２，Ｖφ３，Ｖφ４が夫々印加される様になっている。
【００１０】
ハニカム画素配列の固体撮像素子では、通常、図示する様に、Ｂ画素／Ｒ画素が交互に設けられる画素列と、Ｇ画素のみの画素列とが交互に配置され、Ｇ画素がＲ画素／Ｂ画素に対して、転送電極膜２枚分だけ垂直方向側にずれた位置に設けられることになる。
【００１１】
この様な固体撮像素子で各画素の信号電荷を読み出し、垂直方向に転送する場合には、先ず、読み出しパルスＶφ１が印加され、Ｇ画素の信号電荷が隣接する垂直転送電極膜下の埋め込みチャネルに読み出される。そして、この信号電荷（Ｇ信号電荷という。）を垂直方向に２電極膜分だけ転送したとき、読み出しパルスＶφ３を印加すると、Ｒ画素とＢ画素の各信号電荷が隣接する垂直転送電極膜下の埋め込みチャネルに読み出される。この結果、Ｒ―Ｇ―Ｂ―Ｇ―Ｒ―…と信号電荷が横一行に並び、あるいはＢ―Ｇ―Ｒ―Ｇ―Ｂ―…と信号電荷が横一行に並ぶ。以後、各行の信号電荷を一緒に垂直方向に転送することになる。
【００１２】
【特許文献１】特開平１０―１３６３９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上述した様に、ハニカム画素配列の固体撮像素子では、Ｇ信号電荷を読み出した後に転送電極２枚分だけ垂直方向に転送しこのときＲ信号電荷とＢ信号電荷を読み出すため、図７に示すＧ画素行と次行のＲ／Ｂ画素行の２行分を一緒に転送することになる。
【００１４】
従って、図６に示す切出範囲を決める場合、その精度は、図８に示す様に、２行分が単位となり、２行以下の精度で切出範囲の位置決めができないという問題が生じる。
【００１５】
本発明の目的は、切出範囲の位置決めを１行単位に行うことができる固体撮像素子の駆動方法並びに撮像装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の固体撮像素子の駆動方法は、複数の画素が二次元アレイ状に形成されると共に偶数行の画素と奇数行の画素とが１／２ピッチづつずらして形成され、各画素列に夫々隣接して設けられ当該画素列の画素から読み出された信号電荷を受け取り転送する電荷転送路が夫々形成された固体撮像素子の駆動方法において、
前記偶数行の画素から該画素の信号電荷を隣接する前記電荷転送路に読み出し該電荷転送路に沿って転送し、該電荷転送路上の前記信号電荷が前記奇数行の位置まで転送されてきたとき該奇数行の画素から該画素の信号電荷を隣接する前記電荷転送路に読み出し、各電荷転送路上の前記偶数行の画素の各信号電荷と前記奇数行の画素の各信号電荷とを同一水平位置に保ちながら電荷転送を行う第１駆動モードと、
前記奇数行の画素から該画素の信号電荷を隣接する前記電荷転送路に読み出し該電荷転送路に沿って転送し、該電荷転送路上の前記信号電荷が前記偶数行の位置まで転送されてきたとき該偶数行の画素から該画素の信号電荷を隣接する前記電荷転送路に読み出し、各電荷転送路上の前記偶数行の画素の各信号電荷と前記奇数行の画素の各信号電荷とを同一水平位置に保ちながら電荷転送を行う第２駆動モードと
を所定条件に基づいて切り替えることを特徴とする。
【００１７】
本発明の固体撮像素子の駆動方法における前記所定条件は、前記二次元アレイ状に配列された画素が設けられる撮像領域の中から該撮像領域より狭い範囲を電子的手振れ補正を行うために切り出したときの該範囲の前記電荷転送方向境界線の位置であることを特徴とする。
【００１８】
本発明の固体撮像素子の駆動方法における固体撮像素子では、前記偶数行と奇数行の一方の画素には緑色フィルタが搭載され、前記偶数行と奇数行の他方の画素には赤色フィルタと青色フィルタとが交互に搭載されていることを特徴とする。
【００１９】
本発明の撮像装置は、複数の画素が二次元アレイ状に形成されると共に偶数行の画素と奇数行の画素とが１／２ピッチづつずらして形成され、各画素列に夫々隣接して設けられ当該画素列の画素から読み出された信号電荷を受け取り転送する電荷転送路が夫々形成された固体撮像素子を搭載する撮像装置において、上記のいずれかに記載の第１駆動モードと第２駆動モードの夫々の駆動パルスを生成し前記固体撮像素子に供給する撮像素子駆動部と、前記所定条件を判定し切替指示を前記撮像素子駆動部に出力する制御部とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、切出範囲の位置決めを一行単位で行っても、切出範囲内の撮像画像信号を読み出して撮像画像を生成することができ、電子的手振れ補正を高精度に行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
【００２２】
図１は、本発明の一実施形態に係るデジタルカメラの機能ブロック構成図である。このデジタルカメラは、撮像部２１と、撮像部２１から出力されるアナログの画像データを自動利得調整（ＡＧＣ）や相関二重サンプリング処理等のアナログ処理するアナログ信号処理部２２と、アナログ信号処理部２２から出力されるアナログ画像データをデジタル画像データに変換するアナログデジタル変換部（Ａ／Ｄ）２３と、後述のシステム制御部（ＣＰＵ）２９からの指示によってＡ／Ｄ２３，アナログ信号処理部２２，撮像部２１の駆動制御を行う駆動部（タイミングジェネレータＴＧを含む）２４と、ＣＰＵ２９からの指示によって発光するフラッシュ２５とを備える。
【００２３】
撮像部２１は、被写界からの光を集光する光学レンズ系２１ａと、該光学レンズ系２１ａを通った光を絞る絞りやメカニカルシャッタ２１ｂと、光学レンズ系２１ａによって集光され絞りによって絞られた光を受光し撮像画像データ（アナログ画像データ）を出力するＣＣＤ型固体撮像素子１００とを備える。
【００２４】
本実施形態のデジタルカメラは更に、Ａ／Ｄ２３から出力されるデジタル画像データを取り込み補間処理やホワイトバランス補正，ＲＧＢ／ＹＣ変換処理等を行うデジタル信号処理部２６と、画像データをＪＰＥＧ形式などの画像データに圧縮したり逆に伸長したりする圧縮／伸長処理部２７と、メニューなどを表示したりスルー画像や撮像画像を表示する表示部２８と、デジタルカメラ全体を統括制御するシステム制御部（ＣＰＵ）２９と、フレームメモリ等の内部メモリ３０と、ＪＰＥＧ画像データ等を格納する記録メディア３２との間のインタフェース処理を行うメディアインタフェース（Ｉ／Ｆ）部３１と、これらを相互に接続するバス４０とを備え、また、システム制御部２９には、ユーザからの指示入力を行う操作部２３が接続されている。
【００２５】
図２は、図１に示す固体撮像素子１００の平面模式図である。図示する固体撮像素子１００は、半導体基板上に多数のフォトダイオード（光電変換素子）１０１が二次元アレイ状に配列形成され、奇数行のフォトダイオード１０１に対して偶数行のフォトダイオード１０１が１／２ピッチづつずらして配置（所謂、ハニカム画素配列）されている。
【００２６】
各フォトダイオード１０１上に図示した「Ｒ」「Ｇ」「Ｂ」は各フォトダイオード上に積層されたカラーフィルタの色（赤＝Ｒ，緑＝Ｇ，青＝Ｂ）を表しており、各フォトダイオード１０１は、３原色のうちの１色の受光量に応じた信号電荷を蓄積する。尚、原色系カラーフィルタを搭載した例を説明するが、補色系カラーフィルタを搭載することでも良い。
【００２７】
半導体基板表面の水平方向には、各フォトダイオード１０１を避けるように蛇行して垂直転送電極が敷設されている。半導体基板には垂直方向に並ぶフォトダイオード列の側部に図示しない埋め込みチャネルが、フォトダイオード１０１を避けるように垂直方向に蛇行して形成されている。この埋め込みチャネルと、この上に設けられ垂直方向に蛇行して配置される垂直転送電極とで、垂直転送路（ＶＣＣＤ）１０２が形成される。
【００２８】
半導体基板の下辺部には、水平転送路（ＨＣＣＤ）１０３が設けられている。この水平転送路１０３も、埋め込みチャネルとその上に設けられた水平転送電極とで構成され、この水平転送路１０３は、駆動部２４から出力される転送パルスによって２相駆動される。水平転送路１０３の出力端部には、信号電荷量に応じた電圧値信号を撮像画像信号として出力するアンプ１０４が設けられている。
【００２９】
本実施形態に係る固体撮像素子の画素配列と転送電極膜との配置は、図７で説明したものと同じである。
【００３０】
尚、各垂直転送路１０２の転送端部と水平転送路１０３との間に、例えば特開２００２―１１２１１９号公報に記載されている様なラインメモリを設ける場合もあるが、本実施形態では、ラインメモリを設ける場合、設けない場合のいずれにも適用可能である。
【００３１】
また、「垂直」「水平」という用語を使用して説明しているが、これは、半導体基板表面に沿う「１方向」「この１方向に対して略直角の方向」という意味に過ぎない。
【００３２】
図３は、図１に示すシステム制御部２９が電子的手振れ補正を行う場合の処理手順を示すフローチャートである。先ず、手振れ補正量を検出する（ステップＳ１）。この検出は、固体撮像素子１００からスルー画像として読み出した撮像画像信号を画像処理することで求めても良く、また、撮像装置に別途設けた手振れ補正量検出器で求めても良く、その検出方法は問わない。
【００３３】
次のステップＳ２では、ステップＳ１で求めた手振れ補正量に基づき、図６で説明した切出範囲を決定する。例えば、図６に示す切出範囲８を決定する。次のステップＳ３では、この切出範囲８の下端線位置に従って、Ｇ信号電荷の先読みモードであるか否かを判定する。
【００３４】
Ｇ信号電荷の先読みモードであるか否かは、次の様にして判定する。図４（ａ）に破線で示す位置が切出範囲８の下端線位置であり、この破線の直ぐ下（水平転送路側）に並ぶ画素行がＧ画素行である場合には、Ｇ信号電荷の先読みモードであると判定する。図４（ｂ）に破線で示す位置の直ぐ下に並ぶ画素行が、Ｒ画素／Ｂ画素の交互配置行である場合には、Ｇ信号電荷の先読みモードではなくＲＢ信号電荷先読みモードであると判定する。
【００３５】
Ｇ信号電荷の先読みモードの場合には、ステップＳ３からステップＳ４に進み、図１の駆動部２４に対してＧ先読みモードを指示する。これにより、駆動部２４は、図５（ａ）に示すＧ先読みモード用駆動パルスを生成し、固体撮像素子１００に出力する。
【００３６】
図５（ａ）に示す駆動パルスチャートによれば、図７で説明したように、読み出しパルスＰ１が電極膜Ｖφ１に印加されて先ずＧ信号電荷が垂直電荷転送路に読み出され、次に、電極膜Ｖφ２，Ｖφ３に転送パルスが印加されて２枚の電極膜分だけ垂直方向にＧ信号電荷が転送されたときに電極膜Ｖφ３に読み出しパルスＰ２が重畳されることで、Ｒ信号電荷，Ｂ信号電荷が垂直電荷転送路に読み出される。
【００３７】
以下、図６に示す前掃き出し部分の信号電荷の高速掃き出し駆動が行われ、次に、切出範囲の信号電荷の出力が行われ、その後に後掃き出し部分の信号電荷の高速掃き出し駆動が行われる。これにより、図４（ａ）に折れ線で示す２行分の信号電荷毎に水平転送路１０３に転送され、アンプ１０４から撮像画像信号として図１のデジタル信号処理部（ＤＳＰ）２６に取り込まれる。
【００３８】
デジタル信号処理部２６は、固体撮像素子１００から取り込んだ撮像画像信号の…Ｒ―Ｇ―Ｂ―Ｇ―Ｒ―…のデータ列のうち、Ｇ画像信号がＲ画像信号やＢ画像信号よりも垂直方向の上側に来る（図４（ａ）の状態）ことを知ることができれば、撮像画像を再生することができる。
【００３９】
そこで、システム制御部２９は、ステップＳ４の後のステップＳ５で、デジタル信号処理部２６に対して、Ｇ先読みモードである旨の通知を行い、この処理を終了する。これにより、デジタル信号処理部２６は、この通知に従って固体撮像素子１００から読み出されるデータ列を画像処理し、撮像画像を再生する。
【００４０】
ステップＳ３での判定の結果、Ｇ先読みモードで無かった場合には、ステップＳ３からステップＳ６に進む。このステップＳ６では、図１の駆動部２４に対してＲＢ先読みモードを指示する。これにより、駆動部２４は、図５（ｂ）に示すＧ先読みモード用駆動パルスを生成し、固体撮像素子１００に出力する。
【００４１】
図５（ｂ）に示す駆動パルスチャートによれば、読み出しパルスＰ３が電極膜Ｖφ３に印加されて先ずＲ信号電荷とＢ信号電荷とが垂直電荷転送路に読み出され、次に、電極膜Ｖφ４，Ｖφ１に転送パルスが印加されて２枚の垂直電極膜分だけ垂直方向にＲ信号電荷とＢ信号電荷とが転送されたときに電極膜Ｖφ１に読み出しパルスＰ４が重畳されることで、Ｇ信号電荷が垂直電荷転送路に読み出される。
【００４２】
以下、図６に示す前掃き出し部分の信号電荷の高速掃き出し駆動が行われ、次に、切出範囲の信号電荷の出力が行われ、その後に後掃き出し部分の信号電荷の高速掃き出し駆動が行われる。これにより、図４（ｂ）に折れ線で示す２行分の信号電荷毎に水平転送路１０３に転送され、アンプ１０４から撮像画像信号として図１のデジタル信号処理部（ＤＳＰ）２６に取り込まれる。
【００４３】
デジタル信号処理部２６は、固体撮像素子１００から取り込んだ撮像画像信号の…Ｒ―Ｇ―Ｂ―Ｇ―Ｒ―…のデータ列のうち、Ｇ画像信号がＲ画像信号やＢ画像信号よりも垂直方向の下側に来る（図４（ｂ）の状態）ことを知ることができれば、撮像画像を再生することができる。
【００４４】
そこで、システム制御部２９は、ステップＳ６の後のステップＳ７で、デジタル信号処理部２６に対して、ＲＢ先読みモードである旨の通知を行い、この処理を終了する。これにより、デジタル信号処理部２６は、この通知に従って固体撮像素子１００から読み出されるデータ列を画像処理し、撮像画像を再生する。
【００４５】
以上述べた様に、本実施形態によれば、図４（ａ）（ｂ）に示す様に、切出範囲の精度を１画素行単位に制御することができるため、高精度の手振れ補正を行うことが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明に係る固体撮像素子の駆動方法は、電子的手振れ補正を高精度に行うことができるため、デジタルカメラ等に適用すると有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の一実施形態に係るデジタルカメラの機能ブロック構成図である。
【図２】図１に示すハニカム画素配置の固体撮像素子の表面模式図である。
【図３】図１に示すシステム制御部が行う電子的手振れ補正時の処理手順を示すフローチャートである。
【図４】電子的手振れ補正を行うときの１画素行単位での切出範囲の決定と撮像信号の読み出し順を示す図である。
【図５】Ｇ先読みモード駆動パルス（ａ）とＲＢ先読みモード駆動パルス（ｂ）のタイミングチャートである。
【図６】電子的手振れ補正の説明図である。
【図７】ハニカム画素配列における画素の信号電荷読み出し及び転送の説明図である。
【図８】ハニカム画素配列の固体撮像素子を用いたときの電子的手振れ補正時の不具合説明図である。
【符号の説明】
【００４８】
２１  撮像部
２４  駆動部
２６  デジタル信号処理部（ＤＳＰ）
２９  システム制御部（ＣＰＵ）
１００  固体撮像素子
１０１  画素（光電変換素子）
１０２  垂直電荷転送路（ＶＣＣＤ）
１０３  水平電荷転送路
１０４  出力アンプ
Ｐ１，Ｐ４  Ｇ信号電荷の読み出しパルス
Ｐ２，Ｐ３  ＲＧ信号電荷の読み出しパルス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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