(57)【要約】【課題】画素加算により混色せずに２倍を越える感度で高品質な画像を生成できる撮像技術を提供する。【解決手段】ＣＣＤ３０３は、４相駆動の水平転送路６５を有している。ここで、ゲート６３の閉止動作によりバッファーエリアＢＥ内の一部の信号電荷を水平転送路６５に転送し、この転送された信号電荷を順方向に２画素分転送する。そして、ゲート６３の開放動作によりバッファーエリアＢＥ内の残りの信号電荷を水平転送路６５に転送し、既に転送済みの信号電荷と同色の画素どうし加算する２画素加算を行う。次に、水平転送路６５内で加算された画素を逆方向に４画素分戻して上記の２画素加算の動作を再度実行する。これにより、近接する同色の４画素で蓄積された信号電荷を加算できる。その結果、画素加算により混色せずに２倍を越える感度で高品質な画像を生成できる。【選択図】        図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
色フィルタを有する各画素が配列された画素配列を備えるインターラインタイプの撮像素子であって、
（ａ）前記画素配列で蓄積された信号電荷を転送する垂直転送部と、
（ｂ）前記垂直転送部から転送された信号電荷を転送する水平転送部と、
を備え、
前記水平転送部は、
（ｂ−１）２相駆動方式によって前記信号電荷を転送する第１水平転送路と、
（ｂ−２）所定の駆動方式によって順方向および逆方向に前記信号電荷を転送可能な第２水平転送路と、
を有し、
前記第２水平転送路において前記信号電荷を順方向および逆方向に転送することにより、同色の色フィルタを有する同色の複数の画素で蓄積された信号電荷どうしが加算されることを特徴とする撮像素子。
【請求項２】
請求項１に記載の撮像素子において、
前記第１水平転送路は、前記垂直転送部の一端の近傍に配設され、
前記第２水平転送路は、前記垂直転送部の他端の近傍に配設されることを特徴とする撮像素子。
【請求項３】
請求項１に記載の撮像素子において、
前記第１水平転送路と前記第２水平転送路とは、前記垂直転送部の片端の近傍に配設されることを特徴とする撮像素子。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の撮像素子において、
前記所定の駆動方式は、３相駆動方式または４相駆動方式であることを特徴とする撮像素子。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の撮像素子を有する撮像装置であって、
前記第２水平転送路において前記信号電荷を順方向および逆方向に転送することにより、前記同色の複数の画素で蓄積された信号電荷どうしを加算する加算手段と、
前記撮像素子から順次に出力される画像信号に基づき被写体に係るライブビュー表示を行う場合、または前記画像信号に基づき被写体に係る動画撮影を行う場合には、前記加算手段を能動化させる制御手段と、
を備えることを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インターラインタイプの撮像素子および撮像装置に関し、特に画素加算を行うための撮像技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
デジタルスチルカメラ（以下では「デジタルカメラ」という）においては、ＣＣＤ（撮像素子）の高画素化が要求されている。これに伴い、ＣＣＤでの感度は低下傾向にあるが、一方高感度化の要請も強い。
【０００３】
この高感度化の要請については、ＣＣＤの垂直転送部と水平転送部との間にゲートを設けて、同色の色フィルタを有する２つの画素で蓄積された信号電荷どうしを加算することで、混色せずに感度を向上させる技術が提案されている（類似技術として非特許文献１参照）。
【０００４】
【非特許文献１】
「ＣＸ−ＰＡＬ」、ＳＯＮＹ株式会社、２００３年７月、第５７巻、ｐ１４
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の画素加算の技術では、同色の２画素のみを加算するため、２倍を越える感度の向上が困難である。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、画素加算により混色せずに２倍を越える感度で高品質な画像を生成できる撮像技術を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、請求項１の発明は、色フィルタを有する各画素が配列された画素配列を備えるインターラインタイプの撮像素子であって、（ａ）前記画素配列で蓄積された信号電荷を転送する垂直転送部と、（ｂ）前記垂直転送部から転送された信号電荷を転送する水平転送部とを備え、前記水平転送部は、（ｂ−１）２相駆動方式によって前記信号電荷を転送する第１水平転送路と、（ｂ−２）所定の駆動方式によって順方向および逆方向に前記信号電荷を転送可能な第２水平転送路とを有し、前記第２水平転送路において前記信号電荷を順方向および逆方向に転送することにより、同色の色フィルタを有する同色の複数の画素で蓄積された信号電荷どうしが加算される。
【０００８】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る撮像素子において、前記第１水平転送路は、前記垂直転送部の一端の近傍に配設され、前記第２水平転送路は、前記垂直転送部の他端の近傍に配設される。
【０００９】
また、請求項３の発明は、請求項１の発明に係る撮像素子において、前記第１水平転送路と前記第２水平転送路とは、前記垂直転送部の片端の近傍に配設される。
【００１０】
また、請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかの発明に係る撮像素子において、前記所定の駆動方式は、３相駆動方式または４相駆動方式である。
【００１１】
また、請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかの発明に係る撮像素子を有する撮像装置であって、前記第２水平転送路において前記信号電荷を順方向および逆方向に転送することにより、前記同色の複数の画素で蓄積された信号電荷どうしを加算する加算手段と、前記撮像素子から順次に出力される画像信号に基づき被写体に係るライブビュー表示を行う場合、または前記画像信号に基づき被写体に係る動画撮影を行う場合には、前記加算手段を能動化させる制御手段とを備える。
【００１２】
【発明の実施の形態】
＜デジタルカメラの要部構成＞
図１〜図３は、本発明の実施形態に係るデジタルカメラ１の外観の概略構成を示す図である。図１はデジタルカメラ１の平面図、図２は図１のＩＩ−ＩＩ位置から見た断面図、図３はデジタルカメラ１の背面図に相当する。
【００１３】
デジタルカメラ１は、撮像装置として機能し、略直方体状をしているカメラ本体部２と、カメラ本体部２に着脱可能に装着される撮影レンズ３から構成される。図１に示すように、デジタルカメラ１は撮影画像を記録するメモリカード８が着脱可能に収納されるようになっている。また、デジタルカメラ１は、４本の単三形乾電池Ｅ１〜Ｅ４を直列接続する電源電池Ｅを駆動源としている。
【００１４】
図２に示すように、ズームレンズである撮影レンズ３はレンズ群３０を備えている。ここでは、撮影レンズ３として２群ズームレンズを示しており、レンズ群３０は、大きく２つのレンズ群３００，３０１に分類される。なお、図２および図３においては、図示の都合上、レンズ群３００，３０１をそれぞれ一枚のレンズとして示している。ただし、実際には各レンズ群３００，３０１は、一枚のレンズに限定されず、複数枚のレンズの集合体として構成されていても良い。
【００１５】
一方、カメラ本体部２の内部には、レンズ群３００を駆動するためのモータＭ１、およびレンズ群３０１を駆動するモータＭ２とが設けられている。これらのモータＭ１，Ｍ２の駆動により、レンズ群３００，３０１が互いに独立して光軸方向に移動することによって、撮影レンズ３のズーム倍率の変更を行うことが可能である。また、これらのモータＭ１，Ｍ２を用いて、レンズ群３００，３０１を駆動することにより、撮影レンズ３の合焦状態を変更すること、すなわち、フォーカス動作を行うことが可能である。
【００１６】
また、撮影レンズ３のレンズ群３０の後方位置の適所にカラー撮像素子（以下、「ＣＣＤ」）３０３が設けられている。カラー撮像素子３０３は、ＣＣＤからなるエリアセンサの各画素の表面に、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のカラーフィルタが市松模様状に貼り付けられた単板式カラーエリアセンサで構成される。このカラー撮像素子（以下、「ＣＣＤ」）３０３は、例えば１６００×１２００の画素数を有している。なお、ＣＣＤ３０３の構成については、後で詳述する。
【００１７】
カメラ本体部２の前面には、図１のようにグリップ部Ｇが設けられ、カメラ本体部２の上端の適所にポップアップ形式の内蔵フラッシュ５が設けられている。また、図３の如く、カメラ本体部２の上面には、シャッタボタン９およびＡＦモードスイッチ９１が設けられている。このシャッタボタン９については、フォーカス調整用などのトリガーとして用いる半押し状態（これを「Ｓ１状態」という）と、記録用撮影のトリガーとして用いる全押し状態（これを「Ｓ２状態」という）とを検出し、判別する機能を有している。また、ＡＦモードスイッチ９１は、撮影時のＡＦモードや、動画撮影モードなどを設定するスイッチである。
【００１８】
一方、カメラ本体部２の背面には、電子ビューファインダ（以下、「ＥＶＦ」）２０と液晶ディスプレイ（以下、「ＬＣＤ」）１０とが設けられている。なお、光学ファインダーとは異なり、撮影待機状態においてＣＣＤ３０３からの画像信号のライブビュー表示を行うＥＶＦ２０とＬＣＤ１０とがファインダーとしての機能を担っている。
【００１９】
また、ＬＣＤ１０は記録モードにおいて撮影モードや撮影条件等を設定するためのメニュー画面を表示したり、再生モードにおいてメモリカード８に記録された撮影画像を再生表示することが可能である。
【００２０】
カメラ本体部２は、その背面左方に電源スイッチ１４が設けられ、その背面右方に４連スイッチ１５が設けられている。４連スイッチ１５は、円形の操作ボタンを有し、この操作ボタンにおける上下左右の４方向のボタンＳＵ、ＳＤ、ＳＬ、ＳＲを押下することによって各種操作を行うことが可能となっている。例えば、ＬＣＤ１０に表示されるメニュー画面で選択された項目を変更したり、インデックス画面で選択された再生対象のコマを変更するためのスイッチとして機能する。また、記録モードにおいて左右方向のボタンＳＬ，ＳＲは、ズーム倍率を変更するためのスイッチとして機能する。具体的には、モータＭ１，Ｍ２の駆動により２つのレンズ群３００，３０１の相対的な位置関係が変更されることによって、ズーム倍率が変更される。より詳細には、右方向スイッチＳＲを押下するとワイド側に連続的に移動し、左方向スイッチＳＬを押下するとテレ側に連続的に移動する。
【００２１】
また、４連スイッチ１５の下方には、実行スイッチ３１、取消スイッチ３２、メニュー表示スイッチ３３及びモード切替スイッチ３４等のスイッチ群１６が設けられている。実行スイッチ３１は、メニュー画面で選択された内容を確定するまたは実行するためのスイッチである。取消スイッチ３２は、メニュー画面で選択された内容を取り消すためのスイッチである。メニュー表示スイッチ３３は、ＬＣＤ１０にメニュー画面を表示させたり、メニュー画面の内容を切り換えたりするためのスイッチである。モード切替スイッチ３４は、「撮影モード」と「再生モード」とを切替えるためのスイッチである。この撮影モードは、静止画撮影や動画撮影を行うモードであり、再生モードは、メモリカード８に記録された撮影画像をＬＣＤ１０またはＥＶＦ２０に再生表示するモードである。デジタルカメラ１の起動時には、自動的に撮影モードが選択されるが、起動後にモード切替スイッチ３４を押下するたびに撮影モードと再生モードとが切替わることとなる。
【００２２】
次に、デジタルカメラ１の内部構成について説明する。図４は、デジタルカメラ１の内部構成を示す概略ブロック図である。
【００２３】
撮影レンズ３は、レンズ群３００，３０１とともに、内部に透過光量を調節するための絞り３０２を備えている。なお、図４においては、図示の都合上、絞り３０２がレンズ群３０１の後側に配置されるように示しているが、絞り３０２の配置はこのようなものに限定されない。たとえば、絞り３０２は、レンズ群３０１（ないし３００）の内部に設けられていても良く、または、両レンズ群３００，３０１の間に設けられていてもよい。
【００２４】
ＣＣＤ３０３は、撮影レンズ３により結像された被写体の光像を、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の色成分の画像信号（各画素で受光された画素信号の信号列からなる信号）に光電変換して出力する。タイミングジェネレータ２１４は、ＣＣＤ３０３の駆動を制御するため、各種のタイミングパルスを生成するものである。
【００２５】
デジタルカメラ１における露出制御は、絞り３０２とＣＣＤ３０３の露光量、すなわちシャッタースピードに相当する電荷蓄積時間を調整して行われる。被写体輝度が低輝度時に適切なシャッタースピードが設定できない場合には、ＣＣＤ３０３から出力される画像信号のレベル調整を行うことにより露光不足による不適正露出が補正される。すなわち、低輝度時には、シャッタースピードとゲイン調整とを組合わせて露出制御が行われる。画像信号のレベル調整は、信号処理回路１２１内のＡＧＣ回路のゲイン調整において行われる。
【００２６】
タイミングジェネレータ２１４は、タイミング制御回路２０２から送信される基準クロックに基づきＣＣＤ３０３の駆動制御信号を生成するものである。タイミングジェネレータ２１４は、例えば積分開始／終了（露出開始／終了）のタイミング信号、各画素の受光信号の読出制御信号（水平同期信号、垂直同期信号、転送信号等）等のクロック信号を生成し、ＣＣＤ３０３に出力する。
【００２７】
信号処理部１２０は、ＣＣＤ３０３から出力される画像信号に所定のアナログ信号処理及びデジタル信号処理を行うものである。画像信号の信号処理は画像データを構成する各画素の受光信号毎に行われる。信号処理部１２０は、アナログ信号処理回路１２１、Ａ／Ｄ変換回路１２２、黒レベル補正回路１２３、ホワイトバランス（ＷＢ）回路１２４、γ補正回路１２５、及び画像メモリ１２６を備えている。
【００２８】
アナログ信号処理回路１２１はアナログ信号処理を行うものであり、主にＣＤＳ（相関二重サンプリング）回路及びＡＧＣ（オートゲインコントロール）回路からなり、ＣＣＤ３０３から出力される画素信号のサンプリングノイズの低減と信号レベルの調整を行う。ＡＧＣ回路におけるゲインコントロールには、絞り３０２の絞り値とＣＣＤ３０３の露光時間とで適正露出が得られなかった場合の撮影画像のレベル不足を補償する場合も含まれる。
【００２９】
Ａ／Ｄ変換回路１２２はアナログ信号処理回路１２１から出力されるアナログ信号である画素信号（画像信号）をデジタル信号である画素データ（画像データ）に変換するものである。変換後の画素データ（画像データ）は、画像メモリ１２６に一旦格納される。
【００３０】
黒レベル補正回路１２３は、Ａ／Ｄ変換回路１２２でＡ／Ｄ変換された画像信号の黒レベルを基準の黒レベルに補正するものである。また、ＷＢ回路１２４は、ＲＧＢ各色成分の画像データに対してレベル変換を行うものである。このＷＢ回路１２４は、全体制御部１５０から入力されるレベル変換テーブルを利用してＲＧＢ各色成分の画像データのレベルを変換する。なお、レベル変換テーブルの各色成分の変換係数（特性の傾き）は、全体制御部１５０により撮影画像ごとに設定される。
【００３１】
γ補正回路１２５は、画像データのγ特性を補正する回路であり、予め設定されたγ補正用テーブルを用いて各画素データのレベルを補正する。
【００３２】
画像メモリ１２６は、γ補正回路１２５から出力される画像データを一時保持するメモリである。画像メモリ１２６は、１フレーム分の画像データを格納し得る記憶容量を有している。すなわち、画像メモリ１２６は、ＣＣＤ３０３の画素数に対応する１６００×１２００画素分の画像データを記憶する容量を有し、各画素データが対応する画素位置に記憶されるようになっている。
【００３３】
調光回路３０４は、フラッシュ撮影における内蔵フラッシュ５の発光量を、全体制御部１５０により設定された所定の発光量に制御するものである。フラッシュ撮影においては、露出開始と同時に被写体からのフラッシュ光の反射光が調光センサ３０５で受光され、この受光量が所定の発光量に達すると、調光回路３０４から発光停止信号が出力され、この発光停止信号に応答して内蔵フラッシュ５の発光を強制的に停止し、これにより内蔵フラッシュ５の発光量が所定の発光量に制御される。
【００３４】
レンズ制御部１３０は、撮影レンズ３内のレンズ群３００，３０１および絞り３０２の各部材の駆動を制御するものである。レンズ制御部１３０は、絞り３０２の絞り値を制御する絞り制御回路１３１と、モータＭ１，Ｍ２を駆動することによりズームの変倍率を変更する（言い換えれば画角を変更する）ズーム制御回路１３２と、モータＭ１，Ｍ２を駆動することによりフォーカス制御を行うフォーカス制御回路１３３とを備えている。
【００３５】
絞り制御回路１３１は、全体制御部１５０から入力される絞り値に基づいて絞り３０２を駆動し、その開口量を当該絞り値に設定する。フォーカス制御回路１３３は、全体制御部１５０から入力されるＡＦ制御信号に基づいてモータＭ１，Ｍ２の駆動量を制御し、レンズ群３００，３０１を焦点位置に設定する。ズーム制御回路１３２は、４連スイッチ１５による入力に応じて全体制御部１５０から入力されるズーム制御信号に基づいて、モータＭ１，Ｍ２を駆動してレンズ群３００，３０１を移動させる。これによって、ズームの状態が、ワイド側あるいはテレ側へと移動する。
【００３６】
表示部１４０は、ＬＣＤ１０及びＥＶＦ２０への表示を行うものである。表示部１４０には、ＬＣＤ１０、ＥＶＦ２０とともに、ＬＣＤ１０に再生表示されるの画像データのバッファメモリとなるＬＣＤＶＲＡＭ１４１及びＥＶＦ２０に再生表示される画像データのバッファメモリとなるＥＶＦＶＲＡＭ１４２を備えている。このＬＣＤＶＲＡＭ１４は、ＬＣＤの画素数６４０×４８０に対応した画像データの記憶容量を有しており、ＥＶＦＶＲＡＭ１４２は、ＥＶＦ２０の画素数４００×３００に対応した画像データの記憶容量を有している。
【００３７】
撮影待機状態においては、ＣＣＤ３０３により１／３０（秒）毎に順次に生成された画像（ライブビュー用画像）の各画素データが、信号処理部１２０による所定の信号処理を施された後、画像メモリ１２６に一時記憶される。そして、全体制御部１５０によって読み出され、データサイズが調整された後にＬＣＤＶＲＡＭ１４１及びＥＶＦＶＲＡＭ１４２に転送され、ＬＣＤ１０及びＥＶＦ２０にライブビュー画像として表示される。これにより撮影者は、被写体像を視認することができる。また、再生モードにおいては、メモリカード８から読み出された画像が全体制御部１５０によって所定の信号処理が施された後に、ＬＣＤＶＲＡＭ１４１に転送され、ＬＣＤ１０に再生表示されることとなる。
【００３８】
操作部１０１は、上述したカメラ本体部２に設けられた撮影や再生に関する操作部材の操作情報を全体制御部１５０に入力するものである。操作部１０１から入力される操作情報には、シャッタボタン９、電源スイッチ１４、４連スイッチ１５及びスイッチ群１６等の各操作部材の操作情報が含まれる。
【００３９】
全体制御部１５０は、マイクロコンピュータからなり、撮影機能及び再生機能を集中制御するものである。全体制御部１５０には、カードインターフェース１０３を介してメモリカード８が接続されている。また、通信用インターフェース１０５を介してパーソナルコンピュータＰＣが外部接続されるようになっている。
【００４０】
全体制御部１５０は、撮影機能及び再生機能における数々の具体的な処理を行うための処理プログラムや上述したデジタルカメラ１の各部材の駆動を制御するための制御プログラムが記憶されたＲＯＭ１５１と、処理プログラム及び制御プログラムに従って数々の演算作業を行うための作業領域となるＲＡＭ１５２を備えている。なお、記録媒体であるメモリカード８に記録されているプログラムデータをカードインターフェース１０３を介して読み出し、ＲＯＭ１５１に格納することができるようになっている。従って、これらの処理プログラム及び制御プログラムは、メモリカード８からデジタルカメラ１中にインストールされることが可能である。なお、処理プログラム及び制御プログラムは、通信用インターフェース１０５を介してパーソナルコンピュータＰＣからインストールされるようになっていてもよい。
【００４１】
また、全体制御部１５０は、画像メモリ１２６から送られる画像データに基づき、ＡＥ評価値を演算する。すなわち、全体制御部１５０では、被写体に係る輝度値がＡＥ評価値として測定されることとなる。そして、算出されたＡＥ評価値は、レンズ制御部１３０の絞り制御回路１３１やタイミング制御回路２０２に送られる。
【００４２】
＜ＣＣＤ３０３の構成および動作＞
図５は、ＣＣＤ３０３の構成を説明するための図である。
【００４３】
ＣＣＤ３０３は、インターライントランスファー型全画素読出し方式（プログレッシブタイプ）の固体撮像素子として構成されている。また、ＣＣＤ３０３は、被写体からの反射光を受け光電変換を行う光電変換部（画素）６１（６１Ｒ、６１Ｇｒ、６１Ｇｂ、６１Ｂ）が配列された画素配列Ｍｔと、画素配列Ｍｔで蓄積された信号電荷を転送するための垂直転送部６０ａと水平転送部６０ｂとを有している。
【００４４】
光電変換部６１は、赤（Ｒ）色のカラーフィルタを有する画素６１Ｒと、緑（Ｇ）色のカラーフィルタを有する画素６１Ｇｒ、６１Ｇｂと、青（Ｂ）色のカラーフィルタを有する画素６１Ｂとに分類される。そして、画素配列Ｍｔは、これらの三原色の色フィルタが例えばベイヤー方式で配列された色フィルタ配列を有している。
【００４５】
垂直転送部６０ａは、複数の垂直転送路６２を有している。そして、垂直転送部６０ａと第２水平転送路６５（後述）との間には、２つの垂直転送路６２に１つの割合でゲート６３が設けられている。このゲート６３は、垂直転送部６０ａにより垂直転送された電荷を水平転送部６０ｂに選択的に転送するための部位である。
【００４６】
水平転送部６０ｂは、垂直転送部６２の片端の近傍に配設される第１水平転送路６４と第２水平転送路６５とを有している。すなわち、第２水平転送路６５は、垂直転送部６０ａの片端近傍に配設されるとともに、第１水平転送路６４は、第２水平転送路６５に近接して配設されている。また、第１水平転送路６４と第２水平転送路６５との間には、第１・第２水平転送路６４、６５と同等の長さを有するゲート６７が設けられている。
【００４７】
第２水平転送路６５は、４相駆動方式で電荷を転送する転送路で、順方向（出力アンプ６６に向かう方向）に電荷を転送できるとともに、これと逆方向にも電荷の転送が可能である。一方、第１水平転送路６４は、２相駆動方式で信号電荷を転送する転送路となっており、第２水平転送路６５から転送された信号電荷を出力アンプ６６に転送する。よって、第１水平転送路６４では、順方向に比較的高速で電荷を転送できるが、逆方向への転送は不可能となっている。
【００４８】
ゲート６３は、画素配列Ｍｔから垂直転送路６２に転送された水平方向の各画素ラインに係る複数の信号電荷に関して選択的に第２水平転送路６５に転送するものである。
【００４９】
以上の構成を有するＣＣＤ３０３については、画素加算による感度の向上が可能となっているが、この画素加算の動作について以下で説明する。
【００５０】
図６〜図１８は、ＣＣＤ３０３における画素加算の動作を説明するための図である。なお、図６〜図１８では、どの画素で生成された電荷であるかを明確にするため、Ｒ、Ｇｒ、Ｇｂ、Ｂに位置関係を示す添え字１１〜６９を付している。
【００５１】
まず、図６に示すように、電荷信号Ｇｒ１１、Ｒ１１、・・・、Ｇｒ１９、Ｒ１９が、第２水平転送路６５（ゲート６５）の近傍のバッファーエリアＢＥまで垂直転送路６２によって転送される。
【００５２】
そして、図７に示すように、ゲート６３が閉止することにより、バッファーエリアＢＥ内の一部の電荷信号Ｇｒ１２、Ｒ１２、Ｇｒ１４，Ｒ１４、・・・が第２水平転送路６５に転送される。
【００５３】
次に、第２水平転送路６５上にある電荷信号を２画素分、紙面の左方向（順方向）に移動させるとともに、ゲート６３を開いて、バッファーエリアＢＥ内の残りの画素信号を第２水平転送路６５に転送する（図８）。これにより、例えば画素信号Ｇｒ１１およびＧｒ１２や、画素信号Ｒ１１およびＲ１２が第２水平転送路６５内で加算される。
【００５４】
次に、ゲート６３を閉止して、図８に示す第２水平転送路６５の空白部に、バッファーエリアＢＥ内の一部の画素信号を転送する。これにより、図９に示すように、画素信号Ｂ１２、Ｇｂ１２、Ｂ１４、Ｇｂ１４などが第２水平転送路６５に移送される。
【００５５】
次に、図１０に示すように、第２水平転送路６５上にある電荷信号を２画素分、順方向に移動させる。
【００５６】
次に、ゲート６３を開放して、バッファーエリアＢＥ内の残りの画素信号を第２水平転送路６５に転送する（図１１）。これにより、例えば画素信号Ｂ１１およびＢ１２や、画素信号Ｇｂ１１およびＧｂ１２が第２水平転送路６５内で加算される。
【００５７】
次に、図１２に示すように、第２水平転送路６５上にある電荷信号を４画素分、紙面の右方向つまり逆方向に移動させる。
【００５８】
次に、一部のゲート６３を開いて、バッファーエリアＢＥ内の一部の画素信号を第２水平転送路６５に転送する（図１３）。これにより、第２水平転送路６５において、例えば画素信号Ｇｒ１１およびＧｒ１２に画素信号Ｇｒ２２が加算されたり、画素信号Ｒ１１およびＲ１２に画素信号Ｒ２２が加算される。
【００５９】
次に、図１４に示すように、第２水平転送路６５上にある電荷信号を２画素分、順方向に移動させる。
【００６０】
次に、一部のゲート６３を開いて、バッファーエリアＢＥ内の残りの画素信号を第２水平転送路６５に転送する（図１５）。これにより、第２水平転送路６５において、例えば画素信号Ｇｒ１１、Ｇｒ１２およびＧｒ２２に画素信号Ｇｒ２１が加算されたり、画素信号Ｒ１１、Ｒ１２およびＲ２２に画素信号Ｒ２１が加算される。
【００６１】
次に、一部のゲート６３を開いて、バッファーエリアＢＥ内の一部の画素信号を第２水平転送路６５に転送する（図１６）。これにより、第２水平転送路６５において、例えば画素信号Ｂ１１およびＢ１２に画素信号Ｂ２２が加算されたり、画素信号Ｇｂ１１およびＧｂ１２に画素信号Ｇｂ２２が加算される。
【００６２】
次に、図１７に示すように、第２水平転送路６５上にある電荷信号を２画素分、順方向に移動させる。
【００６３】
次に、一部のゲート６３を開いて、バッファーエリアＢＥ内の残りの画素信号を第２水平転送路６５に転送する（図１８）。これにより、第２水平転送路６５において、例えば画素信号Ｂ１１、Ｂ１２およびＢ２２に画素信号Ｂ２１が加算されたり、画素信号Ｇｂ１１、Ｇｂ１２およびＧｂ２２に画素信号Ｇｂ２１が加算される。
【００６４】
最後に、図１８のように第２水平転送路６５上で加算された各信号電荷を、ゲート６７を開き第１水平転送路６４に転送した後、第１水平転送路６４によって順方向に高速で移動させる。これにより、４画素加算されたＣＣＤの出力が得られることとなる。
【００６５】
以上のように第２水平転送路６４において信号電荷を順方向および逆方向に転送することにより、同色の色フィルタを有する同色の複数の画素で蓄積された信号電荷どうしが４画素分加算されるが、このとき加算される画素の配置を図１９に示す。図１９は、ＣＣＤ３０３の画素配列Ｍｔを示す図であるが、円Ｃ１内の太枠で示すＲ画素や、円Ｃ２内の破線で示すＲ画素のように最も近接する同色の４画素が加算されることとなる。なお、Ｇｒ（Ｇｂ）画素およびＢ画素についても同様に、近接する同色の４画素が加算される。
【００６６】
なお、ＣＣＤ３０３では画素間引き読出しが可能な構成となっている。この画素間引き読出しを行う場合には、図２０に示すように、円Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３内の太枠で示すＲ、Ｇｒ、Ｇｂ、Ｂ画素が間引かれて読出される。この間引き読出しにより、ＣＣＤ３０３の総画素数が１／４となって出力されることとなる。
【００６７】
＜デジタルカメラ１の動作＞
図２１は、デジタルカメラ１の基本的な動作を説明するフローチェートである。この動作は、主に撮影モードにおける動画撮影または静止画撮影の動作となっており、全体制御部１５０によって実行される。
【００６８】
まず、撮影者が電源スイッチ１４をオンにして撮像装置１を起動し、モード切替スイッチ３４を操作して撮影モードに設定する（ステップＳＴ１）。
【００６９】
ステップＳＴ２では、動画撮影に設定されているかを判定する。この場合、ＡＦモードスイッチ９１により動画撮影モードに設定されているかを判断する。ここで、動画撮影に設定されている場合には、ステップＳＴ３に進み、動画撮影に設定されてない場合には、ステップＳＴ１０に進む。
【００７０】
ステップＳＴ３では、ＣＣＤ３０３から順次に出力される画像信号に基づき、被写体に係る動画撮影を開始する。
【００７１】
ステップＳＴ４では、全体制御部１５０によって被写体輝度、つまりＡＥ評価値を計測する。
【００７２】
ステップＳＴ５では、ステップＳＴ４で計測した被写体輝度が所定値α以上となっているかを判定する。ここで、被写体輝度が所定値α以上となっている場合には、ステップＳＴ６に進み、所定値αより小さい場合には、ステップＳＴ７に進む。
【００７３】
ステップＳＴ６では、ＣＣＤ３０３において画素間引き読出しが行われる。ここでは、ＣＣＤ３０３から例えば図２０に示すように縦横が線比１／２に間引かれて画像信号が出力されることとなる。
【００７４】
ステップＳＴ７では、ＣＣＤ３０３において画素加算読出しが行われる。すなわち、全体制御部１５０で測定されるＡＥ評価値が所定値α以下となる場合には、上述した４画素加算を行う加算手段が能動化されることとなる。ここでは、図６〜図１８を参照して説明したように、ＣＣＤ３０３から図１９に示すように同色の４画素の信号電荷が合成された画像信号が出力される。
【００７５】
ステップＳＴ８では、動画の記録が行われる。この場合、ＣＣＤ３０３から順次に出力される画像信号に基づく動画がメモリカード８に保存される。
【００７６】
ステップＳＴ９では、動画撮影を終了するか否かを判定する。ここでは、ＡＦモードスイッチ９１により動画撮影モードの設定が解除されたかを判断する。ここで、動画撮影を終了しない場合には、ステップＳＴ４に戻る。
【００７７】
ステップＳＴ１０では、ＣＣＤ３０３から順次に出力される画像信号に基づき、被写体に係るライブビュー表示を開始する。
【００７８】
ステップＳＴ１１〜ＳＴ１４では、ステップＳＴ４〜ＳＴ７と同様の動作を行う。
【００７９】
ステップＳＴ１５では、撮影者によりシャッタボタン９が全押し（Ｓ２）されたかを判定する。ここで、シャッタボタン９が全押しされた場合には、ステップＳＴ１６に進み、全押しされていない場合には、ステップＳＴ１７に進む。
【００８０】
ステップＳＴ１６では、静止画の記録が行われる。この場合、ＣＣＤ３０３から出力される画像信号に基づく静止画がメモリカード８に保存される。
【００８１】
ステップＳＴ１７では、静止画撮影を終了するか否かを判定する。ここでは、例えばモード切替スイッチ３４により撮影モードから再生モードに切替えられたか否かを判断する。ここで、静止が撮影を終了しない場合には、ステップＳＴ１１に戻る。
【００８２】
以上のデジタルカメラ１の動作により、第２水平転送路６５で逆方向に電荷を転送する動作を行って、近隣の同色４画素ごとに信号電荷が加算されるため、混色せずに２倍を越える感度で高品質な画像を生成できる。
【００８３】
また、ライブビュー表示を行う場合、または動画撮影を行う場合には、第２水平転送路６５で画素加算を行う加算手段を能動化させるため、ＣＣＤ２の総画素数に対して必要画素数が小さいライブビュー表示や動画撮影において、容易に画素加算が行え、被写体輝度が低下してもＳ／Ｎ比の良い画像信号を生成できることとなる。
【００８４】
さらに、第２水平転送路６５の近傍に、２相駆動の第１水平転送路６４が配設されるため、画素加算された信号電荷を出力アンプ６６に高速に転送できる。すなわち、画素加算が終了すると第１水平転送路６４に信号電荷がフィールドシフトされて第２水平転送路６５が空となるため、第１水平転送路６４による信号電荷の転送と並行して第２水平転送路６５で画素加算を行える。このような並列処理により、画素加算および出力アンプ６５への電荷転送を、トータルとして高速に行えることとなる。
【００８５】
なお、ＣＣＤ３０３においては、バッファーエリアＢＥを設けるのは必須でなく、バッファーエリアＢＥが無くても良い。
【００８６】
また、ＣＣＤについては、図５に示すＣＣＤ３０３の構成であるのは必須でなく、次に説明するＣＣＤ３０３Ａの構成であっても良い。
【００８７】
図２２は、ＣＣＤ３０３Ａの構成を説明するための図である。
【００８８】
ＣＣＤ３０３Ａは、ＣＣＤ３０３と類似の構成を有するが、主にゲート６３と第２水平転送路６５の位置が異なっている。
【００８９】
ＣＣＤ３０３Ａは、光電変換部６１および垂直転送路６２を挟んで両側に第１水平転送路６４と第２水平転送路６５とが配設されている。すなわち、第１水平転送路６４は、垂直転送部６２の両端のうち一端の近傍に配設され、第２水平転送路６５は、垂直転送部６２の他端の近傍に配設されている。また、第２水平転送路６５が第１水平転送路６４と離れた位置に設けられるため、第１水平転送路６４上の信号電荷を出力するための出力アンプ６６ａに加えて、第２水平転送路６５上の信号電荷を出力するための出力アンプ６６ｂが付加されるとともに、ＣＣＤ３０３のゲート６７が削除されている。
【００９０】
以上のような構成のＣＣＤ３０３Ａにおいても、ＣＣＤ３０３の動作と同様に、順方向および逆方向への電荷転送が可能な第２水平転送路６５で画素加算を行い、出力アンプ６６ｂから画像信号を出力することとなる。なお、画素加算を行わない場合には、２相駆動の第１水平転送路６４によって出力アンプ６６ｂから高速に画像信号を出力する。これにより、動画撮影時やライブビュー撮影時などにおいて被写体輝度が低い場合には、上記の画素加算を行うことによって、混色せずに２倍を越えて感度が向上された高品質な画像を取得できる。
【００９１】
＜変形例＞
◎上記の実施形態における第２水平転送路については、４相駆動方式で信号電荷を転送するのは必須でなく、３相駆動方式や５相以上の駆動方式など順方向および逆方向に転送できる方式で転送するようにしても良い。
【００９２】
◎上記の実施形態における画素加算については、ＣＣＤ３０３（３０３Ａ）において４画素加算を行うのは必須でなく、６画素以上の加算を行っても良い。例えば、図１８に示す４画素加算された状態から、第２水平転送路６５でさらに信号電荷を逆方向に４画素分戻して画素加算を行うと、６画素の加算が可能となる。この場合に加算される６画素についても、近接する同色の画素であるため、６倍の感度で高品質な画像が生成できることとなる。
【００９３】
◎上記の実施形態における被写体輝度の測定については、取得された画像データに基づき全体制御部１５０で演算してソフトウェア的に測定するのは必須でなく、調光センサ３０５などで計測するようにしても良い。
【００９４】
◎上述した具体的実施形態には、以下の構成を有する発明が含まれている。
【００９５】
（１）撮像素子はプログレッシブタイプであることを特徴とする撮像素子。
【００９６】
これにより、容易に画素加算を行える。
【００９７】
（２）画素配列は、三原色の色フィルタがベイヤー方式で配列された色フィルタ配列を有することを特徴とする撮像素子。
【００９８】
これにより、ベイヤー配列であっても適切な画素加算が行える。
【００９９】
（３）垂直転送部は、複数の垂直転送路を有し、前記垂直転送部と第２水平転送路との間には、少なくとも２の垂直転送路に１の割合でゲートが設けられることを特徴とする撮像素子。
【０１００】
これにより、画素加算を容易に適切に行える。
【０１０１】
（４）第２水平転送路は、垂直転送部の片端近傍に配設され、第１水平転送路は、第２水平転送路に近接して配設されることを特徴とする撮像素子。
【０１０２】
これにより、迅速に画素加算処理を行える。
【０１０３】
（５）第２水平転送路において信号電荷を順方向および逆方向に転送することにより同色の画素で蓄積された信号電荷どうしを加算する加算手段と、被写体に係る輝度値を測定する測光手段と、前記測光手段で測定される前記輝度値が所定値以下となる場合には、前記加算手段を能動化させる手段とを備えることを特徴とする撮像装置。
【０１０４】
これにより、被写体が暗い状況でも適切に画像のＳ／Ｎ比を向上できる。
【０１０５】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１ないし請求項５の発明によれば、所定の駆動方式によって順方向および逆方向に信号電荷を転送可能な第２水平転送路において信号電荷を順方向および逆方向に転送することにより、同色の色フィルタを有する同色の複数の画素で蓄積された信号電荷どうしが加算される。その結果、画素加算により混色せずに２倍を越えて感度が向上された高品質な画像を取得できる。
【０１０６】
特に、請求項２の発明においては、第１水平転送路は垂直転送部の一端の近傍に配設され、第２水平転送路は垂直転送部の他端の近傍に配設されるため、画素加算により高品質な画像を適切に取得できる。
【０１０７】
また、請求項３の発明においては、第１水平転送路と第２水平転送路とは垂直転送部の片端近傍に配設されるため、画素加算により高品質な画像を迅速に取得できる。
【０１０８】
また、請求項４の発明においては、所定の駆動方式は３相駆動方式または４相駆動方式であるため、第２水平転送部において信号電荷を逆方向に容易に転送できる。
【０１０９】
また、請求項５の発明においては、撮像素子から順次に出力される画像信号に基づき被写体に係るライブビュー表示を行う場合、または画像信号に基づき被写体に係る動画撮影を行う場合には加算手段を能動化させるため、撮像素子の総画素数より必要画素数が小さいライブビュー撮影時、動画撮影時において、画素加算が容易に行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るデジタルカメラ１の外観の概略構成を示す図である。
【図２】デジタルカメラ１の外観の概略構成を示す図である。
【図３】デジタルカメラ１の外観の概略構成を示す図である。
【図４】デジタルカメラ１の内部構成を示す概略ブロック図である。
【図５】ＣＣＤ３０３の構成を説明するための図である。
【図６】ＣＣＤ３０３における画素加算の動作を説明するための図である。
【図７】ＣＣＤ３０３における画素加算の動作を説明するための図である。
【図８】ＣＣＤ３０３における画素加算の動作を説明するための図である。
【図９】ＣＣＤ３０３における画素加算の動作を説明するための図である。
【図１０】ＣＣＤ３０３における画素加算の動作を説明するための図である。
【図１１】ＣＣＤ３０３における画素加算の動作を説明するための図である。
【図１２】ＣＣＤ３０３における画素加算の動作を説明するための図である。
【図１３】ＣＣＤ３０３における画素加算の動作を説明するための図である。
【図１４】ＣＣＤ３０３における画素加算の動作を説明するための図である。
【図１５】ＣＣＤ３０３における画素加算の動作を説明するための図である。
【図１６】ＣＣＤ３０３における画素加算の動作を説明するための図である。
【図１７】ＣＣＤ３０３における画素加算の動作を説明するための図である。
【図１８】ＣＣＤ３０３における画素加算の動作を説明するための図である。
【図１９】４画素加算される画素の配置を説明するための図である。
【図２０】間引き読出しで読出される画素の配置を説明するための図である。
【図２１】デジタルカメラ１の基本的な動作を説明するフローチェートである。
【図２２】ＣＣＤ３０３Ａの構成を説明するための図である。
【符号の説明】
１  デジタルカメラ
６１  光電変換部
６２  垂直転送路
６３  ゲート
６４  第１水平転送路
６５  第２水平転送路
６６  出力アンプ
１５０  全体制御部
３０３、３０３Ａ  ＣＣＤ
ＢＥ  バッファーエリア
Ｍｔ  画素配列
【図１】
2005044915.tif 000003
【図２】
2005044915.tif 000004
【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】
2005044915.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
2005044915.tif 000015
【図１４】
2005044915.tif 000016
【図１５】
2005044915.tif 000017
【図１６】
2005044915.tif 000018
【図１７】
2005044915.tif 000019
【図１８】
2005044915.tif 000020
【図１９】
2005044915.tif 000021
【図２０】
2005044915.tif 000022
【図２１】
2005044915.tif 000023
【図２２】
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