(57)【要約】【課題】  感度を犠牲にすることなく、かつ解像度を大きく損なうことなく、撮像信号の読み出しを高速に行う。【解決手段】  固体撮像装置として、行列状に配置された複数の光電変換素子と、各々が、前記光電変換素子のうち対応する列に属するものから電荷を読み出し、垂直転送を行う複数の垂直転送部と、水平転送を行う水平転送部と、水平転送された電荷を信号電圧等に変換して出力する電荷検出部と、制御部とを備える。制御部は、前記光電変換素子の所定の偶数の連続する行毎に、前記光電変換素子のうち、一の列に属し、かつ、１つおきに選択された行に属するもの、及び前記列の隣の列の一方に属し、かつ、前記選択された行以外の行に属するものの電荷の和に応じた信号を求めることと、前記光電変換素子のうち、同一の列に属するものの電荷の和に応じた信号を求めることとのうちのいずれか一方を行うようにする信号を出力する。【選択図】      図８
2004215249.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
行列状に配置された複数の光電変換素子と、
各々が、電荷読み出し信号に従って前記複数の光電変換素子のうち対応する列に属する光電変換素子から電荷を読み出し、読み出された電荷に対する垂直転送を垂直転送信号に従って行う複数の垂直転送部と、
前記垂直転送部から転送された電荷に対する水平転送を水平転送信号に従って行う水平転送部と、
前記水平転送部から水平転送された電荷を信号電圧又は信号電流に変換して出力する電荷検出部と、
制御部とを備え、
前記制御部は、
前記光電変換素子の所定の偶数の連続する行毎に、前記複数の光電変換素子のうち、一の列に属し、かつ、１つおきに選択された行に属する光電変換素子、及び前記列の隣の列の一方に属し、かつ、前記選択された行以外の行に属する光電変換素子の電荷の和に応じた信号を求めることと、前記複数の光電変換素子のうち、同一の列に属する光電変換素子の電荷の和に応じた信号を求めることとのうちのいずれか一方を行うように、前記電荷読み出し信号、前記垂直転送信号及び前記水平転送信号を出力するものである
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、
前記制御部は、
所定の水平走査期間において前記電荷読み出し信号を出力し、かつ、その後、
前記複数の垂直転送部の各々が水平帰線期間毎に垂直転送を前記水平転送部に向かって前記所定の偶数行分行うようにする前記垂直転送信号と、この垂直転送が１行分行われる毎に、前記電荷検出部に向かう向き及びその逆向きに交互に、前記水平転送部が水平転送を１列分行うようにする前記水平転送信号とを出力する第１の転送動作と、
前記複数の垂直転送部の各々が水平帰線期間毎に垂直転送を前記水平転送部に向かって前記所定の偶数行分行うようにする前記垂直転送信号を出力する第２の転送動作と
のうちのいずれか一方を、いずれの水平帰線期間であるかに応じて行うものである
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項３】
請求項２に記載の固体撮像装置において、
前記制御部は、
前記第１及び第２の転送動作を水平帰線期間毎に交互に行うものである
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項４】
請求項２に記載の固体撮像装置において、
前記制御部は、
前記第１の転送動作として、前記複数の垂直転送部の各々が、垂直転送が少なくとも１行分行われた後、前記電荷検出部に向かう向き及びその逆向きのうちの一方である第１の向きに水平転送を１列分行い、その後に垂直転送が１行分行われた後、前記第１の向きの反対の向きである第２の向きに水平転送を１列分行い、その後に垂直転送が１行分行われた後、前記第１の向きに水平転送を１列分行うように、前記水平転送信号を出力するものである
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項５】
請求項２に記載の固体撮像装置において、
前記制御部は、
前記第１の転送動作における水平転送のそれぞれの向きを、フィールド毎に逆向きにするものである
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項６】
請求項１に記載の固体撮像装置において、
前記制御部は、
所定の水平走査期間において、前記複数の垂直転送部の各々が、垂直転送を前記水平転送部に向かって前記所定の偶数行分行うようにする前記垂直転送信号と、前記複数の垂直転送部の各々が、前記複数の光電変換素子のうち、一の行に属する光電変換素子から電荷を読み出し、垂直転送が前記水平転送部に向かって２行分行われる毎に、前記複数の光電変換素子のうち、転送された電荷の位置に対応する行に属する光電変換素子から電荷を読み出して、これと転送された電荷とを混合するようにし、かつ、前記複数の光電変換素子のうち、前記一の行に隣接する行の一方に属する光電変換素子から電荷を読み出し、垂直転送が前記水平転送部に向かって２行分行われる毎に、前記複数の光電変換素子のうち、転送された電荷の位置に対応する行に属する光電変換素子から電荷を読み出して、これと転送された電荷とを混合するようにする前記電荷読み出し信号とを出力し、かつ、その後、
前記複数の垂直転送部の各々が水平帰線期間毎に垂直転送を前記水平転送部に向かって前記所定の偶数行分行うようにする前記垂直転送信号と、この垂直転送が行われている間に、前記水平転送部が水平転送を１列分行うようにする前記水平転送信号とを出力する第１の転送動作と、
前記複数の垂直転送部の各々が水平帰線期間毎に垂直転送を前記水平転送部に向かって前記所定の偶数行分行うようにする前記垂直転送信号を出力する第２の転送動作と
のうちのいずれか一方を、いずれの水平帰線期間であるかに応じて行うものである
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項７】
請求項６に記載の固体撮像装置において、
前記制御部は、
前記所定の水平走査期間において、前記複数の垂直転送部の各々が、前記複数の光電変換素子のうち、第１の行に属する光電変換素子から第１の電荷を読み出し、垂直転送が前記水平転送部に向かって２行分行われた後に、前記複数の光電変換素子のうち、前記第１の行よりも前記水平転送部に２行分近い第２の行に属する光電変換素子から第２の電荷を読み出して、前記第１及び第２の電荷を混合するように、かつ、前記複数の光電変換素子のうち、前記第１及び第２の行の間にある第３の行に属する光電変換素子から第３の電荷を読み出し、垂直転送が前記水平転送部に向かって２行分行われた後に、前記複数の光電変換素子のうち、前記第３の行よりも前記水平転送部に２行分近い第４の行に属する光電変換素子から第４の電荷を読み出して、前記第３及び第４の電荷を混合するように、前記電荷読み出し信号を出力するものである
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項８】
請求項７に記載の固体撮像装置において、
前記制御部は、
前記複数の垂直転送部の各々が、前記第１及び第２の電荷を読み出した後に、前記第３の電荷を読み出すように、前記電荷読み出し信号を出力するものである
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項９】
請求項７に記載の固体撮像装置において、
前記制御部は、
前記複数の垂直転送部の各々が、前記第３の電荷を読み出した後、前記第４の電荷を読み出す前に、前記第１の電荷を読み出すように、前記電荷読み出し信号を出力するものである
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項１０】
請求項６に記載の固体撮像装置において、
前記複数の垂直転送部の各々は、
各行毎に２つの電極を備えるものである
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の固体撮像装置において、
前記制御部は、
前記所定の偶数の連続する行として、フィールド毎にその行数の半分ずつずらしたものを用いるものである
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項１２】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の固体撮像装置において、
前記光電変換素子の各々に対応したフィルタ要素を有するカラーフィルタを更に備える
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の固体撮像装置において、
前記カラーフィルタは、ベイヤー配列型のカラーフィルタである
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項１４】
請求項１２に記載の固体撮像装置において、
前記制御部は、
前記複数の垂直転送部の各々が、水平帰線期間毎に垂直転送を１行分のみ行うように、前記垂直転送信号を出力することもできるものである
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の固体撮像装置において、
前記電荷検出部の出力を、静止画読み出し時においては原色信号として処理し、動画読み出し時においては補色信号として処理する信号処理部を更に備え、
前記カラーフィルタは、
原色のフィルタ要素を有するものである
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項１６】
請求項１２に記載の固体撮像装置において、
前記電荷検出部が出力する信号として得られる色信号のそれぞれに、それぞれ所定の係数を乗じて和を求め、出力する信号生成部を更に備える
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項１７】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の固体撮像装置において、
前記制御部は、
外部から入力された信号に基づいて、前記垂直転送信号又は前記水平転送信号を生成するものである
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項１８】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の固体撮像装置において、
前記電荷検出部が出力する信号とその１画素分前又は後の時点の信号とを加算して出力するアドレス補正処理部を更に備える
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項１９】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の固体撮像装置において、
前記電荷検出部が出力する信号に係る画素の数に応じて、当該信号のレベルを補正して出力するゲイン補正部を更に備える
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２０】
行列状に配置された複数の光電変換素子を有する画素部と、
前記光電変換素子の行を指定する行アドレス選択部と、
前記光電変換素子の列を指定する列アドレス選択部とを備え、
前記画素部は、
前記光電変換素子の所定の偶数の連続する行毎に、前記複数の光電変換素子のうち、一の列に属し、かつ、１つおきに選択された行に属する光電変換素子、及び前記列の隣の列の一方に属し、かつ、前記選択された行以外の行に属する光電変換素子の出力の和に応じた信号を求める第１の動作と、前記複数の光電変換素子のうち、同一の列に属する光電変換素子の出力の和に応じた信号を求める第２の動作とのうちのいずれか一方を行い、かつ、得られた信号を前記行アドレス選択部及び前記列アドレス選択部の指示に従って出力するように構成されたものである
固体撮像装置。
【請求項２１】
請求項２０に記載の固体撮像装置において、
前記画素部は、
前記第１及び第２の動作を水平帰線期間毎に交互に行うものである
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２２】
請求項２０に記載の固体撮像装置において、
前記画素部は、
４つの連続する行毎に、前記第１の動作として、一の列における第１番目及び第３番目の行、並びにその隣の列の一方における第２番目及び第４番目の行の前記光電変換素子の出力の和に応じた信号を求めるものである
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２３】
請求項２０に記載の固体撮像装置において、
前記画素部は、
前記第１の動作において、前記隣の列の一方として、前記一の列に隣接する２列のうち、一方をフィールド毎に交互に用いるものである
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２４】
請求項２０〜２３のいずれか１項に記載の固体撮像装置において、
前記画素部は、
前記所定の偶数の連続する行として、フィールド毎にその行数の半分ずつずらしたものを用いるものである
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２５】
請求項２０〜２３のいずれか１項に記載の固体撮像装置において、
前記光電変換素子の各々に対応したフィルタ要素を有するカラーフィルタを更に備える
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２６】
請求項２５に記載の固体撮像装置において、
前記カラーフィルタは、ベイヤー配列型のカラーフィルタである
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２７】
請求項２５に記載の固体撮像装置において、
前記画素部は、
前記複数の光電変換素子の各々から読み出された信号を、互いの間で演算することなく、出力することもできるものである
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２８】
請求項２７に記載の固体撮像装置において、
前記画素部の出力を、静止画読み出し時においては原色信号として処理し、動画読み出し時においては補色信号として処理する信号処理部を更に備え、
前記カラーフィルタは、
原色のフィルタ要素を有するものである
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２９】
請求項２５に記載の固体撮像装置において、
前記画素部が出力する信号として得られる色信号のそれぞれに、それぞれ所定の係数を乗じて和を求め、出力する信号生成部を更に備える
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項３０】
請求項２０〜２３のいずれか１項に記載の固体撮像装置において、
前記画素部は、
外部から入力された信号に基づいて、前記第１及び第２の動作を行うものである
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項３１】
請求項２０〜２３のいずれか１項に記載の固体撮像装置において、
入力された信号とその１画素分前又は後の時点の信号とを加算して出力するアドレス補正処理部を更に備える
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項３２】
請求項２０〜２３のいずれか１項に記載の固体撮像装置において、
前記画素部が出力する信号に係る画素の数に応じて、当該信号のレベルを補正して出力するゲイン補正部を更に備える
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項３３】
請求項２０に記載の固体撮像装置において、
前記画素部は、
前記光電変換素子の２つの連続する行毎に、前記複数の光電変換素子のうち、一の列に属し、かつ、第１の行に属する光電変換素子、及びその列の隣の列の一方に属し、かつ、前記第１の行に隣接する第２の行に属する光電変換素子の出力の和に応じた信号を求める動作を、前記第１の動作として行うものである
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項３４】
各々が、３種類の原色を含む複数の色のいずれかに対応し、行列状に配置された複数の光電変換素子と、
前記光電変換素子の各々に対応したフィルタ要素を有するカラーフィルタと、
各々が、電荷読み出し信号に従って前記複数の光電変換素子のうち対応する列に属する光電変換素子から電荷を読み出し、読み出された電荷に対する垂直転送を垂直転送信号に従って行う複数の垂直転送部と、
前記垂直転送部から転送された電荷に対する水平転送を水平転送信号に従って行う水平転送部と、
前記水平転送部から水平転送された電荷を信号電圧又は信号電流に変換して出力する電荷検出部と、
前記複数の光電変換素子のうち、前記複数の色のうちの原色を含む異なる２色又は１つの原色に対応した、少なくとも２つの光電変換素子毎に、電荷の和に応じた信号を求めるように、前記電荷読み出し信号、前記垂直転送信号及び前記水平転送信号を出力する制御部とを備える
固体撮像装置。
【請求項３５】
請求項３４に記載の固体撮像装置において、
前記制御部は、
前記複数の光電変換素子のうちの一部については、前記３種類の原色のうち異なる２色の複数の組み合わせのいずれかに対応する少なくとも２つの光電変換素子毎に、電荷の和に応じた信号を求めるように、
前記複数の光電変換素子のうちの他の一部については、前記３種類の原色のうち１色に対応する少なくとも２つの光電変換素子毎に、電荷の和に応じた信号を求めるように、
前記電荷読み出し信号、前記垂直転送信号及び前記水平転送信号を出力するものである
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項３６】
請求項３５に記載の固体撮像装置において、
前記３種類の原色のうち異なる２色の複数の組み合わせに対応して求められた信号は、各々が、前記３種類の原色に対する補色のいずれかに対応する
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項３７】
請求項３４に記載の固体撮像装置において、
前記カラーフィルタは、ベイヤー配列型のカラーフィルタである
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項３８】
請求項１〜１０、２０〜２３、及び３４のうちのいずれか１項に記載の固体撮像装置と、
前記固体撮像装置が出力する信号を表示するモニタとを備える
ことを特徴とするカメラ。
【請求項３９】
行列状に配置された複数の光電変換素子と、
各々が、前記複数の光電変換素子のうち対応する列に属する光電変換素子から電荷を読み出し、読み出された電荷に対する垂直転送を行う複数の垂直転送部と、
前記垂直転送部から転送された電荷に対する水平転送を行う水平転送部と、
前記水平転送部から水平転送された電荷を信号電圧又は信号電流に変換して出力する電荷検出部とを備えた固体撮像装置の駆動方法であって、
前記光電変換素子の所定の偶数の連続する行毎に、前記複数の光電変換素子のうち、一の列に属し、かつ、１つおきに選択された行に属する光電変換素子、及び前記列の隣の列の一方に属し、かつ、前記選択された行以外の行に属する光電変換素子の電荷の和に応じた信号を求めることと、前記複数の光電変換素子のうち、同一の列に属する光電変換素子の電荷の和に応じた信号を求めることとのうちのいずれか一方を行う
固体撮像装置の駆動方法。
【請求項４０】
請求項３９に記載の固体撮像装置の駆動方法において、
所定の水平走査期間において前記複数の光電変換素子から電荷を読み出す読み出しステップと、
水平帰線期間毎に垂直転送を前記水平転送部に向かって前記所定の偶数行分行い、この垂直転送が１行分行われる毎に、前記電荷検出部に向かう向き及びその逆向きに交互に、水平転送を１列分行う第１の転送ステップと、
水平帰線期間毎に垂直転送を前記水平転送部に向かって前記所定の偶数行分行う第２の転送ステップとを備え、
前記読み出しステップの後に、前記第１及び第２の転送ステップのうちのいずれか一方を、いずれの水平帰線期間であるかに応じて行う
ことを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
【請求項４１】
請求項３９に記載の固体撮像装置の駆動方法において、
前記所定の水平走査期間において、垂直転送を前記水平転送部に向かって前記所定の偶数行分行い、前記複数の光電変換素子のうち、一の行に属する光電変換素子から電荷を読み出し、垂直転送が前記水平転送部に向かって２行分行われる毎に、前記複数の光電変換素子のうち、転送された電荷の位置に対応する行に属する光電変換素子から電荷を読み出して、これと転送された電荷とを混合し、かつ、前記複数の光電変換素子のうち、前記一の行に隣接する行の一方に属する光電変換素子から電荷を読み出し、垂直転送が前記水平転送部に向かって２行分行われる毎に、前記複数の光電変換素子のうち、転送された電荷の位置に対応する行に属する光電変換素子から電荷を読み出して、これと転送された電荷とを混合する読み出しステップと、
水平帰線期間毎に垂直転送を前記水平転送部に向かって前記所定の偶数行分行い、この垂直転送が行われている間に、水平転送を１列分行う第１の転送ステップと、
水平帰線期間毎に垂直転送を前記水平転送部に向かって前記所定の偶数行分行う第２の転送ステップとを備え、
前記読み出しステップの後に、前記第１及び第２の転送ステップのうちのいずれか一方を、いずれの水平帰線期間であるかに応じて行う
ことを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
【請求項４２】
行列状に配置された複数の光電変換素子を有する画素部と、
前記光電変換素子の行を指定する行アドレス選択部と、
前記光電変換素子の列を指定する列アドレス選択部とを備えた固体撮像装置の駆動方法であって、
前記光電変換素子の所定の偶数の連続する行において、前記複数の光電変換素子のうち、一の列に属し、かつ、１つおきに選択された行に属する光電変換素子、及び前記列の隣の列の一方に属し、かつ、前記選択された行以外の行に属する光電変換素子の出力の和に応じた信号を求める第１のステップと、
前記光電変換素子の所定の偶数の連続する行において、前記複数の光電変換素子のうち、同一の列に属する光電変換素子の出力の和に応じた信号を求める第２のステップと、
得られた信号を前記行アドレス選択部及び前記列アドレス選択部の指示に従って出力する出力ステップとを備え、
前記第１及び第２のステップのうちのいずれか一方を行い、その後、前記出力ステップを行う
固体撮像装置の駆動方法。
【請求項４３】
各々が、３種類の原色を含む複数の色のいずれかに対応し、行列状に配置された複数の光電変換素子を有する固体撮像装置の駆動方法であって、
前記複数の光電変換素子から電荷を読み出す読み出しステップと、
読み出された電荷に対して垂直転送、水平転送、及び転送された電荷の信号電圧又は信号電流への変換を行う転送ステップとを備え、
前記転送ステップは、
前記複数の光電変換素子のうち、前記複数の色のうちの原色を含む異なる２色又は１つの原色に対応した、少なくとも２つの光電変換素子毎に、電荷の和に応じた信号を求めるものである
固体撮像装置の駆動方法。
【請求項４４】
請求項４３に記載の固体撮像装置の駆動方法において、
前記転送ステップは、
前記複数の光電変換素子のうちの一部については、前記３種類の原色のうち異なる２色の複数の組み合わせのいずれかに対応する少なくとも２つの光電変換素子毎に、電荷の和に応じた信号を求め、
前記複数の光電変換素子のうちの他の一部については、前記３種類の原色のうち１色に対応する少なくとも２つの光電変換素子毎に、電荷の和に応じた信号を求めるものである
ことを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
【請求項４５】
請求項４４に記載の固体撮像装置の駆動方法において、
前記３種類の原色のうち異なる２色の複数の組み合わせに対応して求められた信号は、各々が、前記３種類の原色に対する補色のいずれかに対応する
ことを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
【請求項４６】
請求項４３に記載の固体撮像装置の駆動方法において、
前記光電変換素子の各々が対応する色は、ベイヤー配列型に配列されている
ことを特徴とする固体撮像装置の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置及びこれを用いたカメラに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤ（charge-coupled device）等の固体撮像装置を用いたカメラ（以下では、カメラとは固体撮像装置を用いたものをいう）は、高画質化及び高機能化のニーズが高まり、多画素化がすすんでいる。また、最近のカメラは、撮像対象をモニタリングするために液晶ディスプレイ等のモニタを備えることが多い。
【０００３】
撮像対象を確実にモニタリングするためには、フレームレートをあまり小さくすることはできない。また、モニタとして液晶テレビが採用されることが多く、この場合、通常のテレビと同様の信号を与えるようにする必要がある。一方、多くの画素を有する固体撮像装置の信号を全て読み出すには比較的長い時間が必要であり、モニタ用に要求される通常のテレビ信号のフレームレートで信号を出力することは不可能である。このため、カメラには、例えば垂直方向の画素数を減らして信号を高速に読み出すモード（一般的にモニタモードと呼ばれる）が必要である。
【０００４】
一般的にモニタモードにおいては、単純に固体撮像装置上の画素データを間引いて読み出す方法や、同色のデータのみを混合する方法、これらの間引きと混合との組み合わせが用いられている。また、光電変換素子に補色のカラーフィルタが装着され、多くの画素を有する固体撮像装置の駆動方法として、高速で高感度・高画質な読み出しが可能な駆動方法の例が特許文献１に開示されている。
【０００５】
また、固体撮像装置に用いられるカラーフィルタには、大きく分けて原色のものと補色のものとがあり、原色フィルタ及び補色フィルタのそれぞれに対応して、画像処理のシステムを別個に構築する必要がある。
【０００６】
ここで、従来の固体撮像装置の構成及び動作を説明する。図３８は、従来の固体撮像装置の構成を示す平面図である。図３８の固体撮像装置は、２相の駆動パルスＨ１及びＨ２で駆動される水平転送部９２と、電荷検出部９３と、６相の駆動パルスＶ１〜Ｖ６で駆動される垂直転送部９４と、フォトダイオード９５とを備えている。１つのフォトダイオード９５が１つの画素に対応しており、ここでは簡単のために垂直８画素、水平４画素のみを図示している。
【０００７】
図３９は、図３８の水平転送部９２の断面図である。図３９は、水平転送部９２の電荷転送方向に平行な面における断面を示している。図３９のように、水平転送部９２は、ｐ形ウェルＢ１と、ｎ形拡散層Ｂ２と、ｎ-形拡散層Ｂ３と、電極Ｂ１１〜Ｂ１４とを備えている。
【０００８】
ｐ形ウェルＢ１上には、ｎ形拡散層Ｂ２が積層されている。このｎ形拡散層Ｂ２が水平転送部９２の転送チャネルとなる。また、ｎ形拡散層Ｂ２内に、ｎ形拡散層Ｂ２よりも不純物濃度が低いｎ-形拡散層Ｂ３が形成されており、ｎ形拡散層Ｂ２及びｎ-形拡散層Ｂ３の上に、２相の駆動パルスＨ１，Ｈ２で駆動される電極Ｂ１１〜Ｂ１４が形成されている。ｎ形拡散層Ｂ２内の電荷は、左に転送され、電荷検出部９３が電荷の検出を行う。
【０００９】
図４０は、図３８の水平転送部９２に与えられる駆動パルスを示すタイミング図である。水平転送部９２の電極Ｂ１１，Ｂ１２に駆動パルスＨ１を与え、電極Ｂ１３，Ｂ１４に駆動パルスＨ２を与えることにより、水平転送部９２内の信号電荷が図３９に示された信号電荷転送方向へ転送される。
【００１０】
図４１は、図３８の従来の固体撮像装置の駆動に係る信号の波形を示すタイミング図である。従来の固体撮像装置では、垂直転送部９４の電極（図３８のＶ１，Ｖ３，Ｖ５及びＶ６）に高電圧（約１５Ｖ）の読み出しパルスを与えることにより、フォトダイオード９５から垂直転送部９４へ電荷を読み出し、垂直転送部９４の電極（図３８のＶ１〜Ｖ６）に読み出しパルスよりも低電圧の駆動パルスを与えることにより、１水平走査期間に１行分の電荷を同時に水平転送部９２へ転送する。
【００１１】
水平転送部９２へ転送された電荷は、水平転送部９２に約２４．５ＭＨｚのクロックを与えることによって電荷検出部９３へ送られ、電荷検出部９３は、電荷を撮像信号に変換して出力する。
【００１２】
また、このような従来の固体撮像装置を備えたカメラは、各画素から読み出した信号電荷を垂直転送部内で２画素毎に混合したり、固体撮像装置の外部に設けられたメモリ上で行数を半分に間引くなどの削減処理を行って得られた画像を液晶ディスプレイなどのモニタに出力する。
【特許文献１】特開２０００−３２４５０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、１水平走査期間に１ライン分の信号電荷を垂直転送する従来の固体撮像装置では、画素数が多い場合には転送処理時間がかかる。垂直転送部内で２画素の電荷を混合しても、１画面全ての信号電荷を出力するためには長い時間を要し、単位時間当たりに十分な数のフレームを出力することができない。
【００１４】
また、モニタにいわゆるモニタ画像を表示する際には、従来の固体撮像装置ではフレームレートが遅いため、メモリなどを用いてインタレース信号への変換及びフレームレートの変換を行うことが必要となる。また、メモリなどを用いて走査変換を行ったとしても、動きが滑らかな動画をリアルタイムで表示させることは不可能であった。
【００１５】
更に、前述の一般的なモニタモードを実現するための固体撮像装置の駆動方法によって、単純に線順次で２Ｒ−Ｇラインと２Ｂ−Ｇラインを出力するように画素を間引いた場合、一般的な固体撮像装置上のカラーフィルタの形状に起因してサンプリング間隔が等間隔にならず、画質・感度の点で非常にレベルが低くなってしまう。また、同色のみを混合して、線順次で２Ｒ−Ｇラインと２Ｂ−Ｇラインを出力するような駆動をした場合にも、ある水平ラインとその次の水平ラインのサンプリング間隔が等しくならず、画質の点でレベルが低くなってしまう。
【００１６】
また、特許文献１に開示された駆動方法によれば、各水平走査期間における水平帰線期間内にｎ回の垂直転送を行い、前記ｎ回の垂直転送の合間に順方向及び逆方向の少なくとも一方へ少なくとも１回転送を行うため、一般的な原色カラーフィルタの配列において、高速で高感度・高画質な読み出しを行うことが困難である。インタレーススキャン方式のＣＣＤにこの駆動方法を用いた場合には、そのゲート構造が極めて複雑であり制御に要する信号数も多い、という問題もあった。
【００１７】
更に、従来のカメラ等のシステムの設計の際には、補色フィルタを有する固体撮像装置を利用するシステムと、原色フィルタを有する固体撮像装置を利用するシステムとを別個に開発していた。このように、補色フィルタ及び原色フィルタのそれぞれの特性に合わせて画像処理システムを別個に開発することは極めて非効率的である。このため、カメラ等の開発に要する時間を短縮することが難しかった。
【００１８】
本発明は、感度を犠牲にすることなく、かつ解像度を大きく損なうことなく、撮像信号の読み出しを高速に行う固体撮像装置を提供することを目的とする。
【００１９】
また、本発明は、補色フィルタを有する固体撮像装置と原色フィルタを有する固体撮像装置とのいずれをも利用可能なカメラ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】
【００２０】
前記課題を解決するため、請求項１の発明が講じた手段は、固体撮像装置として、行列状に配置された複数の光電変換素子と、各々が、電荷読み出し信号に従って前記複数の光電変換素子のうち対応する列に属する光電変換素子から電荷を読み出し、読み出された電荷に対する垂直転送を垂直転送信号に従って行う複数の垂直転送部と、前記垂直転送部から転送された電荷に対する水平転送を水平転送信号に従って行う水平転送部と、前記水平転送部から水平転送された電荷を信号電圧又は信号電流に変換して出力する電荷検出部と、制御部とを備え、前記制御部は、前記光電変換素子の所定の偶数の連続する行毎に、前記複数の光電変換素子のうち、一の列に属し、かつ、１つおきに選択された行に属する光電変換素子、及び前記列の隣の列の一方に属し、かつ、前記選択された行以外の行に属する光電変換素子の電荷の和に応じた信号を求めることと、前記複数の光電変換素子のうち、同一の列に属する光電変換素子の電荷の和に応じた信号を求めることとのうちのいずれか一方を行うように、前記電荷読み出し信号、前記垂直転送信号及び前記水平転送信号を出力するものである。
【００２１】
請求項１の発明によると、２つの列からジグザグ状又は斜め方向に選択された光電変換素子の電荷の和に応じた信号と、同一の列に属し、直線状に選択された光電変換素子の電荷の和に応じた信号とのいずれかを所定の偶数の連続する行毎に得ることができる。このため、感度を犠牲にすることなく、かつ、解像度を大きく損なうことなく、撮像信号の読み出しを高速に行うことができる。
【００２２】
また、請求項２の発明では、請求項１に記載の固体撮像装置において、前記制御部は、所定の水平走査期間において前記電荷読み出し信号を出力し、かつ、その後、前記複数の垂直転送部の各々が水平帰線期間毎に垂直転送を前記水平転送部に向かって前記所定の偶数行分行うようにする前記垂直転送信号と、この垂直転送が１行分行われる毎に、前記電荷検出部に向かう向き及びその逆向きに交互に、前記水平転送部が水平転送を１列分行うようにする前記水平転送信号とを出力する第１の転送動作と、前記複数の垂直転送部の各々が水平帰線期間毎に垂直転送を前記水平転送部に向かって前記所定の偶数行分行うようにする前記垂直転送信号を出力する第２の転送動作とのうちのいずれか一方を、いずれの水平帰線期間であるかに応じて行うものである。
【００２３】
請求項２の発明によると、所定の偶数個（ｎ１個とする）の光電変換素子の信号電荷を水平転送部内で加算（混合）することができる。全ての光電変換素子の信号電荷を独立して読み出す場合に比べて、水平転送部の全電荷を読み出す回数が１／ｎ１倍になるので、固体撮像装置において得られた信号電荷の読み出しに要する時間を大きく短縮することができる。このため、固体撮像装置の画素数が多い場合においても、十分に速いフレームレートで撮像信号を出力することができる。また、信号電荷を読み出す際に間引きを行わないので、感度を損なうことがなく、かつ、得られる画像の解像度を大きく低下させることがない。
【００２４】
また、請求項３の発明では、請求項２に記載の固体撮像装置において、前記制御部は、前記第１及び第２の転送動作を水平帰線期間毎に交互に行うものである。
【００２５】
また、請求項４の発明では、請求項２に記載の固体撮像装置において、前記制御部は、前記第１の転送動作として、前記複数の垂直転送部の各々が、垂直転送が少なくとも１行分行われた後、前記電荷検出部に向かう向き及びその逆向きのうちの一方である第１の向きに水平転送を１列分行い、その後に垂直転送が１行分行われた後、前記第１の向きの反対の向きである第２の向きに水平転送を１列分行い、その後に垂直転送が１行分行われた後、前記第１の向きに水平転送を１列分行うように、前記水平転送信号を出力するものである。
【００２６】
請求項４の発明によると、４つの光電変換素子の信号電荷を水平転送部内で加算することができる。
【００２７】
また、請求項５の発明では、請求項２に記載の固体撮像装置において、前記制御部は、前記第１の転送動作における水平転送のそれぞれの向きを、フィールド毎に逆向きにするものである。
【００２８】
請求項５の発明によると、電荷が加算される光電変換素子の位置のパターンをフィールド毎に変更することができる。
【００２９】
また、請求項６の発明では、請求項１に記載の固体撮像装置において、前記制御部は、所定の水平走査期間において、前記複数の垂直転送部の各々が、垂直転送を前記水平転送部に向かって前記所定の偶数行分行うようにする前記垂直転送信号と、前記複数の垂直転送部の各々が、前記複数の光電変換素子のうち、一の行に属する光電変換素子から電荷を読み出し、垂直転送が前記水平転送部に向かって２行分行われる毎に、前記複数の光電変換素子のうち、転送された電荷の位置に対応する行に属する光電変換素子から電荷を読み出して、これと転送された電荷とを混合するようにし、かつ、前記複数の光電変換素子のうち、前記一の行に隣接する行の一方に属する光電変換素子から電荷を読み出し、垂直転送が前記水平転送部に向かって２行分行われる毎に、前記複数の光電変換素子のうち、転送された電荷の位置に対応する行に属する光電変換素子から電荷を読み出して、これと転送された電荷とを混合するようにする前記電荷読み出し信号とを出力し、かつ、その後、前記複数の垂直転送部の各々が水平帰線期間毎に垂直転送を前記水平転送部に向かって前記所定の偶数行分行うようにする前記垂直転送信号と、この垂直転送が行われている間に、前記水平転送部が水平転送を１列分行うようにする前記水平転送信号とを出力する第１の転送動作と、前記複数の垂直転送部の各々が水平帰線期間毎に垂直転送を前記水平転送部に向かって前記所定の偶数行分行うようにする前記垂直転送信号を出力する第２の転送動作とのうちのいずれか一方を、いずれの水平帰線期間であるかに応じて行うものである。
【００３０】
請求項６の発明によると、インターレーススキャン方式の固体撮像装置において、同一の列に属する複数の光電変換素子の信号電荷を垂直転送部内で加算することができる。更に、垂直転送部内で加算された信号電荷を水平転送部内で加算するので、所定の偶数個（ｎ１個とする）の光電変換素子の信号電荷の和を水平転送部の各段に得ることができる。全ての光電変換素子の信号電荷を独立して読み出す場合に比べて、水平転送部の全電荷を読み出す回数が１／ｎ１倍になるので、固体撮像装置において得られた信号電荷の読み出しに要する時間を大きく短縮することができる。このため、固体撮像装置の画素数が多い場合においても、十分に速いフレームレートで撮像信号を出力することができる。また、信号電荷を読み出す際に間引きを行わないので、感度を損なうことがなく、かつ、得られる画像の解像度を大きく低下させることがない。
【００３１】
また、請求項７の発明では、請求項６に記載の固体撮像装置において、前記制御部は、前記所定の水平走査期間において、前記複数の垂直転送部の各々が、前記複数の光電変換素子のうち、第１の行に属する光電変換素子から第１の電荷を読み出し、垂直転送が前記水平転送部に向かって２行分行われた後に、前記複数の光電変換素子のうち、前記第１の行よりも前記水平転送部に２行分近い第２の行に属する光電変換素子から第２の電荷を読み出して、前記第１及び第２の電荷を混合するように、かつ、前記複数の光電変換素子のうち、前記第１及び第２の行の間にある第３の行に属する光電変換素子から第３の電荷を読み出し、垂直転送が前記水平転送部に向かって２行分行われた後に、前記複数の光電変換素子のうち、前記第３の行よりも前記水平転送部に２行分近い第４の行に属する光電変換素子から第４の電荷を読み出して、前記第３及び第４の電荷を混合するように、前記電荷読み出し信号を出力するものである。
【００３２】
請求項７の発明によると、２つの光電変換素子の信号電荷の和を垂直転送部内に２つ得た後に、水平転送部内でこれらの和を加算することができる。
【００３３】
また、請求項８の発明では、請求項７に記載の固体撮像装置において、前記制御部は、前記複数の垂直転送部の各々が、前記第１及び第２の電荷を読み出した後に、前記第３の電荷を読み出すように、前記電荷読み出し信号を出力するものである。
【００３４】
また、請求項９の発明では、請求項７に記載の固体撮像装置において、前記制御部は、前記複数の垂直転送部の各々が、前記第３の電荷を読み出した後、前記第４の電荷を読み出す前に、前記第１の電荷を読み出すように、前記電荷読み出し信号を出力するものである。
【００３５】
また、請求項１０の発明では、請求項６に記載の固体撮像装置において、前記複数の垂直転送部の各々は、各行毎に２つの電極を備えるものである。
【００３６】
また、請求項１１の発明では、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の固体撮像装置において、前記制御部は、前記所定の偶数の連続する行として、フィールド毎にその行数の半分ずつずらしたものを用いるものである。
【００３７】
請求項１１の発明によると、電荷が加算される光電変換素子の位置のパターンをフィールド毎に変更することができる。
【００３８】
また、請求項１２の発明は、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の固体撮像装置において、前記光電変換素子の各々に対応したフィルタ要素を有するカラーフィルタを更に備えるものである。
【００３９】
また、請求項１３の発明では、請求項１２に記載の固体撮像装置において、前記カラーフィルタは、ベイヤー配列型のカラーフィルタである。
【００４０】
請求項１３の発明によると、ジグザグ状に選択された光電変換素子の電荷の和を求めた場合の出力は（Ｒ（赤）成分＋Ｂ（青）成分）又は（Ｇｒ（Ｒを含む列の緑）成分＋Ｇｂ（Ｂを含む列の緑）成分）、同一の列に属する光電変換素子の電荷の和を求めた場合の出力は（Ｒ成分＋Ｇｒ成分）又は（Ｂ成分＋Ｇｂ成分）となる。すなわち、この固体撮像装置は、原色のカラーフィルタを備えていながら、補色信号を出力することができる。
【００４１】
また、請求項１４の発明では、請求項１２に記載の固体撮像装置において、前記制御部は、前記複数の垂直転送部の各々が、水平帰線期間毎に垂直転送を１行分のみ行うように、前記垂直転送信号を出力することもできるものである。
【００４２】
請求項１４の発明によると、光電変換素子の電荷を加算して読み出す他、各光電変換素子の電荷を独立して読み出すことができるので、静止画撮影に適した解像度が高い撮像信号を得ることができる。
【００４３】
また、請求項１５の発明は、請求項１４に記載の固体撮像装置において、前記電荷検出部の出力を、静止画読み出し時においては原色信号として処理し、動画読み出し時においては補色信号として処理する信号処理部を更に備え、前記カラーフィルタは、原色のフィルタ要素を有するものである。
【００４４】
また、請求項１６の発明は、請求項１２に記載の固体撮像装置において、前記電荷検出部が出力する信号として得られる色信号のそれぞれに、それぞれ所定の係数を乗じて和を求め、出力する信号生成部を更に備えるものである。
【００４５】
請求項１６の発明によると、光電変換素子の電荷を加算して得られる補色信号と、全光電変換素子の電荷を独立して読み出して得られる原色信号とのいずれをも処理することができる。
【００４６】
また、請求項１７の発明では、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の固体撮像装置において、前記制御部は、外部から入力された信号に基づいて、前記垂直転送信号又は前記水平転送信号を生成するものである。
【００４７】
また、請求項１８の発明は、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の固体撮像装置において、前記電荷検出部が出力する信号とその１画素分前又は後の時点の信号とを加算して出力するアドレス補正処理部を更に備えるものである。
【００４８】
請求項１８の発明によると、２つの列からジグザグ状に選択された光電変換素子の電荷の和に応じた信号と、同一の列に属し、直線状に選択された光電変換素子の電荷の和に応じた信号とのそれぞれが対応する水平方向の座標を一致させることができる。
【００４９】
また、請求項１９の発明は、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の固体撮像装置において、前記電荷検出部が出力する信号に係る画素の数に応じて、当該信号のレベルを補正して出力するゲイン補正部を更に備えるものである。
【００５０】
請求項１９の発明によると、水平走査期間毎に異なる数の光電変換素子に基づいて信号を得る場合においても、水平走査期間毎に信号のレベルが異なることがないようにすることができる。
【００５１】
また、請求項２０の発明は、固体撮像装置として、行列状に配置された複数の光電変換素子を有する画素部と、前記光電変換素子の行を指定する行アドレス選択部と、前記光電変換素子の列を指定する列アドレス選択部とを備え、前記画素部は、前記光電変換素子の所定の偶数の連続する行毎に、前記複数の光電変換素子のうち、一の列に属し、かつ、１つおきに選択された行に属する光電変換素子、及び前記列の隣の列の一方に属し、かつ、前記選択された行以外の行に属する光電変換素子の出力の和に応じた信号を求める第１の動作と、前記複数の光電変換素子のうち、同一の列に属する光電変換素子の出力の和に応じた信号を求める第２の動作とのうちのいずれか一方を行い、かつ、得られた信号を前記行アドレス選択部及び前記列アドレス選択部の指示に従って出力するように構成されたものである。
【００５２】
請求項２０の発明によると、行及び列を指定して信号を読み出すＭＯＳ（metal oxide semiconductor）型の撮像デバイスにおいて、光電変換素子の出力の和を求めてから読み出しを行うことができる。このため、感度を犠牲にすることなく、かつ、解像度を大きく損なうことなく、撮像信号の読み出しを高速に行うことができる。
【００５３】
また、請求項２１の発明では、請求項２０に記載の固体撮像装置において、前記画素部は、前記第１及び第２の動作を水平帰線期間毎に交互に行うものである。
【００５４】
また、請求項２２の発明では、請求項２０に記載の固体撮像装置において、前記画素部は、４つの連続する行毎に、前記第１の動作として、一の列における第１番目及び第３番目の行、並びにその隣の列の一方における第２番目及び第４番目の行の前記光電変換素子の出力の和に応じた信号を求めるものである。
【００５５】
また、請求項２３の発明では、請求項２０に記載の固体撮像装置において、前記画素部は、前記第１の動作において、前記隣の列の一方として、前記一の列に隣接する２列のうち、一方をフィールド毎に交互に用いるものである。
【００５６】
また、請求項２４の発明では、請求項２０〜２３のいずれか１項に記載の固体撮像装置において、前記画素部は、前記所定の偶数の連続する行として、フィールド毎にその行数の半分ずつずらしたものを用いるものである。
【００５７】
また、請求項２５の発明は、請求項２０〜２３のいずれか１項に記載の固体撮像装置において、前記光電変換素子の各々に対応したフィルタ要素を有するカラーフィルタを更に備えるものである。
【００５８】
また、請求項２６の発明では、請求項２５に記載の固体撮像装置において、前記カラーフィルタは、ベイヤー配列型のカラーフィルタである。
【００５９】
また、請求項２７の発明では、請求項２５に記載の固体撮像装置において、前記画素部は、前記複数の光電変換素子の各々から読み出された信号を、互いの間で演算することなく、出力することもできるものである。
【００６０】
また、請求項２８の発明は、請求項２７に記載の固体撮像装置において、前記画素部の出力を、静止画読み出し時においては原色信号として処理し、動画読み出し時においては補色信号として処理する信号処理部を更に備え、前記カラーフィルタは、原色のフィルタ要素を有するものである。
【００６１】
また、請求項２９の発明は、請求項２５に記載の固体撮像装置において、前記画素部が出力する信号として得られる色信号のそれぞれに、それぞれ所定の係数を乗じて和を求め、出力する信号生成部を更に備えるものである。
【００６２】
また、請求項３０の発明では、請求項２０〜２３のいずれか１項に記載の固体撮像装置において、前記画素部は、外部から入力された信号に基づいて、前記第１及び第２の動作を行うものである。
【００６３】
また、請求項３１の発明は、請求項２０〜２３のいずれか１項に記載の固体撮像装置において、入力された信号とその１画素分前又は後の時点の信号とを加算して出力するアドレス補正処理部を更に備えるものである。
【００６４】
また、請求項３２の発明は、請求項２０〜２３のいずれか１項に記載の固体撮像装置において、前記画素部が出力する信号に係る画素の数に応じて、当該信号のレベルを補正して出力するゲイン補正部を更に備えるものである。
【００６５】
また、請求項３３の発明では、請求項２０に記載の固体撮像装置において、前記画素部は、前記光電変換素子の２つの連続する行毎に、前記複数の光電変換素子のうち、一の列に属し、かつ、第１の行に属する光電変換素子、及びその列の隣の列の一方に属し、かつ、前記第１の行に隣接する第２の行に属する光電変換素子の出力の和に応じた信号を求める動作を、前記第１の動作として行うものである。
【００６６】
請求項３３の発明によると、比較的小さな有効画素領域を有する固体撮像装置においても、画質劣化を伴うことなく、撮像信号の読み出しを高速に行うことができ、ＮＴＳＣ（national television system committee）方式、ＰＡＬ（phase alternation by line）方式等のモニタに適した信号を得ることができる。
【００６７】
また、請求項３４の発明は、固体撮像装置として、各々が、少なくとも３種類の色のいずれかに対応し、行列状に配置された複数の光電変換素子と、各々が、電荷読み出し信号に従って前記複数の光電変換素子のうち対応する列に属する光電変換素子から電荷を読み出し、読み出された電荷に対する垂直転送を垂直転送信号に従って行う複数の垂直転送部と、前記垂直転送部から転送された電荷に対する水平転送を水平転送信号に従って行う水平転送部と、前記水平転送部から水平転送された電荷を信号電圧又は信号電流に変換して出力する電荷検出部と、前記光電変換素子の所定の偶数の連続する行毎に、前記複数の光電変換素子のうち、各行から１つずつ選択された、少なくとも２つの光電変換素子の電荷の和に応じた信号を求めるように、前記電荷読み出し信号、前記垂直転送信号及び前記水平転送信号を出力する制御部とを備え、所定の前記連続する行では、前記選択された少なくとも２つの光電変換素子は、前記少なくとも３種類の色のうち、これらの色の種類よりも少なく、かつ、２以上の種類の色に対応することを特徴とする。
【００６８】
請求項３４の発明によると、複数の色のうちの原色を含む異なる２色又は１つの原色に対応した、少なくとも２つの光電変換素子の電荷の和に応じた信号を得ることができる。このため、感度を犠牲にすることなく、かつ解像度を大きく損なうことなく、撮像信号の読み出しを高速に行うことができる。
【００６９】
また、請求項３５の発明では、請求項３４に記載の固体撮像装置において、前記所定の連続する行以外の連続する行では、前記選択された少なくとも２つの光電変換素子は、前記少なくとも３種類の色のうちの同一の色に対応することを特徴とする。
【００７０】
また、請求項３６の発明では、請求項３５に記載の固体撮像装置において、前記制御部は、前記所定の連続する行に関して、前記電荷の和に応じた信号を複数求めるものであり、前記電荷の和に応じた信号は、それぞれ、前記少なくとも３種類の色の補色に対応することを特徴とする。
【００７１】
請求項３６の発明によると、原色に対応する光電変換素子を有するシステムにおいて、補色を表す信号を得ることができる。従って、補色の信号を処理するための処理システムを有効活用することができる。
【００７２】
また、請求項３７の発明は、請求項３４に記載の固体撮像装置において、前記光電変換素子の各々に対応したフィルタ要素を有する、ベイヤー配列型のカラーフィルタを更に備えることを特徴とする。
【００７３】
また、請求項３８の発明は、カメラとして、請求項１〜１０、２０〜２３、及び３４のうちのいずれか１項に記載の固体撮像装置と、前記固体撮像装置が出力する信号を表示するモニタとを備えるものである。
【００７４】
請求項３８の発明によると、画素を間引きする場合に比べて高画質であり、かつ、フレームレートが高い映像をモニタに表示させることができる。
【００７５】
また、請求項３９の発明は、行列状に配置された複数の光電変換素子と、各々が、前記複数の光電変換素子のうち対応する列に属する光電変換素子から電荷を読み出し、読み出された電荷に対する垂直転送を行う複数の垂直転送部と、前記垂直転送部から転送された電荷に対する水平転送を行う水平転送部と、前記水平転送部から水平転送された電荷を信号電圧又は信号電流に変換して出力する電荷検出部とを備えた固体撮像装置の駆動方法であって、前記光電変換素子の所定の偶数の連続する行毎に、前記複数の光電変換素子のうち、一の列に属し、かつ、１つおきに選択された行に属する光電変換素子、及び前記列の隣の列の一方に属し、かつ、前記選択された行以外の行に属する光電変換素子の電荷の和に応じた信号を求めることと、前記複数の光電変換素子のうち、同一の列に属する光電変換素子の電荷の和に応じた信号を求めることとのうちのいずれか一方を行うものである。
【００７６】
また、請求項４０の発明は、請求項３９に記載の固体撮像装置の駆動方法において、所定の水平走査期間において前記複数の光電変換素子から電荷を読み出す読み出しステップと、水平帰線期間毎に垂直転送を前記水平転送部に向かって前記所定の偶数行分行い、この垂直転送が１行分行われる毎に、前記電荷検出部に向かう向き及びその逆向きに交互に、水平転送を１列分行う第１の転送ステップと、水平帰線期間毎に垂直転送を前記水平転送部に向かって前記所定の偶数行分行う第２の転送ステップとを備え、前記読み出しステップの後に、前記第１及び第２の転送ステップのうちのいずれか一方を、いずれの水平帰線期間であるかに応じて行うものである。
【００７７】
また、請求項４１の発明は、請求項３９に記載の固体撮像装置の駆動方法において、前記所定の水平走査期間において、垂直転送を前記水平転送部に向かって前記所定の偶数行分行い、前記複数の光電変換素子のうち、一の行に属する光電変換素子から電荷を読み出し、垂直転送が前記水平転送部に向かって２行分行われる毎に、前記複数の光電変換素子のうち、転送された電荷の位置に対応する行に属する光電変換素子から電荷を読み出して、これと転送された電荷とを混合し、かつ、前記複数の光電変換素子のうち、前記一の行に隣接する行の一方に属する光電変換素子から電荷を読み出し、垂直転送が前記水平転送部に向かって２行分行われる毎に、前記複数の光電変換素子のうち、転送された電荷の位置に対応する行に属する光電変換素子から電荷を読み出して、これと転送された電荷とを混合する読み出しステップと、水平帰線期間毎に垂直転送を前記水平転送部に向かって前記所定の偶数行分行い、この垂直転送が行われている間に、水平転送を１列分行う第１の転送ステップと、水平帰線期間毎に垂直転送を前記水平転送部に向かって前記所定の偶数行分行う第２の転送ステップとを備え、前記読み出しステップの後に、前記第１及び第２の転送ステップのうちのいずれか一方を、いずれの水平帰線期間であるかに応じて行うものである。
【００７８】
また、請求項４２の発明は、行列状に配置された複数の光電変換素子を有する画素部と、前記光電変換素子の行を指定する行アドレス選択部と、前記光電変換素子の列を指定する列アドレス選択部とを備えた固体撮像装置の駆動方法であって、前記光電変換素子の所定の偶数の連続する行において、前記複数の光電変換素子のうち、一の列に属し、かつ、１つおきに選択された行に属する光電変換素子、及び前記列の隣の列の一方に属し、かつ、前記選択された行以外の行に属する光電変換素子の出力の和に応じた信号を求める第１のステップと、前記光電変換素子の所定の偶数の連続する行において、前記複数の光電変換素子のうち、同一の列に属する光電変換素子の出力の和に応じた信号を求める第２のステップと、得られた信号を前記行アドレス選択部及び前記列アドレス選択部の指示に従って出力する出力ステップとを備え、前記第１及び第２のステップのうちのいずれか一方を行い、その後、前記出力ステップを行うものである。
【００７９】
また、請求項４３の発明は、各々が、少なくとも３種類の色のいずれかに対応し、行列状に配置された複数の光電変換素子を有する固体撮像装置の駆動方法であって、前記複数の光電変換素子から電荷を読み出す読み出しステップと、読み出された電荷に対して垂直転送、水平転送、及び転送された電荷の信号電圧又は信号電流への変換を行う転送ステップとを備え、前記転送ステップは、前記光電変換素子の所定の偶数の連続する行毎に、前記複数の光電変換素子のうち、各行から１つずつ選択された、少なくとも２つの光電変換素子の電荷の和に応じた信号を求めるものであり、所定の前記連続する行では、前記選択された少なくとも２つの光電変換素子は、前記少なくとも３種類の色のうち、これらの色の種類よりも少なく、かつ、２以上の種類の色に対応することを特徴とする。
【００８０】
請求項４３の発明によると、複数の色のうちの原色を含む異なる２色又は１つの原色に対応した、少なくとも２つの光電変換素子の電荷の和に応じた信号を得ることができる。このため、感度を犠牲にすることなく、かつ解像度を大きく損なうことなく、撮像信号の読み出しを高速に行うことができる。
【００８１】
また、請求項４４の発明では、請求項４３に記載の固体撮像装置の駆動方法において、前記所定の連続する行以外の連続する行では、前記選択された少なくとも２つの光電変換素子は、前記少なくとも３種類の色のうちの同一の色に対応することを特徴とする。
【００８２】
また、請求項４５の発明では、請求項４４に記載の固体撮像装置の駆動方法において、前記転送ステップは、前記所定の連続する行に関して、前記電荷の和に応じた信号を複数求めるものであり、前記電荷の和に応じた信号は、それぞれ、前記少なくとも３種類の色の補色に対応することを特徴とする。
【００８３】
請求項４５の発明によると、原色に対応する光電変換素子を有するシステムにおいて、補色を表す信号を得ることができる。従って、補色の信号を処理するための処理システムを有効活用することができる。
【００８４】
また、請求項４６の発明では、請求項４５に記載の固体撮像装置の駆動方法において、前記光電変換素子の各々が対応する色は、ベイヤー配列型に配列されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００８５】
本発明によれば、画素間引きを行うことなく転送処理時間を短縮することができるので、感度及びフレームレートを低下させることなく、かつ、解像度を大きく損なうことなく、高画質な映像信号を得る固体撮像装置を提供することができる。また、この固体撮像装置を用いることにより、フィールドメモリ等を用いた複雑な画像処理を必要とせずにリアルタイムに動画を表示することができるカメラを提供することができる。
【００８６】
また、本発明によれば、原色フィルタを有する固体撮像装置において、補色信号処理のシステムを転用することができる。したがって、固体撮像装置を用いたカメラ等の開発に要する時間を短縮することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００８７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。水平走査期間とは、水平帰線期間が始まるときから、次の水平帰線期間が始まるときまでをいうものとする。
【００８８】
（第１の実施形態）
第１の実施形態では、固体撮像装置として、プログレッシブスキャン方式のＣＣＤ（charge-coupled device）センサについて説明する。
【００８９】
図１は、本発明の第１の実施形態に係るＣＣＤセンサ１０の構成の例を示す説明図である。図１のＣＣＤセンサ１０は、画素部１１と、水平転送部１２と、電荷検出部１３と、垂直転送部（図１には示さず）と、制御部１８とを備えている。また、このＣＣＤセンサ１０は、全画素同時独立読み出し方式を採用している。
【００９０】
画素部１１は、有効画素領域１１Ａと、トランジェント領域１１Ｂと、オプティカルブラック領域１１Ｃと、垂直ダミー領域１１Ｄ，１１Ｅとを備えている。有効画素領域１１Ａは、１２８０（水平）×９６０（垂直）個の行列状に配置された光電変換素子としてのフォトダイオードを有している。１つのフォトダイオードが１画素を構成している。ここで、水平方向の画素の並びを行、垂直方向の画素の並びを列と称することとする。
【００９１】
有効画素領域１１Ａの周囲には、上下各４行、左右各４列の画素を有するトランジェント領域１１Ｂが設けられている。トランジェント領域１１Ｂの周囲には、上下各２行、左側２列、右側７３列の画素を有するオプティカルブラック領域１１Ｃが設けられている。オプティカルブラック領域１１Ｃの上側には２行の画素を有する垂直ダミー領域１１Ｄ、下側には４行の画素を有する垂直ダミー領域１１Ｅが設けられている。
【００９２】
図１に示すように、水平転送部１２は１３６３列の水平有効ビット領域１２Ａを有し、この水平有効ビット領域１２Ａから見て、電荷検出部１３に近い側に１３列の水平ダミー領域１２Ｂ、電荷検出部１３から遠い側に１列の水平ダミー領域１２Ｃを有する。
【００９３】
図２は、図１のＣＣＤセンサ１０の構成の例を示す平面図である。図２に示すように、ＣＣＤセンサ１０の画素部１１は、各画素に対応して、行列状に配置されたフォトダイオード１５を備えている。また、ＣＣＤセンサ１０は、画素の列毎に垂直転送部１４を備えており、各フォトダイオード１５は垂直転送部１４に接続されている。
【００９４】
垂直転送部１４には、４相の駆動パルスＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４のそれぞれが与えられる４つの電極がフォトダイオード１５毎に設けられ、水平転送部１２には、水平転送信号としての４相の駆動パルスＨ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４のそれぞれが与えられる４つの電極が垂直転送部１４毎に（すなわち、画素の列毎に）設けられている。
【００９５】
図１の制御部１８は、電荷読み出し信号及び垂直転送信号として駆動パルスＶ１〜Ｖ４を垂直転送部１４に出力し、水平転送信号として駆動パルスＨ１〜Ｈ４を水平転送部１２に出力する。また、制御部１８は、その他の制御信号を必要に応じて各部に出力する。
【００９６】
なお、図２では、簡略化するために第ｉ行〜第（ｉ＋３）行、第ｋ列〜第（ｋ＋３）列の４行×４列分の画素に対応する構成のみを図示する（ｉ，ｋは整数）。実際には垂直転送部１４がフォトダイオード１５の列数と同数設けられている。また、以下では、水平転送部１２に最も近い画素の行を第１行として説明するが、いずれの行を第１行としてもよい。更に、連続する４行の組のそれぞれにおける最初の行を第ｉ行と称することとする。
【００９７】
垂直転送部１４はそれぞれ、制御部１８が出力する電荷読み出し信号に従って、画素部１１の各画素のフォトダイオード１５のうち、対応する列に属するものが光電変換して蓄積した信号電荷を読み出す。その後、制御部１８が出力する垂直転送信号に従って、信号電荷を水平転送部１２に向かって垂直方向に転送する。水平転送部１２は、制御部１８が出力する水平転送信号に従って、垂直転送部１４から転送された信号電荷を水平方向に転送し、電荷検出部１３に出力する。
【００９８】
図３は、図２の水平転送部１２の断面図である。図３は、水平転送部１２を電荷の転送方向に平行な面で切断した断面を表す。また、図３に矢印で示した順転送の向きは、電荷検出部１３に向かって電荷を転送する向きであり、逆転送の向きは、電荷検出部１３とは反対の向きに電荷を転送する向きである。
【００９９】
水平転送部１２は、図３に示すように、ｐ形ウェルＧ１上に積層されたｎ形拡散層Ｇ２を有する。このｎ形拡散層Ｇ２が、水平転送部１２の転送チャネルとなる。さらに、ｎ形拡散層Ｇ２内にｎ形拡散層Ｇ２よりも不純物濃度の低いｎ-形拡散層Ｇ３が形成されており、ｎ形拡散層Ｇ２およびｎ-形拡散層Ｇ３の上に電極Ｇ１１，Ｇ１２，Ｇ１３，Ｇ１４が形成されている。電極Ｇ１１，Ｇ１３はｎ-形拡散層Ｇ３上に形成され、電極Ｇ１２，Ｇ１４はｎ形拡散層Ｇ２上に形成されている。電極Ｇ１１〜Ｇ１４には、４相の駆動パルスＨ１〜Ｈ４がそれぞれ与えられる。
【０１００】
図４は、順転送を行う場合に図３の水平転送部の電極Ｇ１１〜Ｇ１４に与えられる駆動パルスのタイミング図である。図４のように、駆動パルスＨ１及びＨ２として同位相のパルスを用いるとともに、駆動パルスＨ３及びＨ４として、駆動パルスＨ１及びＨ２とは逆位相のパルスを用いることにより、順転送を実現することができる。
【０１０１】
図５は、逆転送を行う場合に図３の水平転送部の電極Ｇ１１〜Ｇ１４に与えられる駆動パルスのタイミング図である。図５のように、駆動パルスＨ１及びＨ４として同位相のパルスを用いるとともに、駆動パルスＨ２及びＨ３として、駆動パルスＨ１及びＨ４とは逆位相のパルスを用いることにより、逆転送を実現することができる。
【０１０２】
全画素独立読み出しモードにおけるＣＣＤセンサ１０の動作について説明する。まず、制御部１８が、各垂直転送部１４に駆動パルスＶ１として高電圧（約１５Ｖ）の読み出しパルス（電荷読み出し信号）を与えることにより、フォトダイオード１５から垂直転送部１４へ電荷を読み出す。次に、制御部１８が、各垂直転送部１４に駆動パルスＶ１〜Ｖ４として読み出しパルスよりも低電圧の転送パルス（垂直転送信号）を与えることにより、各水平走査期間内に画素部１１における１行分のフォトダイオード１５の電荷を同時に水平転送部１２へ転送する。そして、制御部１８は、水平転送部１２に駆動パルスＨ１〜Ｈ４として約２４．５ＭＨｚのクロックを与えることにより、水平転送部１２へ転送された電荷を順転送の向きに転送する。電荷検出部１３には、水平転送部１２で転送された電荷が入力される。電荷検出部１３は、電荷を信号電圧又は信号電流に変換して撮像信号として出力する。その際のフレームレートは、例えば約１／１５秒である。
【０１０３】
次に、画素混合読み出しモードにおけるＣＣＤセンサ１０の動作について説明する。本実施形態においては、画素混合とは、各画素のフォトダイオードの電荷の和を求めるために、これらの電荷を加算することをいう。なお、ここではＣＣＤセンサ１０から得られた撮像信号をＮＴＳＣ（national television system committee）方式のモニタに表示するものとして説明を行う。図６は、図１のＣＣＤセンサ１０の奇数フィールドにおける信号のタイミング図である。図７は、図１のＣＣＤセンサ１０の偶数フィールドにおける信号のタイミング図である。
【０１０４】
図６及び図７において、ＨＤは水平同期信号、ＶＤは垂直同期信号である。また末尾に「Ｈ」が付された数は、ＮＴＳＣ方式におけるフレーム内の水平走査期間の番号を表す。４相の駆動パルスＶ１〜Ｖ４は、垂直転送部１４の電極に与えられる信号である。以下の図では、信号のレベルが多数回変化することを“×”で示している。
【０１０５】
図８は、図６及び図７の一部を拡大したタイミング図である。図８には、水平走査期間２１Ｈ〜２３Ｈ又は２８３Ｈ〜２８５Ｈにおいて水平転送部１２に与えられる駆動パルスＨ１〜Ｈ４と、垂直転送部１４に与えられる駆動パルスＶ１〜Ｖ４とが示されている。
【０１０６】
図９は、図８の奇数番号の水平走査期間における信号の波形を示すタイミング図である。図１０は、図８の偶数番号の水平走査期間における信号の波形を示すタイミング図である。図９及び図１０は、ＣＣＤ出力として電荷検出部１３が出力する信号をも示している。
【０１０７】
まず奇数フィールドにおけるＣＣＤセンサ１０の動作について説明する。図６に示すように、制御部１８は、水平走査期間１８Ｈにおいて垂直転送部１４に駆動パルスＶ１として読み出しパルスを与えることにより、全フォトダイオード１５の電荷を垂直転送部１４へ読み出す。その次の水平走査期間１９Ｈ以降では、図８に示すように、制御部１８は、垂直転送部１４に駆動パルスＶ１〜Ｖ４として、各水平帰線期間（水平帰線消去期間）内に４回ずつ転送パルス（垂直転送信号）を与えることにより、各水平走査期間に４行ずつ、フォトダイオード１５の電荷を水平転送部１２へ向けて垂直方向に転送する。
【０１０８】
奇数番号の水平走査期間では、制御部１８は、次のような転送動作を行う。すなわち、制御部１８は、この４行分の垂直転送を行う他、図９に示すように、各水平帰線期間内に垂直転送部１４に与えられる４回の転送パルスのうち、第１番目の転送パルスと第２番目の転送パルスとの間に、図４に示された順転送の場合の駆動パルスＨ１〜Ｈ４を水平転送部１２に与える。すると、水平転送部１２内の信号電荷が電荷検出部１３に向かって１段（すなわち１列分）転送される。
【０１０９】
また、垂直転送部１４に与えられる４回の転送パルスのうち、第２番目の転送パルスと第３番目の転送パルスとの間に、制御部１８は、図５に示された逆転送の場合の駆動パルスＨ１〜Ｈ４を水平転送部１２に与える。すると、水平転送部１２内の信号電荷が電荷検出部１３とは反対の向きに１段転送される。
【０１１０】
更に、垂直転送部１４に与えられる４回の転送パルスのうち、第３番目の転送パルスと第４番目の転送パルスとの間に、制御部１８は、図４に示された順転送の場合の駆動パルスＨ１〜Ｈ４を水平転送部１２に与える。すると、水平転送部１２内の信号電荷が電荷検出部１３に向かって１段転送される。
【０１１１】
これにより、水平転送部１２内の各段で、第ｉ行における第ｋ列の画素から読み出された電荷と、第（ｉ＋１）行における第（ｋ＋１）列の画素から読み出された電荷と、第（ｉ＋２）行における第ｋ列の画素から読み出された電荷と、第（ｉ＋３）行における第（ｋ＋１）列の画素から読み出された電荷とが混合される。すなわち、ジグザグ状に選択された４個のフォトダイオードの電荷が加算される。混合された信号電荷は、水平帰線期間以外の有効期間に水平転送部１２内を順次転送され、電荷検出部１３に出力される。
【０１１２】
図９において、出力Ｎ１は、図１のオプティカルブラック領域１１Ｃにおける電荷検出部１３から遠い側の７３列分のフォトダイオード１５から読み出された７３ビット分の信号電荷が変換されて得られた信号を示している。出力Ｎ２は、水平転送部１２の水平ダミー領域１２Ｃの１ビットの信号電荷から得られた信号を示している。出力Ｎ３は、空転送のための２ビットに対応した信号を示している。
【０１１３】
更に、出力Ｎ４は、水平転送部１２における電荷検出部１３側の水平ダミー領域１２Ｂの１３ビットの信号電荷から得られた信号を示している。出力Ｎ５は、オプティカルブラック領域１１Ｃにおける電荷検出部１３側の２列分のフォトダイオード１５から読み出された２ビット分の信号電荷から得られた信号を示している。出力Ｎ６は、トランジェント領域１１Ｂの８ビットと、有効画素領域１１Ａの１２８０列分のフォトダイオード１５から読み出された１２８０ビットとの合計１２８８ビット分の信号電荷から得られた信号を示している。
【０１１４】
このように、ＣＣＤセンサ１０は、読み出しパルスが与えられる水平走査期間１８Ｈよりも後のＣＣＤ出力として、画素部１１における水平転送部１２に近い行の画素から順に読み出された信号電荷を４行分ずつ加算して出力することになる。
【０１１５】
すなわち、ＣＣＤセンサ１０は、水平走査期間１９Ｈでは垂直ダミー領域１１Ｅの４行分の信号電荷を出力し、水平走査期間２０Ｈではオプティカルブラック領域１１Ｃの２行とトランジェント領域１１Ｂにおける水平転送部１２に近い側の２行との合計４行分の信号電荷を出力する。また、水平走査期間２１Ｈにおいてはトランジェント領域１１Ｂにおける２行と、有効画素領域１１Ａにおける水平転送部１２に近い側から数えて第１行及び第２行の合計４行分の信号電荷を出力する。そして水平走査期間２２Ｈでは、有効画素領域１１Ａにおける水平転送部１２に近い側から数えて第３〜第６行の４行分の画素の信号電荷を出力し、水平走査期間２３Ｈ以降では、第７行以降の画素の信号電荷を各水平走査期間に４行分ずつ出力する。
【０１１６】
一方、偶数番号の水平走査期間では、制御部１８は、次のような転送動作を行う。すなわち、制御部１８は、奇数番号の水平走査期間の場合と同様に４行分の垂直転送を行うが、図１０に示すように、各水平帰線期間内に垂直転送部１４へ４回の転送パルスが与えられる間、制御部１８は、順転送又は逆転送するための駆動パルスＨ１〜Ｈ４を水平転送部１２に与えない。このため、水平転送部１２内の電荷は順方向及び逆方向のいずれにも水平転送されない。
【０１１７】
これにより、水平転送部１２内の各段で、第ｉ行〜第（ｉ＋３）行の各行における第ｋ列の４画素から読み出された電荷が混合、すなわち、加算されることとなる。混合された信号電荷は、水平有効期間に水平転送部１２内を順次転送され、電荷検出部１３に出力される。
【０１１８】
以上のように、奇数番号及び偶数番号のうちのいずれの水平帰線期間であるかに応じて、制御部１８は、連続する４行毎に、第ｉ行第ｋ列、第（ｉ＋１）行第（ｋ＋１）列、第（ｉ＋２）行第ｋ列、及び第（ｉ＋３）行第（ｋ＋１）列の、ジグザグ状に選択された４画素から読み出された電荷の和に応じた信号を求めることと、第ｉ行〜第（ｉ＋３）行の各行における第ｋ列に属する、直線状に選択された４画素から読み出された電荷の和に応じた信号を求めることとのいずれか一方を行うように、駆動パルスＶ１〜Ｖ４，Ｈ１〜Ｈ４を出力する。
【０１１９】
次に偶数フィールドにおけるＣＣＤセンサ１０の動作について説明する。図７に示すように、水平走査期間２８０Ｈにおいて垂直転送部１４に駆動パルスＶ１として読み出しパルスを与えることにより、全フォトダイオード１５の電荷を垂直転送部１４へ読み出す。その次の水平走査期間２８１Ｈにおいて、図７に示すように、垂直転送部１４に駆動パルスＶ１〜Ｖ４として、水平帰線期間内に２回の転送パルスを与えることにより、読み出したフォトダイオード１５の電荷を水平転送部１２へ向けて垂直方向に２行分転送する。
【０１２０】
更に次の水平走査期間、すなわち水平走査期間２８２Ｈ以降におけるＣＣＤセンサ１０の動作は、奇数番号、偶数番号のいずれの水平走査期間についても奇数フィールドの場合と同様である。図１０における出力Ｏ１，Ｏ２，Ｏ３，Ｏ４，Ｏ５，Ｏ６は、それぞれ図９の出力Ｎ１〜Ｎ６と同様の信号を示している。
【０１２１】
偶数フィールドにおいて、水平転送部１２は、読み出しパルスが与えられる水平走査期間２８０Ｈの次の水平走査期間２８１Ｈでは垂直ダミー領域１１Ｅの２行分の信号電荷のみを、水平走査期間２８２Ｈ以降では各水平走査期間に４行分ずつの信号電荷を電荷検出部１３に出力する。これにより、１水平走査期間に信号電荷を出力するフォトダイオード１５の４行の組み合わせが、奇数フィールドと偶数フィールドとでは垂直方向に２行ずつずれることになる。
【０１２２】
すなわち、ＣＣＤセンサ１０は、水平走査期間２８２Ｈでは垂直ダミー領域１１Ｅの残りの２行と、オプティカルブラック領域１１Ｃの２行との合計４行分の信号電荷を出力し、水平走査期間２８３Ｈではトランジェント領域１１Ｂにおける水平転送部１２に近い側の４行分の信号電荷を出力する。そして水平走査期間２８４Ｈでは、有効画素領域１１Ａにおける水平転送部１２に近い側から数えて第１行〜第４行分の画素の信号電荷を出力し、水平走査期間２８５Ｈ以降では、有効画素領域１１Ａにおける第５行以降の画素の信号電荷を各水平走査期間に４行分ずつ出力する。
【０１２３】
以上の動作を、奇数フィールド及び偶数フィールド毎に繰り返すことにより、ＮＴＳＣ方式のリアルタイムビデオインタレース信号として、４画素混合されたＣＣＤセンサ出力を得ることができる。
【０１２４】
ここで、ディジタルスチルカメラの構成例について説明する。図１１は、図１のＣＣＤセンサ１０を用いたディジタルスチルカメラの構成の一例を示すブロック図である。図１１のディジタルスチルカメラは、操作部１０２と、システムコントローラ１０４と、レンズシャッタ１１２と、光学的なローパスフィルタ１１４と、ＣＣＤセンサ１１６と、前処理回路１１８と、アナログ・デジタル変換回路１２０と、メモリコントローラ１２２と、バッファメモリ１２４と、撮像信号処理回路１２６と、表示器用インタフェース１３２と、表示器１３４と、記録媒体用インタフェース１３６と、記録装置１３８とを備えている。
【０１２５】
レンズシャッタ１１２は、絞り機能とシャッタ機能とを備えており、レンズを通過し、ＣＣＤセンサ１１６に与える光の量を調節する。ＣＣＤセンサ１１６は、被写体の光学像を電気信号に変換する固体撮像装置であって、図１のＣＣＤセンサ１０と同様のものである。ＣＣＤセンサ１１６は、全画素に関する信号電荷を独立に読み出す全画素読み出し方式を採用している。ここで、ＣＣＤセンサ１１６の各フォトダイオードは、カラーフィルタでコーディングされているものとする。
【０１２６】
前処理回路１１８は、ＣＣＤセンサ１１６が出力する電気信号からノイズを除去するためのＣＤＳ（correlated double sampling circuit：相関二重サンプリング）回路や増幅装置を備える。前処理回路１１８は、ＣＣＤセンサ１１６の出力に対して、ＣＤＳ、ＡＧＣ処理等の前処理を行って出力する。アナログ・デジタル変換回路１２０は、前処理回路１１８が出力するアナログ信号をデジタル信号に変換する。メモリコントローラ１２２は、システムコントローラ１０４に従って、Ａ／Ｄ変換された信号が伝送されるバス及びバッファメモリ１２４をコントロールする。バッファメモリ１２４は、Ａ／Ｄ変換された信号を一時的に格納する。
【０１２７】
表示器用インタフェース１３２は、表示器１３４に画像を表示するためのインタフェースである。表示器１３４は、例えば液晶ディスプレイやテレビ等であり、ＣＣＤセンサ１１６が出力する映像や撮影したデータを確認するためのモニタとして用いられる。記録媒体用インタフェース１３６は、記録装置１３８にデータを保存するためのインタフェースである。記録装置１３８は、例えばメモリカードやハードディスクなどの記録媒体にデータを記録する。
【０１２８】
操作部１０２は、外部からの操作を入力するためのものである。システムコントローラ１０４は、ＣＣＤセンサ１１６を制御するための信号を生成する他、レンズシャッタ１１２、前処理回路１１８、アナログ・デジタル変換回路１２０、メモリコントローラ１２２、及び撮像信号処理回路１２６を制御する。
【０１２９】
次に、ＣＣＤセンサ１０がカラーフィルタを有し、カラー化されている場合について説明する。図１２は、カラーフィルタの色の配列の例を示す説明図である。図１２のように、カラーフィルタは、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３色のフィルタを用いた原色フィルタであって、２行×２列の配列を単位配列とし、この単位配列を列方向および行方向に任意の個数だけ配置することにより構成される。
【０１３０】
図１２におけるＲ、Ｇ、Ｂの３色の配列は、いわゆるベイヤー配列である。すなわち、図１２の単位配列において、左側及び右側の列をそれぞれ第１列、第２列とすると、第１列にはフィルタ要素として上から順にＧ、Ｂの順に各色が配置され、第２列にはフィルタ要素として上から順にＲ、Ｇの順に各色が配置される。各色のフィルタ要素は画素部１１におけるフォトダイオード１５に対し、１対１に対応するように配置される。
【０１３１】
図１３は、図１２の原色フィルタを用いた場合の画素混合についての説明図である。以下の説明では、図１３の画素配列における最下行を第１行とする。
【０１３２】
奇数フィールドでは、図１３の破線で結んで示された４画素毎に、信号電荷が混合されて出力される。ある奇数番号の水平走査期間において、第１行〜第４行の画素の信号電荷が出力されるとする。このとき、第１行の第ｋ列の画素の信号電荷と、第２行の第（ｋ＋１）列の画素の信号電荷と、第３行の第ｋ列の画素の信号電荷と、第４行の第（ｋ＋１）列の画素の信号電荷とが混合される。これにより、ＣＣＤセンサ１０の出力として、色成分Ｇを含む信号と、色成分Ｒ，Ｂを含む信号とが点順次に出力されることになる。
【０１３３】
また、この奇数番号の水平走査期間に続く偶数番号の水平走査期間において、第５行〜第８行の画素の信号電荷が出力される。このとき、第５〜第８行の各行における第ｋ列の４画素の信号電荷が混合される。これにより、ＣＣＤセンサ１０の出力として、色成分Ｇ，Ｂを含む信号と、色成分Ｇ，Ｒを含む信号とが点順次に出力されることになる。
【０１３４】
一方、偶数フィールドでは、図１３の実線で結んで示された４画素毎に、信号電荷が混合されて出力される。前述した奇数フィールドの場合に対して垂直方向に２行だけずれた組み合わせで、各水平走査期間に４行ずつの信号電荷が出力される。
【０１３５】
すなわち、ある奇数番号の水平走査期間において、第３行〜第６行の画素の信号電荷が出力される。このとき、第３行の第ｋ列の画素の信号電荷と、第４行の第（ｋ＋１）列の画素の信号電荷と、第５行の第ｋ列の画素の信号電荷と、第６行の第（ｋ＋１）列の画素の信号電荷とが混合される。これにより、ＣＣＤセンサ１０の出力として、色成分Ｇを含む信号と、色成分Ｒ，Ｂを含む信号とが点順次に出力されることになる。
【０１３６】
また、この奇数番号の水平走査期間に続く偶数番号の水平走査期間において、第７行〜第１０行の画素の信号電荷が出力される。このとき、第７行〜第１０行の各行における第ｋ列の４画素の信号電荷が混合される。これにより、ＣＣＤセンサ１０の出力として、色成分Ｇ，Ｂを含む信号と、色成分Ｇ，Ｒを含む信号とが点順次に出力されることになる。
【０１３７】
ここで、補色の色成分であるマジェンタ、シアン、イエローをそれぞれＭＧ、ＣＹ、ＹＥで表すと、
Ｒ＋Ｇ＝ＹＥ  …（１）
Ｂ＋Ｇ＝ＣＹ  …（２）
Ｒ＋Ｂ＝ＭＧ  …（３）
Ｇ＋Ｇ＝Ｇ    …（４）
と表すことができる。
【０１３８】
つまり、奇数番号の水平走査期間に出力される色信号成分は、奇数フィールド及び偶数フィールド共にＧとＭＧとなる。また、偶数番号の水平走査期間に出力される色信号成分は、奇数フィールド及び偶数フィールド共にＹＥとＣＹとなる。言い換えると、図１２のような原色フィルタを用いたＣＣＤセンサ１０が、いわゆる補色フィルタを用いた場合と同様の信号を出力することになる。したがって、補色信号処理のシステムを転用することが可能になる。また、更にこれらの補色を表す信号から、色分離処理を行うことによって（２Ｒ−Ｇ）及び（２Ｂ−Ｇ）の２種類の色差信号を１行おきに得ることができる。
【０１３９】
このように、本実施形態のＣＣＤセンサ１０は、図１２に示すような構成の原色フィルタを備えているが、４画素の電荷を混合することにより、色差線順次のインタレースカラー信号を得ることができる。
【０１４０】
以上のように、本実施形態によれば、画素間引き（画素の電荷を読み出さずにその電荷を捨てること）を行うことなく、ＣＣＤセンサ１０が出力する信号が表す映像の垂直方向の画素数を減少させ、モニタの走査線数にほぼ一致させることができる。これにより、画素数が多い場合においても、感度を損なわず、また、解像度を大きく損なうことなく、モニタ用の信号を得ることができる。
【０１４１】
また、このＣＣＤセンサ１０とリアルタイムでビデオ表示が可能なモニタとを用いてカメラを構成することにより、フィールドメモリなどを用いた複雑な画像処理を行うことなく、画素の行数がモニタの走査線数を上回るようなＣＣＤセンサの出力をそのままモニタに表示することが可能となる。これにより、感度及びＳ／Ｎを損なうことなく、リアルタイムで動画を表示するカメラを提供することができる。
【０１４２】
図１４（ａ）は、混合する電荷を垂直転送する期間中に水平転送が行われるときの画素混合パターンと、混合される画素の重心ＧＡとを示す説明図である。図１４（ｂ）は、混合する電荷を垂直転送する期間中に水平転送が行われないときの画素混合パターンと、混合される画素の重心ＧＢとを示す説明図である。図１５は、アドレス補正処理回路（アドレス補正処理部）の回路図である。
【０１４３】
図１４（ａ），（ｂ）に示すように、図１３のように画素混合を行った際に得られたデータは、混合される画素の重心の位置に対応している。混合される画素のパターンの差異により、重心の位置は０．５画素ずれることになる。そこで、例えば、図１１の撮像信号処理回路１２６に図１５のアドレス補正処理回路を備え、電荷の混合に用いられた画素のパターンに応じて補正処理を行うようにする。
【０１４４】
図１５のアドレス補正処理回路は、加算器１４１と、セレクタ１４２とを備えている。加算器１４１は、入力された信号ＳＡとこれよりも１画素分前の時点で入力された信号とを加算して、これらの平均値を求め、セレクタ１４２に出力する。図１４（ａ）のようなパターンに従って画素が混合されて得られた信号を加算器１４１に入力すると、得られた信号に係る画素の重心は、いま入力されている信号に係る画素の重心の０．５画素左にある。これは、図１４（ｂ）のようなパターンの画素の重心ＧＢと水平方向の位置が同じである。セレクタ１４２は、ライン切り替え信号ＬＳに従って、図１４（ａ）に対応したラインの場合は加算器１４１の出力を、図１４（ｂ）に対応したラインの場合は加算器１４１に入力される信号を選択し、出力する。
【０１４５】
なお、図１４（ｂ）のようなパターンに従って画素が混合されて得られたある時点の信号と、これよりも１画素分、後の時点の信号とを加算してもよい。
【０１４６】
このように、本実施形態によれば、ＣＣＤセンサ１０は全画素独立読み出し可能であるので、静止画撮影時のように高精細な画像が必要なときには「全画素独立読み出しモード」にし、動画撮影時のように動的な解像度が必要なときには「画素混合読み出しモード」にしてフレームレートを大きくするというように、撮影モード毎に駆動方法を切り替えることができる。
【０１４７】
図１６（ａ）は、輝度信号生成回路（信号生成部）の回路図である。図１６（ｂ）は、色差信号生成回路（信号生成部）の回路図である。本実施形態によれば、「全画素独立読み出しモード」で駆動した際にＣＣＤセンサから読み出される画素信号はＲとＧとＢとであるのに対し、「画素混合読み出しモード」で駆動した際に読み出される画素信号はＭＧとＣＹとＹＥとＧとである。そこで、図１１の撮像信号処理回路１２６において、図１６（ａ），（ｂ）に示すような補色及び原色の両方の信号に対応する信号生成回路を有するようにする。
【０１４８】
例えば画素混合読み出しモード時には、色成分０〜３はそれぞれ、ＭＧ、ＣＹ、ＹＥ、Ｇとなるので、Ｙ、ＣＢ、ＣＲを生成するパラメータとして、次式、
Ｙ  ＝ＭＧ＋ＣＹ＋Ｇ＋ＹＥ
ＣＢ＝ＭＧ＋ＣＹ−Ｇ−ＹＥ
ＣＲ＝ＭＧ＋ＹＥ−Ｇ−ＣＹ
の各項の係数を輝度信号生成回路及び色差信号生成回路に与えるようにする。
【０１４９】
また、全画素独立読み出しモード時には、色成分０〜３はそれぞれ、Ｒ、Ｇ、Ｇ、Ｂとなるので、Ｙ、ＣＢ、ＣＲを生成するパラメータとして、次式、
Ｙ  ＝  ０．３Ｒ＋０．２９（Ｇ＋Ｇ）＋０．１１Ｂ
ＣＢ＝−０．３Ｒ−０．２９（Ｇ＋Ｇ）＋０．８９Ｂ
ＣＲ＝  ０．７Ｒ−０．２９（Ｇ＋Ｇ）−０．１１Ｂ
の各項の係数を輝度信号生成回路及び色差信号生成回路に与えるようにする。
【０１５０】
このように、図１６（ａ）の輝度信号生成回路、及び図１６（ｂ）の色差信号生成回路によると、補色フィルタを有する固体撮像装置と原色フィルタを有する固体撮像装置とのいずれが出力した信号であっても、輝度信号及び色差信号を生成することができる。したがって、補色フィルタを有する固体撮像装置と原色フィルタを有する固体撮像装置とのいずれをも利用可能なカメラを提供することができる。
【０１５１】
（第２の実施形態）
第２の実施形態では、固体撮像装置として、インタレーススキャン方式のＣＣＤセンサについて説明する。
【０１５２】
図１７は、本発明の第２の実施形態に係るＣＣＤセンサ３０の構成の例を示す説明図である。図１７のＣＣＤセンサ３０は、画素部３１と、水平転送部３２と、電荷検出部３３と、垂直転送部（図１７には示さず）と、制御部３８とを備えている。
【０１５３】
画素部３１は、有効画素領域３１Ａと、トランジェント領域３１Ｂと、オプティカルブラック領域３１Ｃと、垂直ダミー領域３１Ｄ，３１Ｅとを備えている。有効画素領域３１Ａは、１２８０（水平）×９６０（垂直）個の行列状に配置された光電変換素子としてのフォトダイオードを有している。１つのフォトダイオードが１画素を構成している。画素部３１の各領域３１Ａ〜３１Ｅは、図１のＣＣＤセンサ１０における画素部１１の各領域１１Ａ〜１１Ｅと同様に配置され、同様の画素数を有している。トランジェント領域３１Ｂ、及びオプティカルブラック領域３１Ｃは、フォトダイオードを備えている。
【０１５４】
図１８は、図１７のＣＣＤセンサ３０の構成の例を示す平面図である。図１８に示すように、ＣＣＤセンサ３０の画素部３１は、各画素に対応して、光電変換素子としてのフォトダイオード３５を備えている。また、ＣＣＤセンサ３０は、画素の列毎に垂直転送部３４を備えており、各フォトダイオード３５は対応する垂直転送部３４に接続されている。
【０１５５】
垂直転送部３４には、駆動パルスＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５，Ｖ６，Ｖ７，Ｖ８のいずれかが与えられる２つの電極が画素の行毎に設けられ、水平転送部３２には、２相の駆動パルスＨ１，Ｈ２のそれぞれが与えられる２つの電極が垂直転送部３４毎に（すなわち、画素の列毎に）設けられている。
【０１５６】
図１７の制御部３８は、電荷読み出し信号及び垂直転送信号として駆動パルスＶ１〜Ｖ８を垂直転送部３４に出力し、水平転送信号として駆動パルスＨ１，Ｈ２を水平転送部３２に出力する。
【０１５７】
なお、図１８では、簡略化するために、一部の画素に対応する構成のみを図示したが、実際には垂直転送部３４がフォトダイオード３５の列数と同数設けられている。
【０１５８】
全画素独立読み出しモードにおけるＣＣＤセンサ３０の動作について説明する。静止画として全画素独立で読み出す場合は、通常のインタレーススキャンＣＣＤを利用した静止画読み出しの場合と同様であるため、簡単に説明する。
【０１５９】
まず、最初のフィールドで、制御部３８が、各垂直転送部３４に駆動パルスＶ２，Ｖ６として高電圧（約１５Ｖ）の読み出しパルスを与えることにより、フォトダイオード３５から垂直転送部３４へ電荷を読み出す。次に、制御部３８が、各垂直転送部３４に読み出しパルスよりも低電圧の転送パルスを駆動パルスＶ１〜Ｖ８として与えることにより、各水平走査期間に、画素部３１における１行分のフォトダイオード３５の電荷を同時に水平転送部３２へ転送する。そして、制御部３８は、水平転送部３２に駆動パルスＨ１，Ｈ２として約２４．５ＭＨｚのクロックを与えることにより、水平転送部３２へ転送された電荷を順転送の向きに転送する。電荷検出部３３には、水平転送部３２で転送された電荷が入力される。電荷検出部３３は、電荷を信号電圧又は信号電流に変換して撮像信号として出力する。
【０１６０】
次のフィールドも同様に、垂直転送部３４に駆動パルスＶ４、Ｖ８として高電圧（約１５Ｖ）の読み出しパルスを与え、最初のフィールドで読み出さなかった行の信号電荷を読み出し、同様に電荷検出部３３から信号を出力する。
【０１６１】
このように、全画素を読み出す場合は、垂直転送部３４が、フィールド毎に奇数行目又は偶数行目のフォトダイオード３５で光電変換して得られた信号電荷を読み出して、水平転送部３２に向かって垂直方向に転送する。水平転送部３２は、垂直転送部３４から転送された信号電荷を水平方向へ順次転送し、電荷検出部３３に出力する。このような読み出しを行う際のフレームレートは、例えば約１／１５秒となる。
【０１６２】
画素混合読み出しモードにおけるＣＣＤセンサ３０の動作について説明する。本実施形態においては、画素混合とは、各画素のフォトダイオードの電荷の和を求めるために、これらの電荷を加算することをいう。なお、ここでは、ＣＣＤセンサ３０から得られた撮像信号をＮＴＳＣ方式のモニタで表示するものとして説明を行う。
【０１６３】
図１９は、図１８の垂直転送部３４に与える駆動パルスＶ１〜Ｖ８の例を示すタイミング図である。図１９において、上側に示した数字は、ＮＴＳＣ方式におけるフレーム内の水平走査期間の番号を表す。また、駆動パルスＶ１〜Ｖ８は、垂直転送部３４の電極に与えられる。
【０１６４】
図２０は、図１９の一部を拡大したタイミング図である。図２０には、水平走査期間１７Ｈ〜１８Ｈ又は２７９Ｈ〜２８０Ｈにおいて、制御部３８が垂直転送部３４に与える駆動パルスＶ１〜Ｖ８が示されている。図２０は駆動パルスの一例を示したものである。実際には、同時に与えることが可能な読み出しパルスがあるので、駆動パルスの種類を減らすことや、読み出しに必要な時間を短縮することが可能である。
【０１６５】
図２１は、図２０の駆動パルスＶ１〜Ｖ８を用いる場合における、図１８の垂直転送部３４内の信号電荷の転送についての説明図である。図２２は、図２０に示されている期間以外における図１９の一部を拡大したタイミング図である。
【０１６６】
まず、奇数フィールドにおけるＣＣＤセンサ３０の動作について説明する。図１９及び図２０に示すように、制御部３８は、水平走査期間１７Ｈにおいて垂直転送部３４に駆動パルスＶ４として読み出しパルスを与えることにより、駆動パルスＶ４が与えられる電極に接続されたフォトダイオード３５の電荷を垂直転送部３４に読み出す。このとき、図２１のように、読み出された電荷は駆動パルスＶ４が与えられる電極の付近の電荷の井戸に留まっている。
【０１６７】
その後、制御部３８は、駆動パルスＶ１〜Ｖ８を変化させて、垂直転送部３４に読み出された電荷を垂直転送部３４の４ゲート分、つまりフォトダイオード２行分だけ水平転送部３２の方向へ転送する。図２１のように、読み出された電荷は、駆動パルスＶ７，Ｖ８が与えられる電極の付近の電荷の井戸に移動する。
【０１６８】
次に、制御部３８は、駆動パルスＶ８として読み出しパルスを与えることにより、駆動パルスＶ８が与えられる電極に接続されたフォトダイオード３５の電荷を垂直転送部３４に読み出す。すると、駆動パルスＶ４によって読み出された電荷と、駆動パルスＶ８によって読み出された電荷とが混合される。
【０１６９】
一方、駆動パルスＶ４で読み出された電荷の転送中に、制御部３８は、垂直転送部３４に駆動パルスＶ２として読み出しパルスを与えることにより、駆動パルスＶ２が与えられる電極に接続されたフォトダイオード３５の電荷を垂直転送部３４に読み出す。このとき、図２１のように、読み出された電荷は駆動パルスＶ２が与えられる電極の付近の電荷の井戸に留まっている。
【０１７０】
その後、制御部３８は、駆動パルスＶ１〜Ｖ８を変化させて、垂直転送部３４に読み出された電荷を垂直転送部３４の４ゲート分、つまりフォトダイオード２行分だけ水平転送部３２の方向へ転送する。図２１のように、駆動パルスＶ２によって読み出された電荷は、駆動パルスＶ５，Ｖ６が与えられる電極の付近の電荷の井戸に移動する。
【０１７１】
次に、制御部３８は、駆動パルスＶ６として読み出しパルスを与えることにより、駆動パルスＶ６が与えられる電極に接続されたフォトダイオード３５の電荷を垂直転送部３４に読み出す。すると、駆動パルスＶ２によって読み出された電荷と、駆動パルスＶ６によって読み出された電荷とが混合される。
【０１７２】
水平走査期間１９Ｈ以降は、図２２に示すように、駆動パルスＶ１〜Ｖ８として、制御部３８が水平帰線期間内に２回ずつ転送パルスを垂直転送部３４に与えることにより、垂直転送部３４は、各水平走査期間に４行分ずつ、フォトダイオード３５の電荷を水平転送部３２へ向けて垂直方向に転送する。
【０１７３】
偶数番号の水平走査期間においては、制御部３８は、次のような転送動作を行う。すなわち、制御部３８は、この４行分の垂直転送を行う他、図２２に示すように、各水平帰線期間内に垂直転送部３４へ与えられる２回の転送パルスのうち、第１番目の転送パルスと第２番目の転送パルスとの間に、水平転送部３２に駆動パルスＨ１，Ｈ２として順転送の転送パルスを与える。すると、水平転送部３２内の電荷が電荷検出部３３に向かって１段転送される。
【０１７４】
これにより、偶数番号の水平走査期間において、第ｉ行〜第（ｉ＋３）行の画素の信号電荷が出力される。すなわち、水平転送部３２内の各段で、第ｉ行における第ｋ列の画素から読み出された電荷と、第（ｉ＋１）行における第（ｋ＋１）列の画素から読み出された電荷と、第（ｉ＋２）行における第ｋ列の画素から読み出された電荷と、第（ｉ＋３）行における第（ｋ＋１）列の画素から読み出された電荷とが混合されることとなる。言い換えると、図１３に示したようなジグザグ状のパターンに従って、４画素の電荷が混合される。
【０１７５】
また、奇数番号の水平走査期間においては、制御部３８は、次のような転送動作を行う。すなわち、制御部３８は、偶数番号の水平走査期間の場合と同様に４行分の垂直転送を行うが、図２２に示すように、各水平帰線期間内に垂直転送部３４に与えられる２つの転送パルスの間に、水平転送部３２に転送パルスを与えない。このため、水平転送部３２内の各段で、第ｉ行〜第（ｉ＋３）行における第ｋ列の４つの画素から読み出された電荷が混合されることとなる。
【０１７６】
混合された信号電荷は、水平有効期間に水平転送部３２内を順次転送され、電荷検出部３３に出力される。このように、水平転送部３２は、画素部３１における水平転送部３２に近い側の画素から読み出された信号電荷を４行分ずつ出力することになる。
【０１７７】
すなわち、水平転送部３２は、水平走査期間１７Ｈでは垂直ダミー領域３１Ｅの４行分の信号電荷を出力し、水平走査期間１８Ｈではオプティカルブラック領域３１Ｃの２行とトランジェント領域３１Ｂにおける水平転送部３２に近い側の２行との合計４行分の信号電荷を出力する。また、水平走査期間１９Ｈにおいては、トランジェント領域３１Ｂにおける２行と、有効画素領域３１Ａにおける水平転送部３２に近い側から数えて第１行および第２行との合計４行分の信号電荷を出力する。そして、水平走査期間２０Ｈでは、有効画素領域３１Ａにおける水平転送部３２に近い側から数えて第３〜第６行の４行分の画素の信号電荷を出力し、水平走査期間２１Ｈ以降では、第７行以降の画素の信号電荷を各水平走査期間に４行分ずつ出力する。
【０１７８】
偶数フィールドにおけるＣＣＤセンサ３０の動作は、次の点が奇数フィールドの場合とは異なる。その他の点については、奇数フィールドの場合と同様である。すなわち、水平走査期間１７Ｈに代えて、水平走査期間２７９Ｈにおいて、制御部３８は、垂直転送部３４に読み出しパルスを与える。また、水平走査期間２８０Ｈにおいては、垂直ダミー領域３１Ｅの２行分の信号電荷のみを出力する。
【０１７９】
水平走査期間２８２Ｈ以降では、水平走査期間２０Ｈ以降と同様に、水平転送部３２は、各水平走査期間に４行分ずつの信号電荷を電荷検出部３３に出力する。これにより、１水平走査期間に出力される信号に係る４行の組み合わせが、奇数フィールドと偶数フィールドとでは垂直方向に２行ずつずれることとなる。
【０１８０】
すなわち、水平転送部３２は、水平走査期間２８１Ｈでは、垂直ダミー領域３１Ｅの残りの２行と、オプティカルブラック領域３１Ｃの２行との合計４行分の信号電荷を出力し、水平走査期間２８２Ｈでは、トランジェント領域３１Ｂにおける水平転送部３２に近い側の４行の信号電荷を出力する。そして、水平走査期間２８３Ｈでは、有効画素領域３１Ａにおける水平転送部３２に近い側から数えて第１行〜第４行の４行分の信号電荷を出力し、水平走査期間２８４Ｈ以降では、第５行以降の画素の信号電荷を各水平走査期間に４行分ずつ出力する。
【０１８１】
図２３は、図１８の垂直転送部３４に与える駆動パルスＶ１〜Ｖ８の他の例を示すタイミング図である。図２４は、図２３の駆動パルスＶ１〜Ｖ８を用いる場合における、図１８の垂直転送部３４内の信号電荷の転送についての説明図である。図２０の駆動パルスＶ１〜Ｖ８に代えて、図２３の駆動パルスＶ１〜Ｖ８を用いて、フォトダイオード３５に蓄積された電荷を垂直転送部３４に読み出すようにしてもよい。
【０１８２】
この場合、図２４のように、水平走査期間１７Ｈにおいて、まず垂直転送部３４に駆動パルスＶ２として読み出しパルスを与えることにより、駆動パルスＶ２が与えられる電極に接続されたフォトダイオード３５の電荷を垂直転送部３４に読み出し、その後、駆動パルスＶ４として読み出しパルスを与えるようにする。
【０１８３】
すると、図１３に示したようなジグザグのパターンに代えて、このパターンを左右反転させたものに従って、４画素の電荷が混合される。すなわち、水平転送部３２内の各段で、第ｉ行における第（ｋ＋１）列の画素から読み出された電荷と、第（ｉ＋１）行における第ｋ列の画素から読み出された電荷と、第（ｉ＋２）行における第（ｋ＋１）列の画素から読み出された電荷と、第（ｉ＋３）行における第ｋ列の画素から読み出された電荷とが混合される。
【０１８４】
以上の動作を、奇数フィールドおよび偶数フィールド毎に繰り返すことにより、ＮＴＳＣ方式のインタレース信号として、４画素混合された輝度信号をリアルタイムで得ることができる。
【０１８５】
図２５は、電荷を混合する画素の組み合わせの変化の一例を示す説明図である。図２６は、電荷を混合する画素の組み合わせの変化の他の例を示す説明図である。以上では、奇数フィールド及び偶数フィールドのうちのいずれであるかに応じて画素の組み合わせを変える場合について説明したが、４フィールドを単位とし、第１〜第４フィールドのうちのいずれであるかに応じて画素の組み合わせを変えるようにしてもよい。
【０１８６】
図２５は、第３及び第４フィールドにおいて、第１及び第２フィールドのジグザグのパターンに代えて、このパターンを左右反転させたものを用いる場合を示している。このような動作をさせるためには、第１及び第２フィールドにおいては図２０、第３及び第４フィールドにおいては図２３の駆動パルスＶ１〜Ｖ８を用いればよい。図２６は、第３及び第４フィールドにおいて、第１及び第２フィールドの直線のパターンとジグザグのパターンとを入れ換える場合を示している。
【０１８７】
図２５の組み合わせによると、カラー化されたＣＣＤの場合に色偽信号が生じにくい。図２６の組み合わせによると、動解像度を高くすることができる。このように、重視する映像の特性に応じて、画素の組み合わせを選べばよく、また、組み合わせを切り替えることは簡単に行うことができる。つまり、垂直転送が複数回行われる間に行う水平転送の向きや回数をフィールド毎に変更させればよい。第１の実施形態において、同様に画素の組み合わせをフィールド毎に変更するようにしてもよい。
【０１８８】
ＣＣＤセンサ３０がカラーフィルタを有し、カラー化されている場合については、図１のＣＣＤセンサ１０と同様に説明することができるので、ここでは説明を省略する。
【０１８９】
以上のように、本実施形態によれば、インタレーススキャン方式のＣＣＤによっても、画素間引きを行うことなく、垂直方向の画素数を減少させることができる。
【０１９０】
なお、図１１のディジタルスチルカメラにおけるＣＣＤセンサ１１６として、図１７のＣＣＤセンサ３０を用いるようにしてもよい。
【０１９１】
また、ＣＣＤセンサ３０が図１５のアドレス補正処理回路を更に備えていてもよい。
【０１９２】
（第３の実施形態）
第３の実施形態では、固体撮像装置として、ＭＯＳ（metal oxide semiconductor）センサについて、特にＣＭＯＳ（complementary MOS）センサについて説明する。
【０１９３】
図２７は、本発明の第３の実施形態に係るＣＭＯＳセンサ５０の構成の例を示すブロック図である。図２７のＣＭＯＳセンサ５０は、画素アドレス指定回路３１２と、制御部３１４と、シンクジェネレータ３１６と、タイミングジェネレータ３１８と、垂直レジスタ（行アドレス選択部）３２２と、ラッチアレイ３２４と、水平レジスタ（列アドレス選択部）３２６と、センスアンプ３２８と、画素部３４０とを備えている。
【０１９４】
画素部３４０は、ダミー領域３４２と、有効画素領域３４４と、オプティカルブラック領域３４６と、空送り領域３４８とを備えている。有効画素領域３４４は、１２８０（水平）×９６０（垂直）個の行列状に配置された光電変換素子としてのフォトダイオードを有している。１つのフォトダイオードが１画素を構成している。
【０１９５】
図２８は、図２７の画素部３４０の一部の構成例を示す回路図である。図２８において、画素部３４０は、赤色のフィルタが装着された画素３６１ａ，３６１ｃと、緑色のフィルタが装着された画素３６１ｂ，３６１ｄ，３６１ｅ，３６１ｇと、青色のフィルタが装着された画素３６１ｆ，３６１ｈとを備えている。画素部３４０は、図２８に示された構成を、その上下左右に繰り返したものを有している。
【０１９６】
図２９は、図２８の画素３６１ａの構成を示す回路図である。画素３６１ａは、フォトダイオード３６２と、トランジスタ３６３，３６４，３６５とを備えている。他の画素も同様に構成されている。図２８においては、リセットパルスＲＳＰ及び読み出しパルスＲＤＰに関する配線を省略している。
【０１９７】
図３０（ａ）は、直線状に選択された画素の出力の平均を求める場合に、図２７の画素部３４０に与えられる信号を示すグラフである。図３０（ｂ）は、ジグザグ状に選択された画素の出力の平均を求める場合に、図２７の画素部３４０に与えられる信号を示すグラフである。
【０１９８】
ＣＭＯＳセンサ５０が全画素を独立に読み出す場合の動作について、簡単に説明する。この場合の動作は、通常のＣＭＯＳセンサと同様である。
【０１９９】
まず、各画素において、タイミングジェネレータ３１８がトランジスタ３６４のゲートにリセットパルスＲＳＰを与え、リセット動作が行われる。次に、フォトダイオード３６２が受光し、所定の期間が経過すると、タイミングジェネレータ３１８は、各画素において、読み出しパルスＲＤＰをトランジスタ３６３のゲートに与え、更にトランジスタ３７１ａ等のゲートに画素選択パルスＳＬＰを与える。すると、各画素のフォトダイオードが受光した光量に応じた電荷が、各画素に対応するキャパシタ３７２ａ等に蓄積される。
【０２００】
画素アドレス指定回路３１２は、垂直レジスタ３２２に行アドレスを出力して読み出し開始位置を指示し、垂直レジスタ３２２は、指定された行アドレスに対応する行アドレス選択信号ＹＡＤ（ｙ１）をアクティブにする。画素アドレス指定回路３１２は、水平レジスタ３２６に列アドレスを出力して読み出し開始位置を指示し、水平レジスタ３２６は、ラッチアレイ３２４を介して、指定された列アドレスに対応するトランジスタ３７８をアクティブにしてその列アドレスの読み出し信号ＲＤＳ（ｘ１）を選択し、センスアンプ３２８に出力する。センスアンプ３２８は、入力された信号を必要なレベルまで増幅し、得られた信号ＣＭを出力する。
【０２０１】
タイミングジェネレータ３１８は、水平レジスタ３２６にタイミング信号を与えて、水平レジスタ３２６に順次異なる列の読み出し信号を選択させ、全ての列の読み出し信号が読み出される。このようにして１ライン分の画素の読み出しを終えると、タイミングジェネレータ３１８は、画素アドレス指定回路３１２に、次の行アドレスに対応する行アドレス選択信号ＹＡＤ（ｙ１＋１）をアクティブにさせる。以下、同様の動作を繰り返して、１画面分の画素の信号を読み出す。
【０２０２】
次に、画素混合読み出しを行う場合の動作について説明する。本実施形態においては、画素混合とは、各画素のフォトダイオードの出力の和に応じた信号として、これらの出力を平均した信号を求めることをいう。まず、奇数フィールドにおける奇数番号の水平走査期間について、図３０（ｂ）を参照して説明する。タイミングジェネレータ３１８が、読み出しパルスＲＤＰをトランジスタ３６３のゲートに与え、更にトランジスタ３７１ａ等のゲートに画素選択パルスＳＬＰを与えるまでは、全画素を独立に読み出す場合の動作と同じである。
【０２０３】
その後、タイミングジェネレータ３１８は、加算パルスＡＤＤ４をトランジスタ３７５ａのゲートに与える。すると、キャパシタ３７２ａの電位とキャパシタ３７２ｆの電位とが等しくなる。すなわち、画素３６１ａの出力と画素３６１ｆの出力との平均に応じた電位が得られる。
【０２０４】
これとほぼ同時に、タイミングジェネレータ３１８は、加算パルスＡＤＤ５をトランジスタ３７５ｃのゲートに与える。すると、同様に、画素３６１ｃの出力と画素３６１ｈの出力との平均に応じた電位がキャパシタ３７２ｃ，３７２ｈに得られる。
【０２０５】
その後、タイミングジェネレータ３１８は、加算パルスＡＤＤ６をトランジスタ３７５ｂのゲートに与える。すると、キャパシタ３７２ｃの電位とキャパシタ３７２ｆの電位とが等しくなる。すなわち、画素３６１ａ，３６１ｆ，３６１ｃ，３６１ｈの出力の平均に応じた電位が得られる。
【０２０６】
画素アドレス指定回路３１２は、垂直レジスタ３２２に行アドレスｙ１＋２を出力し、垂直レジスタ３２２は、この行アドレスに対応する行アドレス選択信号ＹＡＤ（ｙ１＋２）をアクティブにする。すると、キャパシタ３７２ｃの電位が読み出し信号ＲＤＳ（ｘ１）として読み出し信号線に現れる。
【０２０７】
画素アドレス指定回路３１２は、水平レジスタ３２６に列アドレスを出力して読み出し開始位置を指示し、水平レジスタ３２６は、ラッチアレイ３２４を介して、指定された列アドレスに対応するトランジスタ３７８をアクティブにしてその列アドレスの読み出し信号ＲＤＳ（ｘ１）を選択し、センスアンプ３２８に出力する。センスアンプ３２８は、入力された信号を必要なレベルまで増幅し、得られた信号ＣＭを出力する。
【０２０８】
タイミングジェネレータ３１８は、水平レジスタ３２６にタイミング信号を与えて、水平レジスタ３２６に順次異なる列の読み出し信号を選択させ、全ての列の読み出し信号が読み出される。
【０２０９】
偶数番号の水平走査期間においては、図２８に隣接する４行についての読み出しが行われる。その構成は、図２８に示されたものと同様であるので、この図及び図３０（ａ）を参照して説明する。
【０２１０】
タイミングジェネレータ３１８が、読み出しパルスＲＤＰをトランジスタ３６３のゲートに与え、更にトランジスタ３７１ａ等のゲートに画素選択パルスＳＬＰを与えるところまでは、全画素を独立に読み出す場合の動作と同じである。
【０２１１】
その後、タイミングジェネレータ３１８は、加算パルスＡＤＤ１をトランジスタ３７４ａのゲートに与える。すると、キャパシタ３７２ａの電位とキャパシタ３７２ｂの電位とが等しくなる。すなわち、画素３６１ａの出力と画素３６１ｂの出力との平均に応じた電位が得られる。
【０２１２】
これとほぼ同時に、タイミングジェネレータ３１８は、加算パルスＡＤＤ３をトランジスタ３７４ｃのゲートに与える。すると、同様に、画素３６１ｃの出力と画素３６１ｄの出力との平均に応じた電位がキャパシタ３７２ｃ，３７２ｄに得られる。
【０２１３】
その後、タイミングジェネレータ３１８は、加算パルスＡＤＤ２をトランジスタ３７４ｂのゲートに与える。すると、キャパシタ３７２ｂの電位とキャパシタ３７２ｃの電位とが等しくなる。すなわち、画素３６１ａ，３６１ｂ，３６１ｃ，３６１ｄの出力の平均に応じた電位が得られる。
【０２１４】
これ以降は、奇数番号の水平走査期間の場合と同様である。ただし、画素アドレス指定回路３１２は、奇数番号の水平走査期間における行アドレスに４を加えたものを垂直レジスタ３２２に出力する。
【０２１５】
偶数フィールドにおいては、１水平走査期間に出力される信号に係る４行の組み合わせを、奇数フィールドの場合とは２行ずつずらすようにする。
【０２１６】
以上のように、ＣＭＯＳセンサ５０は、奇数番号及び偶数番号のうちのいずれの水平帰線期間であるかに応じて、連続する４行毎に、第ｉ行第ｋ列、第（ｉ＋１）行第（ｋ＋１）列、第（ｉ＋２）行第ｋ列、及び第（ｉ＋３）行第（ｋ＋１）列の、ジグザグ状に選択された４画素の出力の和に応じた信号を求めることと、第ｉ行〜第（ｉ＋３）行の各行における第ｋ列に属する、直線状に選択された４画素の出力の和に応じた信号を求めることとのいずれか一方を行うことができる。
【０２１７】
画素部３４０には、ベイヤー配列型のカラーフィルタが装着されていてもよい。この場合、ＣＭＯＳセンサ５０は、全画素独立読み出し時には、分離された原色信号Ｒ，Ｇ，Ｂをそのまま出力し、画素混合読み出しを行う場合には、原色信号が混合されて得られた補色信号ＭＧ，ＣＹ，ＹＥ，Ｇを出力する。
【０２１８】
このように、ＣＭＯＳセンサ５０によると、画素混合をしたものを出力する場合は全画素独立に読み出した場合と比較して解像度は劣るが、複数の画素を同時に読み出すので、フレームの更新レートは高い。そこで、図１１のようなディジタルスチルカメラにおいて、ＣＣＤ１１６に代えてＣＭＯＳセンサ５０を用いるようにしてもよい。この場合においても、モニタモード時には画素混合読み出しを行い、静止画撮影時には全画素独立読み出しを行うことができるので、極めて実用性の高いシステムを実現することができる。
【０２１９】
第１〜第３の実施形態においては、連続する４行毎に、４画素を混合した信号を得る場合について主に説明したが、２以上の連続する偶数行において、その偶数個の画素を混合した信号を得るようにしてもよい。第４の実施形態において、その具体例を説明する。
【０２２０】
（第４の実施形態）
第４の実施形態では、固体撮像装置として、プログレッシブスキャン方式のＣＣＤセンサを用い、連続する２行毎に、２画素を混合した信号を得る場合について説明する。
【０２２１】
図３１は、本発明の第４の実施形態に係るＣＣＤセンサ７０の構成の例を示す説明図である。図３１のＣＣＤセンサ７０は、画素部７１と、水平転送部７２と、電荷検出部７３と、垂直転送部（図３１には示さず）と、制御部７８とを備えている。画素部７１は、有効画素領域７１Ａと、トランジェント領域７１Ｂと、オプティカルブラック領域７１Ｃと、垂直ダミー領域７１Ｄ，７１Ｅとを備えている。
【０２２２】
ＣＣＤセンサ７０は、第１の実施形態において説明したＣＣＤセンサ１０とほぼ同様の構成をしているが、ＣＣＤセンサ７０においては、有効画素領域７１Ａが、６４０（水平）×４８０（垂直）個の行列状に配置された光電変換素子としてのフォトダイオードを有している点が、ＣＣＤセンサ１０とは異なる。その他の領域は、画素数が異なる点以外はＣＣＤセンサ１０における対応する領域と同様であり、また、水平転送部７２及び電荷検出部７３も、第１の実施形態において説明したものとほぼ同様であるので、その説明を省略する。
【０２２３】
第４の実施形態では、画素の混合の方法と、駆動パルスのタイミングとが、第１の実施形態とは異なっている。その他の点は、第１の実施形態において説明したものとほぼ同様である。後述するように、本実施形態における画素の混合の方法は、有効画素領域が比較的小さい場合に特に有効である。
【０２２４】
ＣＣＤセンサ７０も、第１の実施形態におけるＣＣＤセンサ１０と同様に、全画素独立読み出しモードと画素混合読み出しモードとを有する。以下では、画素混合読み出しモードにおけるＣＣＤセンサ７０の動作について説明する。ＣＣＤセンサ７０から得られた撮像信号はＮＴＳＣ方式のモニタに表示されるものとする。
【０２２５】
図３１のＣＣＤセンサ７０の奇数フィールドにおける信号のタイミング、及び偶数フィールドにおける信号のタイミングは、大局的にはそれぞれ図６及び図７と同様である。図３２は、図３１のＣＣＤセンサ７０の信号の詳細なタイミング図である。図３２には、水平走査期間２１Ｈ〜２３Ｈ又は２８３Ｈ〜２８５Ｈにおいて水平転送部７２に与えられる駆動パルスＨ１〜Ｈ４と、垂直転送部に与えられる駆動パルスＶ１〜Ｖ４とが示されている。
【０２２６】
図３３は、図３２の奇数番号の水平走査期間における信号の波形を示すタイミング図である。図３４は、図３２の偶数番号の水平走査期間における信号の波形を示すタイミング図である。図３３及び図３４は、ＣＣＤ出力として、電荷検出部７３が出力する信号をも示している。
【０２２７】
まず奇数フィールドにおけるＣＣＤセンサ７０の動作について説明する。図６に示すように、制御部７８は、水平走査期間１８Ｈにおいて垂直転送部に駆動パルスＶ１として読み出しパルスを与えることにより、全フォトダイオードの電荷を垂直転送部へ読み出す。その次の水平走査期間１９Ｈ以降では、図３２に示すように、制御部７８は、垂直転送部に駆動パルスＶ１〜Ｖ４として、各水平帰線期間（水平帰線消去期間）内に２回ずつ転送パルス（垂直転送信号）を与えることにより、各水平走査期間に２行ずつ、フォトダイオードの電荷を水平転送部７２へ向けて垂直方向に転送する。
【０２２８】
奇数番号の水平走査期間では、制御部７８は、次のような転送動作を行う。すなわち、制御部７８は、この２行分の垂直転送を行う他、図３３に示すように、各水平帰線期間内に垂直転送部に与えられる第１番目の転送パルスと第２番目の転送パルスとの間に、順転送の場合の駆動パルスＨ１〜Ｈ４を水平転送部７２に与える。すると、水平転送部７２内の信号電荷が電荷検出部７３に向かって１段（すなわち１列分）転送される。
【０２２９】
これにより、水平転送部７２内の各段で、第ｉ行における第ｋ列の画素から読み出された電荷と、第（ｉ＋１）行における第（ｋ＋１）列の画素から読み出された電荷とが混合される。すなわち、斜め方向に選択された２個のフォトダイオードの電荷が加算される。混合された信号電荷は、水平帰線期間以外の有効期間に水平転送部７２内を順次転送され、電荷検出部７３に出力される。
【０２３０】
図３３において、出力Ｎ７６は、トランジェント領域７１Ｂの８ビットと、有効画素領域７１Ａの６４０列分のフォトダイオードから読み出された６４０ビットとの合計６４８ビット分の信号電荷から得られた信号を示している。出力Ｎ７１，Ｎ７２，Ｎ７３，Ｎ７４，Ｎ７５は、図９の出力Ｎ１〜Ｎ５と同様の信号をそれぞれ示している。
【０２３１】
このように、ＣＣＤセンサ７０は、読み出しパルスが与えられる水平走査期間１８Ｈよりも後のＣＣＤ出力として、画素部７１における水平転送部７２に近い行の画素から順に読み出された信号電荷を２行分ずつ加算して出力することになる。
【０２３２】
すなわち、ＣＣＤセンサ７０は、水平走査期間１９Ｈでは、垂直ダミー領域７１Ｅの水平転送部７２に近い側の２行分の信号電荷を出力し、その後の各水平走査期間では、信号電荷を順に２行分ずつ加算して出力する。ＣＣＤセンサ７０は、有効画素領域７１Ａについては、水平転送部７２に最も近い行から２行ずつ、信号電荷を出力する。
【０２３３】
一方、偶数番号の水平走査期間では、制御部７８は、次のような転送動作を行う。すなわち、制御部７８は、奇数番号の水平走査期間の場合と同様に２行分の垂直転送を行うが、図３４に示すように、各水平帰線期間内に垂直転送部へ２回の転送パルスが与えられる間、制御部１８は、順転送又は逆転送するための駆動パルスＨ１〜Ｈ４を水平転送部７２に与えない。このため、水平転送部７２内の電荷は順方向及び逆方向のいずれにも水平転送されない。
【０２３４】
これにより、水平転送部１２内の各段で、第ｉ行及び第（ｉ＋１）行の各行における第ｋ列の２画素から読み出された電荷が混合、すなわち、加算されることとなる。混合された信号電荷は、水平有効期間に水平転送部７２内を順次転送され、電荷検出部７３に出力される。
【０２３５】
以上のように、奇数番号及び偶数番号のうちのいずれの水平帰線期間であるかに応じて、制御部７８は、連続する２行毎に、第ｉ行第ｋ列、及び第（ｉ＋１）行第（ｋ＋１）列の、斜め方向に選択された２画素から読み出された電荷の和に応じた信号を求めることと、第ｉ行及び第（ｉ＋１）行の各行における第ｋ列に属する、垂直方向の直線状に選択された２画素から読み出された電荷の和に応じた信号を求めることとのいずれか一方を行うように、駆動パルスＶ１〜Ｖ４，Ｈ１〜Ｈ４を出力する。
【０２３６】
次に偶数フィールドにおけるＣＣＤセンサ７０の動作について説明する。図７に示すように、水平走査期間２８０Ｈにおいて垂直転送部に駆動パルスＶ１として読み出しパルスを与えることにより、全フォトダイオードの電荷を垂直転送部へ読み出す。その次の水平走査期間２８１Ｈにおいて、図７に示すように、垂直転送部に駆動パルスＶ１〜Ｖ４として、水平帰線期間内に１回の転送パルスを与えることにより、読み出したフォトダイオードの電荷を水平転送部７２へ向けて垂直方向に１行分転送する。
【０２３７】
更に次の水平走査期間、すなわち水平走査期間２８２Ｈ以降におけるＣＣＤセンサ７０の動作は、奇数番号、偶数番号のいずれの水平走査期間についても奇数フィールドの場合と同様である。図３４における出力Ｏ７１，Ｏ７２，Ｏ７３，Ｏ７４，Ｏ７５，Ｏ７６は、それぞれ図３３の出力Ｎ７１〜Ｎ７６と同様の信号を示している。
【０２３８】
偶数フィールドにおいて、水平転送部７２は、読み出しパルスが与えられる水平走査期間２８０Ｈの次の水平走査期間２８１Ｈでは垂直ダミー領域７１Ｅの１行分の信号電荷のみを、水平走査期間２８２Ｈ以降では各水平走査期間に２行分ずつの信号電荷を電荷検出部７３に出力する。これにより、１水平走査期間に信号電荷を出力するフォトダイオードの２行の組み合わせが、奇数フィールドと偶数フィールドとでは垂直方向に１行ずつずれることになる。
【０２３９】
すなわち、ＣＣＤセンサ７０は、水平走査期間２８２Ｈでは、垂直ダミー領域７１Ｅの水平転送部７２に近い側から２，３行目の信号電荷を出力し、その後の各水平走査期間では、信号電荷を順に２行分ずつ加算して出力する。ＣＣＤセンサ７０は、トランジェント領域７１Ｂにおける水平転送部７２に近い側から４行目と、有効画素領域７１Ａにおける水平転送部７２に最も近い行との信号電荷を出力した後は、有効画素領域７１Ａにおける水平転送部７２に最も近い行から数えて２行目以降の２行ずつ、信号電荷を出力する。
【０２４０】
以上の動作を、奇数フィールド及び偶数フィールド毎に繰り返すことにより、ＮＴＳＣ方式のリアルタイムビデオインタレース信号として、２画素混合されたＣＣＤセンサ出力を得ることができる。
【０２４１】
次に、ＣＣＤセンサ７０がカラーフィルタを有し、カラー化されている場合について説明する。カラーフィルタは、第１の実施形態において説明したものと同様に、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３色のフィルタを用いた原色フィルタであって、２行×２列の配列を単位配列とし、この単位配列を列方向および行方向に任意の個数だけ配置することにより構成される（図１２参照）。
【０２４２】
図３５は、図３１のＣＣＤセンサ７０に図１２の原色フィルタを用いた場合の画素混合についての説明図である。以下の説明では、図３５の画素配列における最下行を第１行とする。
【０２４３】
奇数フィールドでは、図３５の破線で結んで示された２画素毎に、信号電荷が混合されて出力される。ある奇数番号の水平走査期間において、第１行及び第２行の画素の信号電荷が出力されるとする。このとき、第１行の第ｋ列の画素の信号電荷と、第２行の第（ｋ＋１）列の画素の信号電荷とが混合される。これにより、ＣＣＤセンサ７０の出力として、色成分Ｇを含む信号と、色成分Ｒ，Ｂを含む信号とが点順次に出力されることになる。
【０２４４】
また、この奇数番号の水平走査期間に続く偶数番号の水平走査期間において、第３行及び第４行の画素の信号電荷が出力される。このとき、第３〜第４行の各行における第ｋ列の２画素の信号電荷が混合される。これにより、ＣＣＤセンサ７０の出力として、色成分Ｇ，Ｂを含む信号と、色成分Ｇ，Ｒを含む信号とが点順次に出力されることになる。
【０２４５】
一方、偶数フィールドでは、図３５の実線で結んで示された２画素毎に、信号電荷が混合されて出力される。前述した奇数フィールドの場合に対して垂直方向に１行だけずれた組み合わせで、各水平走査期間に２行ずつの信号電荷が出力される。
【０２４６】
すなわち、ある奇数番号の水平走査期間において、第２行及び第３行の画素の信号電荷が出力される。このとき、第２行の第ｋ列の画素の信号電荷と、第３行の第（ｋ＋１）列の画素の信号電荷とが混合される。これにより、ＣＣＤセンサ７０の出力として、色成分Ｇを含む信号と、色成分Ｒ，Ｂを含む信号とが点順次に出力されることになる。
【０２４７】
また、この奇数番号の水平走査期間に続く偶数番号の水平走査期間において、第４行及び第５行の画素の信号電荷が出力される。このとき、第４行及び第５行の各行における第ｋ列の２画素の信号電荷が混合される。これにより、ＣＣＤセンサ７０の出力として、色成分Ｇ，Ｂを含む信号と、色成分Ｇ，Ｒを含む信号とが点順次に出力されることになる。
【０２４８】
つまり、第１の実施形態において説明したＣＣＤセンサ１０と同様に、ＣＣＤセンサ７０から奇数番号の水平走査期間に出力される色信号成分は、奇数フィールド及び偶数フィールド共にＧとＭＧ（マジェンタ）となる（式（３），（４）参照）。また、偶数番号の水平走査期間に出力される色信号成分は、奇数フィールド及び偶数フィールド共にＹＥ（イエロー）とＣＹ（シアン）となる（式（１），（２）参照）。言い換えると、図１２のような原色フィルタを用いたＣＣＤセンサ７０が、いわゆる補色フィルタを用いた場合と同様の信号を出力することになる。したがって、補色信号処理のシステムを転用することが可能になる。また、更にこれらの補色を表す信号から、色分離処理を行うことによって（２Ｒ−Ｇ）及び（２Ｂ−Ｇ）の２種類の色差信号を１行おきに得ることができる。
【０２４９】
このように、本実施形態のＣＣＤセンサ７０は、ベイヤー配列の原色フィルタを備えているが、２画素の電荷を混合することにより、色差線順次のインタレースカラー信号を得ることができる。
【０２５０】
以上のように、本実施形態に係るＣＣＤセンサ７０によると、画素間引きをすることなく、映像の垂直方向の画素数を減少させることができ、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０２５１】
また、従来から用いられている画素混合方式は、いかに多くの画素を混合するかを主眼にするものが多く、画素数の小さいセンサには必ずしも最適化されているとはいえない。例えば、ＮＴＳＣ方式の表示装置で信号を出力する場合には、出力すべき行数、列数が規格により決まっている。このような場合に、画素数の小さなセンサで多くの画素を混合するのみでは規格に合致せず、画質劣化の要因となる。また、従来の同色のみの混合方式を利用しつつ混合される画素数を減らすのみでは、必ずしも高画質な画像を作成できるとは限らない。
【０２５２】
本実施形態は、例えば医療分野に用いられる内視鏡等のように画素数の小さなセンサにおいて、従来の間引き方式によって生じる画質劣化及び感度劣化を伴うことなく、高フレームレートで高画質な映像信号を得るのに有効である。
【０２５３】
なお、図１１のディジタルスチルカメラにおけるＣＣＤセンサ１１６として、図３１のＣＣＤセンサ７０を用いるようにしてもよい。
【０２５４】
図３６（ａ）は、図３１のＣＣＤセンサ７０において、混合する電荷を垂直転送する期間中に水平転送が行われるときの画素混合パターンと、混合される画素の重心ＧＡ２とを示す説明図である。図３６（ｂ）は、図３１のＣＣＤセンサ７０において、混合する電荷を垂直転送する期間中に水平転送が行われないときの画素混合パターンと、混合される画素の重心ＧＢ２とを示す説明図である。
【０２５５】
図３６（ａ），（ｂ）に示すように、図３５のように画素混合を行った際に得られたデータは、混合される２つの画素の重心の位置に対応している。混合される画素のパターンの差異により、重心の位置は０．５画素ずれることになる。そこで、例えば、図１１の撮像信号処理回路１２６に図１５のアドレス補正処理回路を備え、電荷の混合に用いられた画素のパターンに応じて補正処理を行うようにする。図１５のアドレス補正処理回路については、第１の実施形態において説明したので、ここでは説明を省略する。
【０２５６】
なお、図３６（ｂ）のようなパターンに従って画素が混合されて得られたある時点の信号と、これよりも１画素分、後の時点の信号とを加算してもよい。
【０２５７】
このように、本実施形態によれば、ＣＣＤセンサ７０は全画素独立読み出し可能であるので、静止画撮影時のように高精細な画像が必要なときには「全画素独立読み出しモード」にし、動画撮影時のように動的な解像度が必要なときには「画素混合読み出しモード」にしてフレームレートを大きくするというように、撮影モード毎に駆動方法を切り替えることができる。
【０２５８】
なお、本実施形態においては、斜め方向の画素混合（加算）を行う場合には、垂直転送の間に行う水平転送動作を「順転送」にしているが、「逆転送」にしてもよい。また、水平転送動作をともなう水平走査期間毎に「順転送」と「逆転送」とを切り替えてもよい。また偶数フィールドと奇数フィールドとの間で、「順転送」と「逆転送」とを切り替えてもよい。
【０２５９】
また、本実施形態においては、例としてプログレッシブスキャン方式のＣＣＤについて説明したが、インタレーススキャン方式のＣＣＤや、ＭＯＳセンサであっても、同様に画素混合を行うことができる。
【０２６０】
なお、以上の各実施形態において、連続する４行毎、又は２行毎に、奇数番号の水平帰線期間において、ジグザグ状に選択された４画素、又は斜め方向に選択された２画素の電荷（又は出力）の和に応じた信号を求め、偶数番号の水平帰線期間において、同一の列に属する、直線状に選択された４画素又は２画素の電荷（又は出力）の和に応じた信号を求めるものとして説明したが、これには限らず、連続する４行毎、又は２行毎に、いずれかの信号を求めるようにしてもよい。
【０２６１】
また、偶数フィールドの動作と奇数フィールドの動作とを互いに逆にしても構わない。同様に、各フィールドにおいて、偶数番号の水平走査期間の動作と奇数番号の水平走査期間の動作とを互いに逆にしてもよい。モニタモードはＮＴＳＣ方式には限らず、ＰＡＬ（phase alternation by line）等の種々の方式に適用可能である。
【０２６２】
また、ＣＣＤセンサ又はＭＯＳセンサの画素の有効行数をｊ１、モニタのフィールドあたりの表示線数をｊ２とし、ｎ画素の混合を行うとすると（例えばＣＣＤセンサにおいては、各水平走査期間の水平帰線期間内にｎ回の垂直転送を行うとすると）、
ｊ１／ｎ≧ｊ２  （ｊ１，ｊ２，ｎは自然数）
が満足されることが好ましい。
【０２６３】
また、以上の実施形態においてＣＣＤセンサ又はＭＯＳセンサの駆動に用いた信号から、冗長なものを省き、合理化を図るようにしてもよい。
【０２６４】
また、ＣＣＤセンサ又はＣＭＯＳセンサが、その外部から入力された信号に基づいて、混合する画素の数を変化させてもよい。例えば、図１１のシステムコントローラ１０４が、この信号をＣＣＤセンサ又はＣＭＯＳセンサに与えるようにする。
【０２６５】
例えば８画素を混合する場合には、奇数番号の水平走査期間に、第ｉ行の第ｋ列、第（ｉ＋１）行の第（ｋ＋１）列、第（ｉ＋２）行の第ｋ列、第（ｉ＋３）行の第（ｋ＋１）列、第（ｉ＋４）行の第ｋ列、第（ｉ＋５）行の第（ｋ＋１）列、第（ｉ＋６）行の第ｋ列、及び第（ｉ＋７）行の第（ｋ＋１）列の８画素の信号を読み出し、混合して出力し、偶数番号の水平走査期間に、第ｉ行〜第（ｉ＋７）行の第ｋ列に属する８画素の信号を読み出し、混合して出力する。
【０２６６】
撮像対象の速度や照明条件等に基づいて、混合する画素数を変化させるようにすることで、解像感、感度、フレームの更新速度等の調整を行うことができ、撮像条件に応じて柔軟な撮影を行うカメラシステムを提供することが可能になる。
【０２６７】
また、奇数番号の水平走査期間と偶数番号の水平走査期間とで混合する画素数が異なるようにしてもよい。例えば、奇数番号の水平走査期間において、第ｉ行の第ｋ列、第（ｉ＋１）行の第（ｋ＋１）列、第（ｉ＋２）行の第ｋ列、及び第（ｉ＋３）行の第（ｋ＋１）列の４画素の信号を読み出し、混合して出力し、偶数番号の水平走査期間において、これに続く８行の第ｋ列の８画素の信号を読み出し、混合して出力する。
【０２６８】
この場合には、水平走査期間毎に得られる信号のレベルに大きな差が生じるので、水平走査期間毎に信号レベルを補正する必要がある。そこで、図３７のようなゲイン補正回路を図１１の撮像信号処理回路１２６等に備えるようにする。
【０２６９】
図３７は、ゲイン補正回路（ゲイン補正部）のブロック図である。図３７のゲイン補正回路は、レベル補正用回路３７１と、補正レベルセレクタ３７２とを備えている。レベル補正用回路３７１には、補正すべき信号ＳＧが入力され、補正レベルセレクタ３７２には、信号ＳＧが対応している水平走査線の番号を示すライン情報ＬＮがシステムコントローラ１０４から入力されている。補正レベルセレクタ３７２は、入力されている複数の補正値の中から、ライン情報ＬＮに従って適切な補正値を選択し、レベル補正用回路３７１に出力する。レベル補正用回路３７１は、入力された補正値を信号ＳＧに乗じて出力する。
【０２７０】
ここでは、奇数番号又は偶数番号のいずれの水平走査期間であるかに応じて混合する画素数が異なるようにする場合について説明したが、これには限らない。例えば、混合する画素数が水平走査期間毎に異なっていてもよい。
【０２７１】
また、各画素に対応する、カラーフィルタが有するフィルタ要素の色の配列は、図１２のようなベイヤー配列であるとして説明したが、これ以外の配列であってもよい。カラーフィルタは、原色以外の色を含んでいてもよく、例えば、ベイヤー配列の単位配列において（図１２参照）、２つのＧ（緑）のフィルタ要素の一方を原色以外の色に置き換えてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０２７２】
以上説明したように、本発明に係る固体撮像装置は、フレームレートを大きくしても、解像度を大きく損なうことがなく、感度も保つことができる。したがって、モニタ表示を行うカメラ等、フレームレートが大きく、画素数が比較的少ない表示器のための映像信号が必要な機器等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【０２７３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るＣＣＤセンサの構成の例を示す説明図である。
【図２】図１のＣＣＤセンサの構成の例を示す平面図である。
【図３】図２の水平転送部の断面図である。
【図４】順転送を行う場合に図３の水平転送部の電極に与えられる駆動パルスのタイミング図である。
【図５】逆転送を行う場合に図３の水平転送部の電極に与えられる駆動パルスのタイミング図である。
【図６】図１のＣＣＤセンサの奇数フィールドにおける信号のタイミング図である。
【図７】図１のＣＣＤセンサの偶数フィールドにおける信号のタイミング図である。
【図８】図６及び図７の一部を拡大したタイミング図である。
【図９】図８の奇数番号の水平走査期間における信号の波形を示すタイミング図である。
【図１０】図８の偶数番号の水平走査期間における信号の波形を示すタイミング図である。
【図１１】図１のＣＣＤセンサを用いたディジタルスチルカメラの構成の一例を示すブロック図である。
【図１２】カラーフィルタの色の配列の例を示す説明図である。
【図１３】図１２の原色フィルタを用いた場合の画素混合についての説明図である。
【図１４】（ａ）は、混合する電荷を垂直転送する期間中に水平転送が行われるときの画素混合パターンと、混合される画素の重心とを示す説明図である。（ｂ）は、混合する電荷を垂直転送する期間中に水平転送が行われないときの画素混合パターンと、混合される画素の重心とを示す説明図である。
【図１５】アドレス補正処理回路の回路図である。
【図１６】（ａ）は、輝度信号生成回路の回路図である。（ｂ）は、色差信号生成回路の回路図である。
【図１７】本発明の第２の実施形態に係るＣＣＤセンサの構成の例を示す説明図である。
【図１８】図１７のＣＣＤセンサの構成の例を示す平面図である。
【図１９】図１８の垂直転送部に与える駆動パルスの例を示すタイミング図である。
【図２０】図１９の一部を拡大したタイミング図である。
【図２１】図２０の駆動パルスを用いる場合における、図１８の垂直転送部内の信号電荷の転送についての説明図である。
【図２２】図２０に示されている期間以外における図１９の一部を拡大したタイミング図である。
【図２３】図１８の垂直転送部に与える駆動パルスの他の例を示すタイミング図である。
【図２４】図２３の駆動パルスを用いる場合における、図１８の垂直転送部内の信号電荷の転送についての説明図である。
【図２５】電荷を混合する画素の組み合わせの変化の一例を示す説明図である。
【図２６】電荷を混合する画素の組み合わせの変化の他の例を示す説明図である。
【図２７】本発明の第３の実施形態に係るＣＭＯＳセンサの構成の例を示すブロック図である。
【図２８】図２７の画素部の一部の構成例を示す回路図である。
【図２９】図２８の画素の構成を示す回路図である。
【図３０】（ａ）は、直線状に選択された画素の出力の平均を求める場合に、図２７の画素部に与えられる信号を示すグラフである。（ｂ）は、ジグザグ状に選択された画素の出力の平均を求める場合に、図２７の画素部に与えられる信号を示すグラフである。
【図３１】本発明の第４の実施形態に係るＣＣＤセンサの構成の例を示す説明図である。
【図３２】図３１のＣＣＤセンサの信号の詳細なタイミング図である。
【図３３】図３２の奇数番号の水平走査期間における信号の波形を示すタイミング図である。
【図３４】図３２の偶数番号の水平走査期間における信号の波形を示すタイミング図である。
【図３５】図３１のＣＣＤセンサに図１２の原色フィルタを用いた場合の画素混合についての説明図である。
【図３６】（ａ）は、図３１のＣＣＤセンサにおいて、混合する電荷を垂直転送する期間中に水平転送が行われるときの画素混合パターンと、混合される画素の重心とを示す説明図である。（ｂ）は、図３１のＣＣＤセンサにおいて、混合する電荷を垂直転送する期間中に水平転送が行われないときの画素混合パターンと、混合される画素の重心とを示す説明図である。
【図３７】ゲイン補正回路のブロック図である。
【図３８】従来の固体撮像装置の構成を示す平面図である。
【図３９】図３８の水平転送部の断面図である。
【図４０】図３８の水平転送部に与えられる駆動パルスを示すタイミング図である。
【図４１】図３８の従来の固体撮像装置の駆動に係る信号の波形を示すタイミング図である。
【符号の説明】
【０２７４】
１０，３０，７０，１１６  ＣＣＤセンサ（固体撮像装置）
１１，３１，７１，３４０  画素部
１２，３２，７２  水平転送部
１３，３３，７３  電荷検出部
１４，３４  垂直転送部
１８，３８，７８  制御部
５０  ＣＭＯＳセンサ（固体撮像装置）
１３４  表示器（モニタ）
３１２  画素アドレス指定回路
３２２  垂直レジスタ（行アドレス選択部）
３２６  水平レジスタ（列アドレス選択部）
３２８  センスアンプ
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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