(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
特定の色の光を光電変換する複数種類の光電変換素子と、前記光電変換素子の垂直列毎に設けられ、前記各光電変換素子からの信号電荷を垂直転送する複数本の垂直ＣＣＤと、前記垂直ＣＣＤから転送される１ライン分の信号電荷を一旦蓄積して出力するラインメモリと、前記ラインメモリから出力された信号電荷を水平転送する水平ＣＣＤと、前記水平ＣＣＤによって転送された信号電荷に応じた撮像信号を出力する出力回路とを有する固体撮像素子が搭載された撮影装置において、
前記ラインメモリに蓄積された信号電荷を色ごとに前記水平ＣＣＤに出力した上で水平転送する色分離転送を行わせる制御手段と、ＩＳＯ感度の設定手段と、この設定手段によって設定されたＩＳＯ感度に基づいて前記出力回路から出力された撮像信号を増幅する信号増幅手段とを備え、
前記色分離転送は、前記ＩＳＯ感度の設定値が所定値より大きい場合に作動する
ことを特徴とする撮影装置。
【請求項２】
前記光電変換素子は、ハニカム状に２次元配列されていることを特徴とする請求項１に記載の撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子を搭載した撮影装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラやカメラ付き携帯電話などの撮影装置に搭載される固体撮像素子として、ＣＣＤイメージセンサが知られている。ＣＣＤイメージセンサは、行列状に２次元配置され、入射光をその光量に応じた信号電荷に変換して蓄積する複数個の光電変換素子（フォトダイオード）と、光電変換素子の垂直列毎に設けられ、各光電変換素子からの信号電荷を垂直転送する複数本の垂直ＣＣＤと、垂直ＣＣＤから転送される１ライン（行）分の信号電荷を水平転送する水平ＣＣＤとを有し、信号電荷に応じた撮像信号を出力する。
【０００３】
また、カラー画像を得るためには、ＲＧＢ（またはＣＭＹ）のカラーフィルタを用いた単板式のＣＣＤイメージセンサが一般に用いられている。Ｒ、Ｇ、Ｂの各色に対応した信号電荷は、垂直ＣＣＤと水平ＣＣＤとによって出力回路まで転送が行われる。この信号電荷の転送には、特に高速化の観点から様々な手法が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【特許文献１】特開２００２−１１２１１９号公報
【特許文献２】特開２００４−２８９５６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような単板式のＣＣＤイメージセンサにおいては、転送時に各色の信号電荷が混じることによる混色が問題となる。垂直ＣＣＤにおいては、インターライン方式の読み出しにより、色の分離を行うことができる。この場合、水平ＣＣＤにおいては、例えば“ＧＧＧＧ・・・”と“ＲＢＲＢ・・・”の２回に分けて信号電荷の転送が行われる。
【０００５】
しかしながら、ＲとＢとは色の変調度が大きいので、転送不良によって混色すると色変化が発生しやすい。特に、撮影装置を高感度モードとした場合には、混色の影響が顕著となる。
【０００６】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、水平転送時の混色による色変化を防止することができる撮影装置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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の撮影装置は、特定の色の光を光電変換する複数種類の光電変換素子と、前記光電変換素子の垂直列毎に設けられ、前記各光電変換素子からの信号電荷を垂直転送する複数本の垂直ＣＣＤと、前記垂直ＣＣＤから転送される１ライン分の信号電荷を一旦蓄積して出力するラインメモリと、前記ラインメモリから出力された信号電荷を水平転送する水平ＣＣＤと、前記水平ＣＣＤによって転送された信号電荷に応じた撮像信号を出力する出力回路とを有する固体撮像素子が搭載された撮影装置において、前記ラインメモリに蓄積された信号電荷を色ごとに前記水平ＣＣＤに出力した上で水平転送する色分離転送を行わせる制御手段を備えたことを特徴とする。
【０００８】
なお、ＩＳＯ感度の設定手段と、この設定手段によって設定されたＩＳＯ感度に基づいて前記出力回路から出力された撮像信号を増幅する信号増幅手段とを備え、前記色分離転送は、前記ＩＳＯ感度の設定値が所定値より大きい場合に作動することが好ましい。また、前記光電変換素子は、ハニカム状に２次元配列されていることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の撮影装置は、ラインメモリに蓄積された信号電荷を色ごとに水平ＣＣＤに出力した上で水平転送する色分離転送を固体撮像素子に行わせるので、混色による色変化を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１において、ＣＣＤイメージセンサ２は、入射光をその光量に応じた信号電荷に変換して蓄積する複数個の光電変換素子（ＰＤ）１０と、ＰＤ１０の垂直列毎に設けられ、各ＰＤ１０からの信号電荷を垂直転送する複数本の垂直ＣＣＤ（ＶＣＣＤ）１１と、ＶＣＣＤ１１から転送される１ライン分の信号電荷を一旦蓄積して出力（転送）するラインメモリ（ＬＭ）１２と、ＬＭ１２から出力される信号電荷を水平転送する水平ＣＣＤ（ＨＣＣＤ）１３と、ＨＣＣＤ１３によって転送された信号電荷を信号電圧（撮像信号）に変換して出力する出力回路としてのフローティングディフュージョンアンプ（ＦＤＡ）１４とを有する。
【００１１】
ＰＤ１０は、その外形が八角形となるように形成されており、所定のピッチでハニカム状に２次元配列されている。ＰＤ１０上には、図示しないカラーフィルタやマイクロレンズが積層されており、ＰＤ１０は特定の色の光を光電変換する。なお、図中のＲＧＢの表記はカラーフィルタによる赤、緑、青色の配置を示しており、Ｒを付したＰＤ１０は赤色の光を、Ｇを付したＰＤ１０は緑色の光を、Ｂを付したＰＤ１０は青色の光を光電変換する。この色配列は、いわゆるベイヤー配列を転送方向に関して４５°傾けたものである。この色配列では、ＲおよびＢのＰＤ１０に蓄積された信号電荷と、ＧのＰＤ１０に蓄積された信号電荷とが異なるＶＣＣＤ１１で転送される。
【００１２】
ＶＣＣＤ１１は、ＣＣＤドライバ４０（図２参照）から供給される垂直転送パルスによって４相駆動により信号電荷を転送（全画素読み出し）する。図中点線の矢印で示すように、ＶＣＣＤ１１は、トランスファーゲート（図示せず）を介して、各ＰＤ１０から信号電荷を受け取り、図中上方から下方に向けて信号電荷を順次転送していく。
【００１３】
ＬＭ１２は、ＶＣＣＤ１１の最終段に接続されており、各ＶＣＣＤ１１から転送される１ライン分の信号電荷を蓄積する。ＬＭ１２は、ＣＣＤドライバ４０から供給されるラインメモリパルスにより、１ライン分の信号電荷から色に応じて選択的に信号電荷をＨＣＣＤ１３に出力する。
【００１４】
ＨＣＣＤ１３は、ＬＭ１２に並列に接続されている。ＨＣＣＤ１３は、タイミングジェネレータ３０（図２参照）から供給される水平転送パルスに基づいて、図中点線の矢印で示すように、ＬＭ１２から受け取った信号電荷を、図中右方から左方に向けてＦＤＡ１４へシリアルに転送する。
【００１５】
図２において、ＣＣＤイメージセンサ２を固体撮像素子として搭載したデジタルカメラ２０は、バス２１を介して、ＣＰＵ（制御手段）２２により全体を統括的に制御される。デジタルカメラ２０は、光学系２３、アナログ信号処理回路２４、Ａ／Ｄ変換回路（Ａ／Ｄ）２５、バッファメモリ２６、圧縮伸長処理回路２７、ＹＣ処理回路２８、測光・測距回路２９、およびタイミングジェネレータ（ＴＧ）３０などから構成される。
【００１６】
光学系２３は、フォーカスレンズやズームレンズからなる撮像レンズ３１や絞り３２からなる。撮像レンズ３１および絞り３２には、レンズモータ３３およびアイリスモータ３４が接続されている。これらのモータ３３、３４はステッピングモータからなり、測光・測距回路２９に接続されたモータドライバ３５から送信される駆動パルスにより動作制御される。
【００１７】
レンズモータ３３は、撮像レンズ３１のズームレンズをワイド側、あるいはテレ側に移動させる。また、ズームレンズの変倍などに応じて撮像レンズ３１のフォーカスレンズを移動させ、撮影条件が最適となるように焦点調整を行う。アイリスモータ３４は、絞り３２を動作させ、露出調整を行う。これらのモータ３３、３４による焦点調整、および露出調整は、測光・測距回路２９による被写体の測光・測距結果に基づいて行われる。
【００１８】
アナログ信号処理回路２４は、信号増幅回路（信号増幅手段）および相関二重サンプリング回路を含み、ＣＣＤイメージセンサ２から出力された撮像信号に対して、増幅、相関二重サンプリングなどのアナログ信号処理を施してＡ／Ｄ２５に出力する。なお、アナログ信号処理回路２４内の信号増幅回路は、後述するＩＳＯ感度の設定値に基づいて撮像信号の増幅を行う。
【００１９】
Ａ／Ｄ２５は、アナログ信号処理回路２４から入力されたアナログ信号をデジタルの画像信号に変換してバッファメモリ２６に出力する。バッファメモリ２６は、Ａ／Ｄ２５でデジタル化された画像信号を一旦格納する。
【００２０】
圧縮伸長処理回路２７は、バッファメモリ２６に格納された画像データを、所定の圧縮方式、例えばＪＰＥＧ方式で圧縮するとともに、圧縮した画像データを伸長して元のデータに戻す。圧縮伸長処理回路２７で圧縮された画像データは、カードＩ／Ｆ３６を経由してメモリカード３７に記憶される。
【００２１】
ＹＣ処理回路２８は、バッファメモリ２６に格納された画像データを輝度信号Ｙと色差信号Ｃｒ、Ｃｂとに変換する。ＹＣ処理回路２８でＹＣ変換された画像データは、ＬＣＤドライバ３８でアナログのコンポジット信号に変換され、ＬＣＤ３９にスルー画像として表示される。
【００２２】
測光・測距回路２９は、被写体の輝度、および被写体までの距離を検出し、この検出結果に基づいて、適正な焦点距離および露出量となるようにモータドライバ３５を駆動制御する。
【００２３】
タイミングジェネレータ（ＴＧ）３０は、前述のアナログ信号処理回路２４、Ａ／Ｄ２５とともに、ＣＣＤドライバ４０に接続している。ＴＧ３０は、これら各部にタイミング信号（クロックパルス）を送信する。ＣＣＤドライバ４０は、ＴＧ３０から送信されるタイミング信号に基づいて、ＶＣＣＤ１１を駆動するための垂直転送パルス、ＬＭ１２を駆動するためのラインメモリパルスなどをＣＣＤイメージセンサ２に供給する。また、ＴＧ３０は、ＨＣＣＤ１３を駆動するための水平転送パルスをＣＣＤイメージセンサ２に供給する。
【００２４】
ＣＰＵ２２には、レリーズボタン４１、操作部４２、およびＥＥＰＲＯＭ４３が接続されている。レリーズボタン４１は、２段階押しのスイッチとなっている。レリーズボタン４１を軽く押圧（半押し）すると、自動露出調整（ＡＥ）、自動焦点調整（ＡＦ）などの各種撮影準備処理が施される。この状態でレリーズボタン４１をもう１度強く押圧（全押し）すると、撮影準備処理が施された１画面分の撮像信号が画像データに変換された後、前述のＹＣ処理および圧縮処理が施され、メモリカード３７に記憶される。
【００２５】
操作部（設定手段）４２は、ズームレンズをワイド側、テレ側に変倍するズーム操作ボタン、ＬＣＤ３９にメニュー画面を表示させる際や、選択内容を決定する際に操作されるメニューボタン、メニュー画面内でカーソルを移動させる十字キー、デジタルカメラ２０の動作モード（静止画撮影モード、動画撮影モード、再生モード、および設定モードなど）を切り替えるモードダイヤルなどから構成される。なお、操作部４２は、動作モード中の設定モードではＩＳＯ感度を設定することができる。ＣＰＵ２２は、前述のレリーズボタン４１、および操作部４２からの操作入力信号に基づいて、デジタルカメラ２０の各部を動作させる。
【００２６】
ＥＥＰＲＯＭ４３には、各種制御用のプログラムや設定情報などが記録されている。ＣＰＵ２２は、これらの情報をＥＥＰＲＯＭ４３から内蔵ＲＡＭに読み出して、各種処理を実行する。
【００２７】
次に、上記構成を有するデジタルカメラ２０の動作について説明する。まず、デジタルカメラ２０で被写体の撮影を行う際には、操作部４２の電源スイッチを操作してデジタルカメラ２０の電源を投入し、モードダイヤルを操作して静止画撮影モード、あるいは動画撮影モードを選択する。
【００２８】
撮影モード下において、撮像レンズ３１、絞り３２を介して入射した被写体光は、ＣＣＤイメージセンサ２に入射される。ＣＣＤイメージセンサ２では、マイクロレンズおよびカラーフィルタを透過した被写体光がＰＤ１０で信号電荷に変換され、ＣＣＤドライバ４０の制御の下に、各ＰＤ１０からの信号電荷がＶＣＣＤ１１を経てＬＭ１２に転送される。図３は、１ライン分の信号電荷がＬＭ１２に蓄積された様子を示し、Ｒ、Ｇ、Ｂを丸で囲った表記は、各色に対応する信号電荷を示す。続く、ＬＭ１２からＨＣＣＤ１３への信号電荷の出力および水平転送の方式は、ＥＥＰＲＯＭ４３に設定されているＩＳＯ感度によって異なり、ＣＰＵ２２によって制御される。
【００２９】
ＣＰＵ２２によって、ＥＥＰＲＯＭ４３に設定されているＩＳＯ感度が所定値（例えば、ＩＳＯ８００）より大きいか否かが判定される。ＩＳＯ感度の設定値が所定値より小さい場合には、まず、図４（Ａ）に示すように、Ｇ（緑）の信号電荷がＨＣＣＤ１３に転送される。ＨＣＣＤ１３に転送されたＧの信号電荷は、ＦＤＡ１４に水平転送される。次いで、図４（Ｂ）に示すように、ＬＭ１２に残るＲ（赤）およびＢ（青）の信号電荷は、ＨＣＣＤ１３に転送された後、ＦＤＡ１４へ水平転送される。各ラインについて同様の転送動作が行われ、ＦＤＡ１４に転送された信号電荷は信号電圧（撮像信号）に変換されてアナログ信号処理回路２４に入力される。
【００３０】
一方、ＩＳＯ感度の設定値が所定値より大きい場合には、色分離転送が行われる。まず、図５（Ａ）に示すように、Ｇの信号電荷がＨＣＣＤ１３に転送され、ＦＤＡ１４へ水平転送された後、図５（Ｂ）に示すように、ＬＭ１２に残るＲおよびＢの信号電荷からＲの信号電荷がＨＣＣＤ１３に転送され、ＦＤＡ１４へ水平転送される。この後、図５（Ｃ）に示すように、ＬＭ１２に残るＢの信号電荷がＨＣＣＤ１３に転送され、ＦＤＡ１４へ水平転送される。各ラインについて同様の色分転送動作が行われ、ＦＤＡ１４に転送された信号電荷は信号電圧（撮像信号）に変換されてアナログ信号処理回路２４に入力される。
【００３１】
アナログ信号処理回路２４では、撮像信号に対して各種アナログ信号処理が施される。アナログ信号処理回路２４で信号処理された撮像信号は、Ａ／Ｄ２５でデジタルの画像信号に変換され、バッファメモリ２６に一旦格納される。
【００３２】
バッファメモリ２６に格納された画像データは、ＹＣ処理回路２８に読み出され、輝度信号Ｙと色差信号Ｃｒ、Ｃｂとに変換された後、ＬＣＤドライバ３８を介してＬＣＤ３９にスルー画像として表示される。この状態でレリーズボタン４１が半押しされると、測光・測距回路２９の検出結果に基づいて、ＣＰＵ２２により各部の動作が制御され、撮影準備処理が施される。
【００３３】
撮影準備処理後、レリーズボタン４１の全押しにより撮影が実行されると、静止画撮影モード下では、そのときバッファメモリ２６に記録されている画像データが圧縮伸長処理回路２７で圧縮処理され、カードＩ／Ｆ３６を経由してメモリカード３７に記憶される
【００３４】
一方、動画撮影モード下では、レリーズボタン４１が再度全押しされるまで、一定のフレームレート（例えば３０フレーム／秒）で上記と同様な処理が行われ、動画データが作成される。また、これと同時にマイクロホン（図示せず）を介して周囲の音声が収録される。マイクロホンで収録された音声は、動画データと関連付けられてメモリカード３７に記憶される。
【００３５】
以上説明したように、ＩＳＯ感度の設定値が所定値より大きい高感度モード時の場合には、ＬＭ１２に格納された信号電荷を色ごとに３回に分けてＨＣＣＤ１３に出力した上で水平転送する色分離転送を行うようにしたので、転送劣化が発生して信号電荷が混じったとしても同一色であるため大きな問題とならず、混色による色変化を防止することができる。また、ＩＳＯ感度の設定値が所定値より低い低感度モード時の場合には、混色による影響が小さいため、Ｇと、ＲおよびＢとの２回に分けて水平転送を行い、高感度モード時より高速化を図っている。
【００３６】
上記実施形態では、低感度モード時において、Ｇの信号電荷を水平転送した後、ＲおよびＢの信号電荷を水平転送するようにしたが、本発明はこれに限定されず、ＲおよびＢの信号電荷を水平転送した後、Ｇの信号電荷を水平転送するようにしてもよい。
【００３７】
また、上記実施形態では、高感度モード時において、Ｇ、Ｒ、Ｂの順に信号電荷を水平転送するようにしたが、本発明はこれに限定されず、この色に関する転送順序は適宜変更してもよく、ラインごとに順序を変えてもよい。
【００３８】
また、上記実施形態では、ＰＤ１０をハニカム状に配置したＣＣＤイメージセンサ２を例示して説明したが、ＰＤ１０を正方配列とし、カラーフィルタの色配置をいわゆるベイヤー配列としてもよい。また、ＲＧＢのカラーフィルタに代えて、ＣＭＹのカラーフィルタを用いても良い。上記のＰＤ１０の配列および色配置は、本発明を限定するものではない。
【００３９】
さらに、上記実施形態では、撮影装置として、デジタルカメラ２０を例示して説明したが、本発明はこれに限定されず、他の撮影装置、例えば、カメラ付き携帯電話などにも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】ＣＣＤイメージセンサの構成を示す概略図である。
【図２】デジタルカメラの内部構成を示すブロック図である。
【図３】ラインメモリに１ライン分の信号電荷が蓄積された様子を示す図である。
【図４】低感度モード時の水平転送動作を示す説明図である。
【図５】高感度モード時の水平転送動作を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４１】
２  ＣＣＤイメージセンサ
１０  光電変換素子（ＰＤ）
１１  垂直ＣＣＤ（ＶＣＣＤ）
１２  ラインメモリ（ＬＭ）
１３  水平ＣＣＤ（ＨＣＣＤ）
１４  フローティングディフュージョンアンプ（ＦＤＡ）
２０  デジタルカメラ
２２  ＣＰＵ
２４  アナログ信号処理回路
３０  タイミングジェネレータ（ＴＧ）
４０  ＣＣＤドライバ
【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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