(57)【要約】【課題】外部回路の色選択スイッチの高速化を不要とするとともに、時間的に隣り合う色の異なる画素信号による混色の少ない固体撮像装置を提供する。【解決手段】入射光を光電変換する複数の単位画素１が二次元状に、色配列の異なる複数種類の行を含むように配列された撮像部と、撮像部の画素信号が読み出される複数の出力信号線と、出力信号線の信号が出力される複数の出力部とを備える。第１の行における第１の色の隣接しない複数画素から得られる画素信号を順次連続して第１の出力部７ａから出力するとともに、第１の行における第１の色とは異なる第２の色の隣接しない複数画素から得られる画素信号を順次連続して第２の出力部７ｂから出力し、その後、第１の行とは色配列の異なる第２の行の画素信号を読み出す際に、第２の行における第１の色の隣接しない複数画素の画素信号を順次連続して第１の出力信号線６ａに読み出す。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を光電変換する複数の単位画素が二次元状に、色配列の異なる複数種類の行を含むように配列された撮像部と、前記撮像部の画素信号が読み出される出力信号線と、前記出力信号線の信号が出力される出力部とを備えた固体撮像装置において、
前記出力信号線及び出力部を複数組有し、
第１の行における第１の色の隣接しない複数画素から得られる画素信号を順次連続して第１の前記出力部から出力するとともに、前記第１の行における前記第１の色とは異なる第２の色の隣接しない複数画素から得られる画素信号を順次連続して第２の前記出力部から出力し、
その後、前記第１の行とは色配列の異なる第２の行の前記画素信号を読み出す際に、前記第２の行内に前記第１の色の画素が含まれる場合は、前記第２の行における前記第１の色の隣接しない複数画素の画素信号を順次連続して前記第１の出力信号線に読み出すことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
入射光を光電変換する複数の単位画素が二次元状に、色配列の異なる複数種類の行を含むように配列された撮像部と、前記撮像部の画素信号が読み出される出力信号線と、前記出力信号線の信号が出力される出力部とを備えた固体撮像装置において、
前記出力信号線及び出力部を複数組有し、
第１の行における各画素の信号を読み出す際に、当該行に複数種類の色の画素が含まれる場合には、前記第１の行における各画素信号を各色別に異なる前記出力部から順次出力し、
その後、前記第１の行とは配列が異なる第２の行を読み出す際に、前記第２の行内に前記第１の行内の画素の色と一致する特定の色の画素が含まれる場合には、前記第２の行における前記特定の色の少なくとも一つの画素の画素信号を、前記第１の行内の当該色の画素の画素信号が読み出された前記出力信号線に読み出すことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項３】
同一行における異なる色の画素の画素信号を、それぞれ１つだけ同時に異なる前記出力信号線に読み出した後、それぞれの前記出力信号線に接続された前記出力部から出力する請求項１または２記載の固体撮像装置。
【請求項４】
入射光を光電変換する複数の単位画素が二次元状に、色配列の異なる複数種類の列を含むように配列された撮像部と、前記撮像部の画素信号が読み出される出力信号線と、前記出力信号線の信号が出力される出力部とを備えた固体撮像装置において、
前記出力信号線及び出力部を複数組有し、
第１の列における第１の色の隣接しない複数画素から得られる画素信号を順次連続して第１の前記出力部から出力するとともに、前記第１の列における前記第１の色とは異なる第２の色の隣接しない複数画素から得られる画素信号を順次連続して第２の前記出力部から出力し、
その後、前記第１の列とは色配列の異なる第２の列の前記画素信号を読み出す際に、前記第２の列内に前記第１の色の画素が含まれる場合は、前記第２の列における前記第１の色の隣接しない複数画素の画素信号を順次連続して前記第１の出力信号線に読み出すことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項５】
入射光を光電変換する複数の単位画素が二次元状に、色配列の異なる複数種類の列を含むように配列された撮像部と、前記撮像部の画素信号が読み出される出力信号線と、前記出力信号線の信号が出力される出力部とを備えた固体撮像装置において、
前記出力信号線及び出力部を複数組有し、
第１の列における各画素の信号を読み出す際に、当該列に複数種類の色の画素が含まれる場合には、前記第１の列における各画素信号を各色別に異なる前記出力部から順次出力し、
その後、前記第１の列とは配列が異なる第２の列を読み出す際に、前記第２の列内に前記第１の列内の画素の色と一致する特定の色の画素が含まれる場合には、前記第２の列における前記特定の色の少なくとも一つの画素の画素信号を、前記第１の列内の当該色の画素の画素信号が読み出された前記出力信号線に読み出すことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項６】
同一列における異なる色の画素の画素信号を、それぞれ１つだけ同時に異なる前記出力信号線に読み出した後、それぞれの前記出力信号線に接続された前記出力部から出力する請求項４または５記載の固体撮像装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載の固体撮像装置を搭載したカメラまたはカメラシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入射光を光電変換するための単位画素が二次元状に配列された固体撮像装置、およびそれを用いた、デジタルスチルカメラ、動画カメラ等のカメラ、あるいはカメラシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のデジタルスチルカメラ等に用いられる固体撮像装置においては、光電変換用の各画素から得られる画素信号を、例えば行毎に蓄積部に転送して蓄積し、次に水平シフトレジスタから出力される読み出しパルスに同期して、行毎の画素信号を順次出力する（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
図３は、従来例のＭＯＳ型固体撮像装置８（一部のみを図示）及び外部回路９の構成を示す。固体撮像装置８は、二次元状に配列された画素１と、列方向に画素を選択する垂直シフトレジスタ２と、列方向の垂直信号線３と、各行の信号を蓄積する行メモリー部４と、行メモリー部４を選択するための水平シフトレジスタ５と、水平シフトレジスタ５の出力により駆動される読み出しスイッチ５１と、各行毎に画素信号を出力するための出力信号線６と、出力アンプ７により構成されている。外部回路９は、固体撮像装置８から出力される画素信号を色毎に蓄積する外部メモリー１０、および色選択スイッチ１１により構成されている。
【０００４】
この固体撮像装置８は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色の画素１を、ベイヤー配列したものである。各行の画素１の信号は、垂直シフトレジスタ２により、行毎に垂直信号線３に読み出された後、行メモリー部４に転送される。行メモリー部４内にある画素信号は、読み出しスイッチ５１を介して、水平シフトレジスタ５から出力される読み出しパルスＳ１〜Ｓ６の順に、順次出力信号線６に転送され、出力アンプ７から出力される。出力アンプ７からの出力信号は、外部回路９に入力され、色選択スイッチ１１により色別に切り替えられて外部メモリー１０に蓄積された後、画像処理が行なわれる。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−４５３７８号公報（図１３、図１４）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図４は、上記ＭＯＳ型固体撮像装置１の出力アンプ７からの出力波形を示す。ｎ行目の画素信号は図４（ａ）に示されるように、水平信号伝送回路５からの読み出しパルスＳ１〜Ｓ６が順次オンすることにより、Ｇ１（ｎ）、Ｂ１（ｎ）、Ｇ２（ｎ）、Ｂ２（ｎ）、Ｇ３（ｎ）、Ｂ３（ｎ）  の順序でアンプ７から出力される。ｎ＋１行目の画素信号は図４（ｂ）に示されるように、Ｒ１（ｎ＋１）、Ｇ１  （ｎ＋１）、Ｒ２（ｎ＋１）、Ｇ２（ｎ＋１）  、Ｒ３（ｎ＋１）、Ｇ３（ｎ＋１）  の順序でアンプ７から出力される。その際、出力アンプ７の出力信号中では、異なる色の画素信号が隣接する。従って、外部回路９においては、色選択スイッチ１１により出力信号を色毎に高速で選別し、外部メモリー１０に各色別に転送する必要がある。図３の構成の場合、１行の画像信号を外部メモリー１０に転送するためには、例えばｎ行とｎ＋１行の画素信号に対して、２つの色選択スイッチ１１を１２回切り換える必要がある。
【０００７】
また、出力信号は時間的に隣の信号の影響を受けやすいため、混色する可能性があり画質劣化が発生する。特に、信号出力を高速化した時には、外部回路の色選択スイッチの高速化や混色の防止が必要となってくる。
【０００８】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、信号出力を高速化した時でも、外部回路の色選択スイッチの高速化を不要とし、混色の少ない固体撮像装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の固体撮像装置は、入射光を光電変換する複数の単位画素が二次元状に、色配列の異なる複数種類の行を含むように配列された撮像部と、前記撮像部の画素信号が読み出される出力信号線と、前記出力信号線の信号が出力される出力部とを備える。
【００１０】
上記課題を解決するために、前記出力信号線及び出力部を複数組有し、第１の行における第１の色の隣接しない複数画素から得られる画素信号を順次連続して第１の前記出力部から出力するとともに、前記第１の行における前記第１の色とは異なる第２の色の隣接しない複数画素から得られる画素信号を順次連続して第２の前記出力部から出力し、その後、前記第１の行とは色配列の異なる第２の行の前記画素信号を読み出す際に、前記第２の行内に前記第１の色の画素が含まれる場合は、前記第２の行における前記第１の色の隣接しない複数画素の画素信号を順次連続して前記第１の出力信号線に読み出す構成とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
上記構成の本発明の固体撮像装置によれば、固体撮像装置の同一行において、異なる色をそれぞれ異なる出力部から並列で読み出すことができ、信号読み出しの高速化を図ることができる。また、行毎に色配列が異なる場合でも、連続した行に同一色がある場合には、同一の出力部から同一の色を読み出すことができるため、外部回路の色選択スイッチの切り換えが低速でよく、信号出力の高速化に容易に対応できる。また、出力信号中で一定期間同色が連続するので、出力信号の混色を少なくし高画質化を実現することができる。
【００１２】
画素信号を読み出すための構成を、以下のようにすることもできる。すなわち、前記出力信号線及び出力部を複数組有し、第１の行における各画素の信号を読み出す際に、当該行に複数種類の色の画素が含まれる場合には、前記第１の行における各画素信号を各色別に異なる前記出力部から順次出力し、その後、前記第１の行とは配列が異なる第２の行を読み出す際に、前記第２の行内に前記第１の行内の画素の色と一致する特定の色の画素が含まれる場合には、前記第２の行における前記特定の色の少なくとも一つの画素の画素信号を、前記第１の行内の当該色の画素の画素信号が読み出された前記出力信号線に読み出す構成とする。
【００１３】
上記の構成において、同一行における異なる色の画素の画素信号を、それぞれ１つだけ同時に異なる前記出力信号線に読み出した後、それぞれの前記出力信号線に接続された前記出力部から出力する構成とすることもできる。
【００１４】
また、上記構成における各行毎に出力信号線に読み出す構成に代えて、以下のように、各列毎に出力信号線に読み出す構成とすることもできる。
【００１５】
その場合、本発明の固体撮像装置は、入射光を光電変換する複数の単位画素が二次元状に、色配列の異なる複数種類の列を含むように配列された撮像部と、前記撮像部の画素信号が読み出される出力信号線と、前記出力信号線の信号が出力される出力部とを備える。
【００１６】
そして、前記出力信号線及び出力部を複数組有し、第１の列における第１の色の隣接しない複数画素から得られる画素信号を順次連続して第１の前記出力部から出力するとともに、前記第１の列における前記第１の色とは異なる第２の色の隣接しない複数画素から得られる画素信号を順次連続して第２の前記出力部から出力し、その後、前記第１の列とは色配列の異なる第２の列の前記画素信号を読み出す際に、前記第２の列内に前記第１の色の画素が含まれる場合は、前記第２の列における前記第１の色の隣接しない複数画素の画素信号を順次連続して前記第１の出力信号線に読み出す構成とする。
【００１７】
画素信号を読み出すための構成を、以下のようにすることもできる。すなわち、前記出力信号線及び出力部を複数組有し、第１の列における各画素の信号を読み出す際に、当該列に複数種類の色の画素が含まれる場合には、前記第１の列における各画素信号を各色別に異なる前記出力部から順次出力し、その後、前記第１の列とは配列が異なる第２の列を読み出す際に、前記第２の列内に前記第１の列内の画素の色と一致する特定の色の画素が含まれる場合には、前記第２の列における前記特定の色の少なくとも一つの画素の画素信号を、前記第１の列内の当該色の画素の画素信号が読み出された前記出力信号線に読み出す構成とする。
【００１８】
上記の構成において、同一列における異なる色の画素の画素信号を、それぞれ１つだけ同時に異なる前記出力信号線に読み出した後、それぞれの前記出力信号線に接続された前記出力部から出力する構成とする。
【００１９】
以上のいずれかの構成の固体撮像装置を搭載して、カメラまたはカメラシステムを構成することができる。
【００２０】
以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【００２１】
図１は、本発明の一実施の形態におけるＭＯＳ型固体撮像装置１２および外部回路１３の構成を示す。図３に示した従来例の装置と同様の要素には同一の参照符号を付して、説明の重複を避ける。
【００２２】
この固体撮像装置１２における図３の従来例装置と異なる構成は、２本の出力信号線６ａ、６ｂを有する点である。各出力信号線６ａ、６ｂに対して、出力アンプ７ａ、７ｂが各々接続されている。行メモリー部４と出力信号線６ａ、６ｂの間には、読み出しスイッチ５ａ、５ｂが挿入されている。また、外部回路１３においては、色選択スイッチ１１ａ〜１１ｃが、出力アンプ７ａ、７ｂの出力信号に対応した区分により接続されている。
【００２３】
画素１は、従来例と同様、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色がベイヤー配列されている。行メモリー部４に蓄積された画素信号は、それぞれ２本の出力信号線６ａ、６ｂに振り分けて読み出される。そのため、行メモリー部４は、出力信号線６ａと読み出しスイッチ５ａを介して接続されるとともに、出力信号線６ｂとは、読み出しスイッチ５ｂを介して接続されている。隣接する読み出しスイッチ５ａと５ｂを対として、各対毎に、水平シフトレジスタ５から出力される読み出しパルスＳ１〜Ｓ６が供給される。
【００２４】
本実施の形態において、各行の画素１の信号が出力信号線６ａ、６ｂに読み出される動作は次のとおりである。ある行の画素信号が、垂直シフトレジスタ２により垂直信号線３に読み出され、行メモリー部４に移される。その後、水平シフトレジスタ５から読み出しパルスＳ１〜Ｓ３が順次、読み出しスイッチ５ａ、５ｂの各対に供給される。但し、読み出しパルスＳ２、Ｓ３が供給される読み出しスイッチ５ａ、５ｂの対は、図１に示されるように、一対おきに選択される。各読み出しパルスＳ１〜Ｓ３毎に、行メモリー部４に蓄積された同一行内の隣接する異なる色の画素信号が、出力信号線６ａ、６ｂに同時に読み出される。従って、出力信号線６ａ、６ｂにはそれぞれ、各読み出しパルスＳ１〜Ｓ３毎に同一色の画素信号が読み出される。
【００２５】
続いて、次の行の画素信号が垂直シフトレジスタ２により垂直信号線３に読み出され、行メモリー部４に移される。その後、水平シフトレジスタ５から読み出しパルスＳ４〜Ｓ６が順次、読み出しスイッチ５ａ、５ｂの対に供給される。各読み出しパルスＳ４〜Ｓ６毎に、行メモリー部４に蓄積された同一行内の隣接する異なる色の画素信号が各々、出力信号線６ａ、６ｂに同時に読み出される。但しこの場合、読み出しパルスＳ４〜Ｓ６は、読み出しパルスＳ１〜Ｓ３が供給されなかった読み出しスイッチ５ａ、５ｂの対に供給される。従って、行メモリー部４内の蓄積位置と出力信号線６ａ、６ｂの対応が逆転する。それにより、隣接する２つの行に配置された同一色（Ｇ）の画素１の信号はいずれも、出力信号線６ａに読み出されることになる。
【００２６】
例えば図１に示した画素配列の場合、ｎ行目の信号を行メモリー部４に移した後、読み出しパルスＳ１、Ｓ２、Ｓ３により、出力信号線６ａには緑（Ｇ）の画素１の信号が、出力信号線６ｂには青（Ｂ）の画素１の信号が読み出される。次に、ｎ＋１行目の信号を行メモリー部４に移した後、読み出しパルスＳ４、Ｓ５、Ｓ６により、出力信号線６ａには緑（Ｇ）の画素１の信号が、出力信号線６ｂには赤（Ｒ）の画素１の信号が読み出される。従って、出力信号線６ａには常に緑（Ｇ）が読み出され、出力アンプ７ａからは常に緑（Ｇ）が出力される。出力信号線６ｂには、ある行では青（Ｂ）が、次の行では、赤（Ｒ）が読み出され、出力アンプ７ｂには、青（Ｂ）と赤（Ｒ）が行毎に交互に出力される。
【００２７】
出力アンプ７ａ、７ｂの出力信号は、外部回路１３に入力され、色選択スイッチ１１ａ、１１ｂ、１１ｃにより、色別に外部メモリー１０に蓄積される。本実施の形態においては、出力アンプ７ａの出力信号の場合、常に緑（Ｇ）が出力されるため、出力アンプ７ａの信号が入力される色選択スイッチ１１ａは常にオンしておくことができ、切り換える必要がない。出力アンプ７ｂの出力信号の場合は、ある行では青（Ｂ）の色選択スイッチ１１ｂをオンし、青（Ｂ）の出力信号を全て外部メモリー１０の青（Ｂ）に読み込み、次の行では赤（Ｒ）の色選択スイッチ１１ｃをオンし、赤（Ｒ）の出力信号を全て外部メモリー１０の赤（Ｒ）に読み込む。従って、行の切り換え時のみに、色選択スイッチ１１ｂ、１１ｃを切り換えれば良い。
【００２８】
図２は、本実施の形態におけるＭＯＳ型固体撮像装置１２の出力アンプ７ａ、７ｂにおける出力波形を示す。図１に示された配列の画素１から得られる画素信号を処理する動作の場合、ｎ行目とｎ＋１行目の画素信号としてそれぞれ、出力アンプ７ａからは図２（ａ）に示すように、Ｇ１（ｎ）、Ｇ２（ｎ）  、Ｇ３（ｎ）、Ｇ１（ｎ＋１）、Ｇ２（ｎ＋１）、Ｇ３（ｎ＋１）が出力され、出力アンプ７ｂからは図２（ｂ）に示すように、Ｂ１  （ｎ）、Ｂ２（ｎ）  、Ｂ３（ｎ）、Ｒ１（ｎ＋１）、Ｒ２（ｎ＋１）、Ｒ３（ｎ＋１）が出力される。出力アンプ７ａ、７ｂのそれぞれの出力信号としては、同一行において隣り合わない画素からの同一の色信号が連続して出力される。そのため、外部回路１３の外部メモリー１０に蓄積する場合に、色を振り分けて選別する色選択スイッチ１１ａ〜１１ｃを高速で連続動作させる必要がない。すなわち上述のように、出力アンプ７ａからの出力信号の場合は、ｎ行目とｎ＋１行目のどちらについても色選択スイッチ１１ａを切り換える必要がなく、出力アンプ７ｂの信号の場合は、ｎ行目とｎ＋１行目の行切り換え時の２回のみ、色選択スイッチ１１ｂ、１１ｃの切り換え動作を行なえば良い。
【００２９】
このように本実施の形態では、ｎ行目とｎ＋１行目との２つの行の画素信号を外部メモリー１０に読みこむために、色選択スイッチ１１ａ〜１１ｃの切り換え回数が２回でよく、従来は色選択スイッチの切り換えが１２回必要であったのに対して、色選択スイッチ１１ａ〜１１ｃの低速化を実現し、信号出力の高速化を図ることができる。
【００３０】
また、出力信号では同一の色が連続し、隣の色信号の影響を受けないため、混色を防ぎ高画質化を実現することができる。特に、信号出力を高速化した時には、色選択スイッチ１１ａ〜１１ｃの低速化や、混色防止による高画質化の効果が大きい。
【００３１】
上記実施の形態では、各行において各色は全て連続して読み出されており、この場合が最も効果が大きいが、少なくとも２つの同一の信号を連続して出力する場合であれば、信号出力の高速化、色選択スイッチの低速化および高画質化の効果が得られる。
【００３２】
また上記実施の形態では、水平信号線、および出力アンプが２つの場合を示したが、それらが３つ以上の場合は、信号出力を高速化、色選択スイッチの低速化および高画質化の効果がさらに大きい。
【００３３】
また上記実施の形態のように、各行の信号を行メモリ部に入力して出力信号線に読み出す場合に限らず、各列の信号を列メモリ部に入力して出力信号線で読み出す場合にも、本発明を同様に適用することができる。
【００３４】
また上記実施の形態のように、外部回路として各色毎の外部メモリーを具備する場合に限らず、固体撮像装置の中に外部回路を内蔵する場合にも、本発明を同様に適用することができる。
【００３５】
また上記実施の形態のように、Ｒ、Ｇ、Ｂの原色カラーフィルターを有する場合に限らず、シアン（Ｃｙ）、マゼンタ（Ｍｇ）、イエロー（Ｙｅ）、グリーン（Ｇ）などの補色カラーフィルターを有する場合にも、本発明を同様に適用することができる。
【００３６】
また上記実施の形態では、光学的に黒の画素（オプチカル、ブラック）を有することが示されていないが、撮像部の周辺や撮像部内に光学的に黒の画素の領域が配置され、水平の出力信号線内に、色信号以外に光学的に黒の画素の信号が読み出される場合でも、本発明を同様に適用することができる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明の固体撮像装置によれば、外部回路において色選択スイッチを各画素信号毎に高速で動作させることを要さず、色の切り替わり時のみの低速スイッチ動作でよい。また、並列出力ができるので高速出力を可能とし、固体撮像装置を含むカメラシステム全体の高速化を図ることが容易になる。
【００３８】
また、各行または各列の画素信号のうち、同一の色信号を別々の出力アンプから出力し、また隣接する行の同一色を同一の出力部から出力することができる。従って、時間軸上で隣接する画素信号の色が同一となり、相互の色の影響を受ける混色を防ぎ、高画質化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態におけるＭＯＳ型固体撮像装置および外部回路の構成を示す図
【図２】図１のＭＯＳ型固体撮像装置における出力アンプの出力波形図
【図３】従来例のＭＯＳ型固体撮像装置および外部回路の構成を示す図
【図４】図３のＭＯＳ型固体撮像装置における出力アンプの出力波形図
【符号の説明】
１    画素
２    垂直シフトレジスタ
３    垂直信号線
４    行メモリー部
５    水平シフトレジスタ
５ａ、５ｂ、５１  読み出しスイッチ
６ａ、６ｂ    出力信号線
７ａ、７ｂ    出力アンプ
８、１２    固体撮像装置
９、１３    外部回路
１０  外部メモリー
１１、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ  色選択スイッチ
【図１】
2004236028.tif 000003
【図２】
2004236028.tif 000004
【図３】
2004236028.tif 000005
【図４】
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