(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
４色の色フィルタアレイを介して撮像素子に入射した入射光よりカラー画像信号を生成するＣＭＯＳセンサにおいて、前記色フィルタアレイは、２行×２列の周期性を持ち、２行×２列の周期単位の中で、４個の色フィルタの色は全て異なり、前記４個の色フィルタは、可視光範囲において緑色光のみを透過するＧフィルタと、可視光範囲において青色光のみを遮断するＹｅフィルタと、可視光範囲において緑色光のみを遮断するＭｇフィルタと、可視光範囲において赤色光のみを遮断するＣｙフィルタとであり、
Ｇフィルタの垂直方向に隣接してＣｙフィルタが配置され、Ｇフィルタの水平方向に隣接してＹｅフィルタが配置され、Ｃｙフィルタの水平方向に隣接し、且つ、Ｙｅの垂直方向に隣接してＭｇフィルタが配置され、
当該ＣＭＯＳセンサの内部に、
水平方向に相互に隣接する２つの画素の信号をそれぞれ保持するコンデンサと、これらのコンデンサに保持された信号を足し合わせるためのスイッチと、該足し合わされた信号の差分を垂直方向に相互に隣接する行間で得ることにより青の色差信号を得るための差動増幅器と、
垂直方向に相互に隣接する２つの画素の信号をそれぞれ保持するコンデンサと、これらのコンデンサに保持された信号を足し合わせるためのスイッチと、該足し合わされた信号の差分を水平方向に相互に隣接する列間で得ることにより赤の色差信号を得るための差動増幅器と、
を備えることを特徴とするＣＭＯＳセンサ。
【請求項２】
請求項１に記載のＣＭＯＳセンサにおいて、４行×１列の領域の全信号の加算値を読み出す手段を備えることを特徴とするＣＭＯＳセンサ。
【請求項３】
請求項１に記載のＣＭＯＳセンサにおいて、１行×４列の領域の全信号の加算値を読み出す手段を備えることを特徴とするＣＭＯＳセンサ。
【請求項４】
請求項１乃至３に記載のＣＭＯＳセンサを備えることを特徴とする撮像システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、色フィルタアレイを介して撮像素子に入射した入射光よりカラー画像信号を生成するＣＭＯＳセンサ及びこれを備える撮像システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
カラー撮像装置においては、撮像素子よりカラー画像を得るために入射光は色フィルタを介して撮像素子に入射される。色フィルタの種類には、原色フィルタと補色フィルタがある。色フィルタの色は、原色フィルタの場合にはレッド、グリーン、ブルーの３色であるが、補色フィルタの場合には、シアン、イエロ、マゼンダ、グリーンである。シアンの色フィルタは可視光範囲において赤色光のみを遮断し、イエロの色フィルタは可視光範囲において青色光のみを遮断し、マゼンダの色フィルタは可視光範囲において緑色光のみを遮断し、グリーンの色フィルタは緑色光のみを透過する。
【０００３】
補色フィルタの場合、シアンの色フィルタを介して撮像素子で得られた信号をＣｙ、イエロの色フィルタを介して撮像素子で得られた信号をＹｅ、マゼンダの色フィルタを介して撮像素子で得られた信号をＭｇ、グリーンの色フィルタで得られた信号をＧとすると、輝度信号Ｙは、
Ｙ＝Ｙｅ＋Ｇ＋Ｃｙ＋Ｍｇ                              ・・・（１）
青の色差信号ＣＢは、
ＣＢ＝（Ｇ＋Ｙｅ）−（Ｍｇ＋Ｃｙ）                    ・・・（２）
赤の色差信号ＣＲは、
ＣＲ＝（Ｃｙ＋Ｇ）−（Ｙｅ＋Ｍｇ）                    ・・・（３）
と表される。
【０００４】
図１０は、第１の従来例による色フィルタのパターン図である。このパターンは水平方向に２画素、垂直方向に４画素の周期性を持つ。この色フィルタを使用した場合には、輝度信号Ｙは水平方向に２画素、垂直方向に２画素の２×２のブロック内のＣｙ、Ｙｅ、Ｍｇ、Ｇを用いて式（１）の演算をすることにより得られる。同様に青の色差信号ＣＢ、赤の色差信号ＣＲも、２×２のブロック内のＣｙ、Ｙｅ、Ｍｇ、Ｇを用いて各々式（２）、（３）の演算をすることにより得られる。
【０００５】
図１１は、第２の従来例による色フィルタのパターン図である。このパターンは水平方向に２画素、垂直方向に８画素の周期性を持つ。この色フィルタを使用した場合には、輝度信号Ｙは水平方向に２画素、垂直方向に２画素の２×２のブロック内のＣｙ、Ｙｅ、Ｍｇ、Ｇを用いて式（１）の演算をすることにより得られる。同様に青の色差信号ＣＢ、赤の色差信号ＣＲも、２×２のブロック内のＣｙ、Ｙｅ、Ｍｇ、Ｇを用いて各々式（２）、（３）の演算をすることにより得られる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
撮像装置をディジタルスティルカメラに使用する場合に、シャッターを押す前に、解像度を犠牲にして高速読み出しを行い、読み出した画像信号を基に例えば液晶ファインダなどのファインダに画像を表示したり、アイリスの調整やホワイトバランスの調整に使う。ところが、図１０の色フィルタを使用した上で、撮像素子として従来のＣＣＤを使用した場合に、垂直方向に１画素毎に間引いて画素信号を読み出して解像度を犠牲にして高速読み出しを図っても、例えばシアン、イエロのみの信号しか得られず、撮像素子の出力を基にホワイトバランスを調整することができない。
【０００７】
また、図１０の色フィルタを使用したうえで、撮像素子として従来のＣＣＤを使用した場合には、垂直方向に隣接する２つの画素のデータが加算された後に、素子内で転送されて出力されるので、画素データは、ペアを組んだ状態で撮像素子から出力される。すなわち、例えば、図１０において、（Ｃ１、Ｒ１）の画素と（Ｃ１、Ｒ２）の画素とのペアが出力された後に、（Ｃ２、Ｒ１）の画素と（Ｃ２、Ｒ２）の画素とのペアが出力され、同様に行Ｒ１、Ｒ２の続く列の画素が続いて出力され、続いて、（Ｃ１、Ｒ３）の画素と（Ｃ１、Ｒ４）の画素とのペアが出力された後に、（Ｃ２、Ｒ３）の画素と（Ｃ２、Ｒ４）の画素とのペアが出力され、同様に行Ｒ３、Ｒ４の続く列の画素が続いて出力される。従って、このような出力を利用すると、式（２）の演算は、例えば、Ｒ１、Ｒ２に対しては行えるが、Ｒ３、Ｒ４に対しては行えない。同様に、式（３）の演算は、例えば、Ｒ３、Ｒ４に対しては行えるが、Ｒ１、Ｒ２に対しては行えない。従って、各色の色差信号は４行の撮像素子に対して１行だけしか得られない。従って、色差信号の垂直方向の解像度が低下する。
【０００８】
図１１の色フィルタを使用したうえで、撮像素子として従来のＣＣＤを使用した場合には、高速読み出しモードで読み出した信号をホワイトバランスの調整に使用することはできる。
【０００９】
ところが、図１１の色フィルタを使用したうえで、撮像素子として従来のＣＣＤを使用した場合には、垂直方向に隣接する２つの画素のデータが加算された後に、素子内で転送されて出力されるので、画素データは、ペアを組んだ状態で撮像素子から出力される。すなわち、例えば、図１１において、（Ｃ１、Ｒ１）の画素と（Ｃ１、Ｒ２）の画素とのペアが出力された後に、（Ｃ２、Ｒ１）の画素と（Ｃ２、Ｒ２）の画素とのペアが出力され、同様に行Ｒ１、Ｒ２の続く列の画素が続いて出力され、続いて、（Ｃ１、Ｒ３）の画素と（Ｃ１、Ｒ４）の画素とのペアが出力された後に、（Ｃ２、Ｒ３）の画素と（Ｃ２、Ｒ４）の画素とのペアが出力され、同様に行Ｒ３、Ｒ４の続く列の画素が続いて出力される。従って、このような出力を利用すると、式（２）の演算は、例えば、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４に対しては行えるが、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８に対しては行えない。同様に、式（３）の演算は、例えば、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８に対しては行えるが、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４に対しては行えない。従って、各色の色差信号は８行の撮像素子に対して２行だけしか得られない。従って、色差信号の垂直方向の解像度が低下する。
【００１０】
本発明は、水平方向、垂直方向共に解像度が高い画像信号が得られるＣＭＯＳセンサ及びこれを備える撮像システムを提供することを目的とする。
【００１１】
また、本発明は、簡易カラー表示、オートフォーカス、オートホワイトバランスに使用できる画像信号を高速に出力できるモードと高解像度の画像を出力できるモードなどのマルチモードを備えるＣＭＯＳセンサ及びこれを備える撮像システムを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、４色の色フィルタアレイを介して撮像素子に入射した入射光よりカラー画像信号を生成するＣＭＯＳセンサにおいて、前記色フィルタアレイは、２行×２列の周期性を持ち、２行×２列の周期単位の中で、４個の色フィルタの色は全て異なり、前記４個の色フィルタは、可視光範囲において緑色光のみを透過するＧフィルタと、可視光範囲において青色光のみを遮断するＹｅフィルタと、可視光範囲において緑色光のみを遮断するＭｇフィルタと、可視光範囲において赤色光のみを遮断するＣｙフィルタとであり、Ｇフィルタの垂直方向に隣接してＣｙフィルタが配置され、Ｇフィルタの水平方向に隣接してＹｅフィルタが配置され、Ｃｙフィルタの水平方向に隣接し、且つ、Ｙｅの垂直方向に隣接してＭｇフィルタが配置され、当該ＣＭＯＳセンサの内部に、水平方向に相互に隣接する２つの画素の信号をそれぞれ保持するコンデンサと、これらのコンデンサに保持された信号を足し合わせるためのスイッチと、該足し合わされた信号の差分を垂直方向に相互に隣接する行間で得ることにより青の色差信号を得るための差動増幅器と、垂直方向に相互に隣接する２つの画素の信号をそれぞれ保持するコンデンサと、これらのコンデンサに保持された信号を足し合わせるためのスイッチと、該足し合わされた信号の差分を水平方向に相互に隣接する列間で得ることにより赤の色差信号を得るための差動増幅器と、を備えることを特徴とするＣＭＯＳセンサが提供される。
【００１３】
上記のＣＭＯＳセンサにおいて、４行×１列の領域の全信号の加算値を読み出す手段を備えるようにしてもよい。
【００１４】
上記のＣＭＯＳセンサにおいて、１行×４列の領域の全信号の加算値を読み出す手段を備えるようにしてもよい。
【００１８】
本発明の第２の観点によれば、上記のＣＭＯＳセンサを備えることを特徴とする撮像システムが提供される。
【００４４】
【発明の実施の形態】
［実施形態１］
図１は、実施形態１による色フィルタのパターン図である。このパターンは水平方向に２画素、垂直方向に２画素の周期性を持つ。水平方向に２画素、垂直方向に２画素のパターンの中で、第１行には左から順にＧ、Ｙｅの色フィルタが並び、第２行には左から順にＣｙ、Ｍｇが並ぶ。なお、色フィルタのパターンは左右又は上下が反転していても良い。
【００４５】
輝度信号Ｙ、青の色差信号ＣＢ、赤の色差信号ＣＲは、様々な形状の領域のＣｙ、Ｙ、Ｍｇ、Ｇを用いて各々式（２）、（３）の演算をすることにより得られる。図２は、水平方向に２個、垂直方向に２個の基本パターンを並べた色フィルタのパターン図である。図２を参照しながら、具体的な読み出し方法について説明する。
【００４６】
［読み出し１］
色差信号ＣＢを、撮像素子から出力される系列：
(G1+Ye1),(Cy1+Mg1),(G2+Ye2),(Cy2+Mg2),
(G3+Ye3),(Cy3+Mg3),(G4+Ye4),(Cy4+Mg4),・・・
の隣接するペアより求める。例えば、
CB1=(G1+Ye1)-(Cy1+Mg1)
CB2=(G2+Ye2)-(Cy2+Mg2)
CB3=(G3+Ye3)-(Cy3+Mg3)
CB4=(G4+Ye4)-(Cy4+Mg4)
である。
【００４７】
色差信号ＣＲを、撮像素子から出力される系列：
(G1+Cy1),(Ye1+Mg1),(G2+Cy2),(Ye2+Mg2),
(G3+Cy3),(Ye3+Mg3),(G4+Cy4),(Ye4+Mg4),・・・
の隣接するペアより求める。例えば、
CR1=(G1+Cy1)-(Ye1+Mg1)
CR2=(G2+Cy2)-(Ye2+Mg2)
CR3=(G3+Cy3)-(Ye3+Mg3)
CR4=(G4+Cy4)-(Ye4+Mg4)
である。読み出し方法１によれば、色差信号ＣＢ、ＣＲは、水平方向、垂直方向共に２画素に１個得られるので、高解像度となる。
【００４８】
［読み出し２］
輝度信号Ｙを、撮像素子から出力される系列：
(G1+Cy1+G3+Cy3),(Ye1+Mg1+Ye3+Mg3),
(G2+Cy2+G4+Cy4),(Ye2+Mg2+Ye4+Mg4),・・・
より求める。例えば、
Y1=(G1+Cy1+G3+Cy3)+(Ye1+Mg1+Ye3+Mg3)
Y2=(G2+Cy2+G4+Cy4)+(Ye2+Mg2+Ye4+Mg4)
である。読み出し方法２によれば、輝度信号Ｙは、水平方向に２画素毎に１個得られる。また、輝度信号Ｙのレベルが高くなる。この方法に生成された輝度信号Ｙは、特に被写体が細かい縦縞パターンなどの水平方向の解像度が高いものであり、且つ、被写体が低輝度であるときのオートフォーカス用検出信号として用いるのに適する。
【００４９】
［読み出し３］
輝度信号Ｙを、撮像素子から出力される系列：
(G1+Ye1+G2+Ye2),(Cy1+Mg1+Cy2+Mg2),・・・
(G3+Ye3+G4+Ye4),(Cy3+Mg3+Cy4+Mg4),・・・
より求める。例えば、
Y1=(G1+Ye1+G2+Ye2)+(Cy1+Mg1+Cy2+Mg2)
Y2=(G3+Ye3+G4+Ye4)+(Cy3+Mg3+Cy4+Mg4)
である。読み出し方法３によれば、輝度信号Ｙは、垂直方向に２画素毎に１個得られるので、垂直方向に高解像度となる。従って、この方法に生成された輝度信号Ｙは、特に被写体が細かい横縞パターンなどの水平方向の解像度が高いものであるときのオートフォーカス用検出信号として用いるのに適する。
【００５０】
［読み出し４］
色差信号ＣＢを、撮像素子から出力される系列：
(G1+Ye1),(Cy1+Mg1),(G2+Ye2),(Cy2+Mg2),・・・
の隣接するペアより求める。例えば、
CB1=(G1+Ye1)-(Cy1+Mg1)
CB2=(G2+Ye2)-(Cy2+Mg2)
である。
【００５１】
色差信号ＣＲを、撮像素子から出力される系列：
(G3+Cy3),(Ye3+Mg3),(G4+Cy4),(Ye4+Mg4),・・・
の隣接するペアより求める。例えば、
CR1=(G3+Cy3)-(Ye3+Mg3)
CR2=(G4+Cy4)-(Ye4+Mg4)
である。読み出し方法４によれば、色差線順次の信号が得られる。また、読み出し方法４は、被写体が動画であるときに適する。これは読み出し１に比べて読み出し信号の数が半分であるからである。
【００５２】
［読み出し５］
色差信号ＣＢを、撮像素子から出力される系列：
(G1+Ye1),(Cy1+Mg1),(G2+Ye2),(Cy2+Mg2),・・・
の隣接するペアより求める。例えば、
CB1=(G1+Ye1)-(Cy1+Mg1)
CB2=(G2+Ye2)-(Cy2+Mg2)
である。
【００５３】
色差信号ＣＲを、撮像素子から出力される系列：
(G2+Cy2),(Ye2+Mg2),(G4+Cy4),(Ye4+Mg4),・・・
の隣接するペアより求める。例えば、
CR1=(G2+Cy2)-(Ye2+Mg2)
CR2=(G4+Cy4)-(Ye4+Mg4)
である。読み出し方法５は、被写体が動画であるときに適する。
【００５４】
また、読み出し１に比べて、読み出す色差信号の画素数が半分になるので、高速で画像信号を出力することができる。
【００５５】
［読み出し６］
色差信号ＣＢは読み出し５と同様にして得る。
【００５６】
色差信号ＣＲを、撮像素子から出力される系列：
(G1,Cy1),(Ye1,Mg1),(G3,Cy3),(Ye3,Mg3),・・・
の隣接するペアより求める。例えば、
CR1=(G1+Cy1)-(Ye1+Mg1)
CR2=(G3+Cy3)-(Ye3+Mg3)
である。読み出し方法６は、被写体が動画であるときに適する。
【００５７】
また、読み出し１に比べて、読み出す色差信号の画素数が半分になるので、高速で画像信号を出力することができる。
【００５８】
［読み出し７］
色差信号ＣＢは読み出し５と同様にして得る。
【００５９】
色差信号ＣＲを、撮像素子から出力される系列：
(G1,Cy1),(Ye1,Mg1),(G2,Cy2),(Ye2,Mg2),・・・
の隣接するペアより求める。例えば、
CR1=(G1+Cy1)-(Ye1+Mg1)
CR2=(G2+Cy2)-(Ye2+Mg2)
である。読み出し方法７は、被写体が動画であるときに適する。
【００６０】
また、読み出し１に比べて、読み出す色差信号の画素数が半分になるので、高速で画像信号を出力することができる。
【００６１】
更に、色差信号ＣＢと色差信号ＣＲとを同一の領域から求めることを特徴とする。
【００６２】
［読み出し８〜１１］
色差信号ＣＢを、撮像素子から出力される系列：
(G1+Ye1),(Cy1+Mg1),(G3,Ye3),(Cy3,Mg3),・・・
の隣接するペアより求める。例えば、
CB1=(G1+Ye1)-(Cy1+Mg1)
CB2=(G3,Ye3)-(Cy3,Mg3)
である。
【００６３】
色差信号ＣＲは読み出し４〜７と同様にして得る。読み出し方法８〜１１は、被写体が動画であるときに適する。
【００６４】
また、読み出し１に比べて、読み出す色差信号の画素数が半分になるので、高速で画像信号を出力することができる。
【００６５】
［読み出し１２］
色差信号ＣＢを、撮像素子から出力される系列：
(G1+Ye1),(Cy1+Mg1),・・・
の隣接するペアより求める。例えば、
CB1=(G1+Ye1)-(Cy1+Mg1)
である。
【００６６】
色差信号ＣＲを、撮像素子から出力される系列：
(G4,Cy4),(Ye4,Mg4),・・・
の隣接するペアより求める。例えば、
CR1=(G4+Cy4)-(Ye4+Mg4)
である。読み出し方法１２は、被写体が動画であるときに適する。
【００６７】
また、読み出し１に比べて、読み出す色差信号の画素数が１／４になるので、高速で画像信号を出力することができる。
【００６８】
［読み出し１３］
輝度信号Ｙを、撮像素子から出力される系列：
(G1+Ye1),(Cy1+Mg1),(G2+Ye2),(Cy2+Mg2),
(G3+Ye3),(Cy3+Mg3),(G4+Ye4),(Cy4+Mg4),・・・
の隣接するペアより求める。例えば、
Y1=(G1+Ye1)+(Cy1+Mg1)
Y2=(G2+Ye2)+(Cy2+Mg2)
Y3=(G3+Ye3)+(Cy3+Mg3)
Y4=(G4+Ye4)+(Cy4+Mg4)
である。
【００６９】
［読み出し１４］
輝度信号Ｙを、撮像素子から出力される系列：
(G1+Cy1),(Ye1+Mg1),(G2+Cy2),(Ye2+Mg3),
(G3+Cy3),(Ye3+Mg3),(G4+Cy4),(Ye4+Mg4),・・・
の隣接するペアより求める。例えば、
Y1=(G1+Cy1)+(Ye1+Mg1)
Y2=(G2+Cy2)+(Ye2+Mg2)
Y3=(G3+Cy3)+(Ye3+Mg3)
Y4=(G4+Cy4)+(Ye4+Mg4)
である。
【００７０】
なお、以上の読み出しを、例えば、基本パターン単位、或いは複数の基本パターン単位で空間的に間引いて行い、読み出しの高速化を図ることができる。
【００７１】
［実施形態２］
次に、撮像素子として、いわゆるＣＭＯＳセンサを使用した場合の実施形態１で説明した読み出し方法を実現するための回路構成を説明する。
【００７２】
図３は、実施形態２によるＣＭＯＳセンサの構成を示す回路図である。本実施形態によるＣＭＯＳセンサは、垂直方向に隣接する２個の光検出素子の検出光量の平均値とその隣の列で垂直方向に隣接する２個の光検出素子の検出光量の平均値との差分を出力する第１の出力系列と、水平方向に隣接する２つの光検出素子の検出光量の平均値とその隣の行の水平方向に隣接する２つの光検出器の検出光量の平均値の差分を出力する第２の出力系列とを備える。従って、本実施形態によるＣＭＯＳセンサは実施形態１の読み出し１を行うことができる。
【００７３】
図３を参照すると、１は垂直方向に順次アクティブになる信号であって、各行のコントロール信号をイネーブルさせるためのイネーブル信号を発生する垂直走査回路、１００は入射されてきた光を電荷に変換する光検出素子としてのフォトダイオード、１０１は光検出素子１０１で発生した浮遊拡散領域に転送する転送用トランジスタ、１０２は光検出器１００で発生した電荷を一時的に蓄積する拡散浮遊領域、１０３はトランジスタ１０４のゲートに蓄積された電荷を放電するリセット用トランジスタ、１０４はアンプ用トランジスタ、１２１はスイッチ用トランジスタ、１１２は端子７より印加される電圧で決まる定電流源用トランジスタ、１０５はコンデンサ１０９、１１０、１１７，１１８の電荷を放電するためのトランジスタ、１０６は、トランジスタ１０４のソースとコンデンサ１０９とを繋ぐ分配用トランジスタ、トランジスタ１０７はトランジスタ１０４のソースとコンデンサ１１０とを繋ぐ分配用トランジスタ、１０９、１１０はトランジスタ１０４からの供給電圧により充電されるラインメモリとして機能するコンデンサ、１０８はコンデンサ１０９の蓄積電荷とコンデンサ１１０の蓄積電荷とを平均化をコントロールするための平均化用トランジスタ、１１１はラインメモリ１０９の電圧を差動増幅器１２２の前段のバッファ１２３に印加させるためのスイッチトランジスタ、１２２はコンデンサ１０９の電圧とコンデンサ１０９'の電圧との差分を増幅する差動増幅器、１１３はトランジスタ１０４のソースとコンデンサ１１７とを接続するスイッチトランジスタ、１１４はトランジスタ１０４のソースとコンデンサ１１８とを接続するスイッチトランジスタ、１１７、１１８は、トランジスタ１０４のソースから供給される電流により充電されるラインメモリとしてのコンデンサ、１１５はコンデンサ１１７の蓄積電荷とコンデンサ１１７'の蓄積電荷の平均化をコントロールするためのスイッチトランジスタ、１１６はコンデンサ１１８の蓄積電荷とコンデンサ１１８'の蓄積電荷との平均化をコントロールするためのスイッチコンデンサ、１１９はラインメモリ１１７の電圧を差動増幅器の前段のバッファ１２８に印加させるためのスイッチトランジスタ、１２７はコンデンサ１１７の電圧とコンデンサ１１８'の電圧との差分を増幅する差動増幅器である。定電流源用トランジスタ１１２は行単位に活性化され、トランジスタ１０４と対でアンプを構成する。
【００７４】
図４は図３に示すＣＭＯＳセンサの動作タイミングを表すタイミングチャートである。図３と図４を参照しながら、図３に示すＣＭＯＳセンサの動作を以下に説明する。
【００７５】
Ｔ２０１において、端子１１のパルスはＨＩＧＨ状態でＭ端子３０、３１、５０、５１のパルスがＨＩＧＨになり、ラインメモリ１０９，１１０，１１７、１１８は全て初期電位にリセットされる。また、端子２からの垂直走査回路１のスタートパルス、端子３からの走査パルスがＨＩＧＨになり、垂直走査回路１が走査を開始し、第１行目が選択される。端子８からはＨＩＧＨパルスが入力され、画素部の浮遊拡散領域がリセットされる。Ｔ２０２において、端子８のリセットパルスが立ち下がり、１行目の画素の浮遊拡散領域が電気的に浮遊状態になる。Ｔ２０３において、端子９にＨＩＧＨパルスが入力され、第１行目の光検出器から浮遊拡散領域への転送が行われる。Ｔ２０４において、端子１０、３０、５０にＨＩＧＨパルスが入力され、１行目の光検出器で検出された光量に比例した電圧がアンプ１０４によりコンデンサ１０９、１１７に読み出される。Ｔ２０５において、垂直走査パルス３が立ち下がる。Ｔ２０６において、垂直パルス３が再び立ち上がり、第２行目が選択される。Ｔ２０７で端子８のリセットパルスが立ち下がり、２行目の画素の浮遊拡散領域が電気的に浮遊状態になる。Ｔ２０８において、Ｔ２０３と同様に、端子９にＨＩＧＨパルスが入力され、第２行目の光検出器から浮遊拡散領域への転送が行われる。Ｔ２０９において、Ｔ２０４のときと同様に、端子１０、３１、５１にＨＩＧＨパルスが入力されて、２行目の光検出器で検出された光量に比例した電圧が２行目のアンプ１０４によりコンデンサ１１０、１１８に読み出される。Ｔ２１０において、端子４０、６０，６１にＨＩＧＨパルスが入力され、ラインメモリ上で蓄積電荷の平均化が行われる。Ｔ２１１から水平走査回路４が動作を開始し、平均化された後の電圧が水平方向に順次差動アンプ１２２、１２７に印加される。差動アンプ１２２、１２７からは、青の色差信号ＣＢ、赤の色差信号ＣＲが出力される。更に、端子７０，７１又は８０，８１をオペアンプ等により構成される加算器（不図示）により加算することにより輝度信号も得られる。
【００７６】
また、スイッチ１０８による平均化を行わなず全行の信号をコンデンサ１０９に一時蓄積すれば、出力端子７１から奇数列の１画素毎の出力信号を得ることができる。同様に、偶数番列の１画素毎の出力信号は出力端子７０から得ることができる。
【００７７】
［実施形態３］
図５は、実施形態３によるＣＭＯＳセンサの構成を示す回路図である。本実施形態によるＣＭＯＳセンサは、水平方向に隣接する２個の光検出素子の検出光量の平均値、又は水平方向に隣接する４個の光検出素子の検出光量の平均値と出力する出力系列を備える。従って、本実施形態によるＣＭＯＳセンサの２つの出力の和をとることにより、実施形態１の読み出し３を行うことができる。
【００７８】
図７において、実施形態３のＣＭＯＳセンサと同一部分には同一番号を付して重複する説明は省略する。３０１は、コンデンサ１０９の蓄積電荷とコンデンサ１０９'の蓄積電荷を平均化をコントロールするためのスイッチトランジスタ、３０２は、コンデンサ１１０の蓄積電荷とコンデンサ１１０'の蓄積電荷を平均化をコントロールするためのスイッチトランジスタ、３０１'は、コンデンサ１０９"の蓄積電荷とコンデンサ１０９"'の蓄積電荷を平均化をコントロールするためのスイッチトランジスタ、３０２'は、コンデンサ１１０"の蓄積電荷とコンデンサ１１０"'の蓄積電荷を平均化をコントロールするためのスイッチトランジスタ、３０３は、コンデンサ１０９'の蓄積電荷とコンデンサ１０９"の蓄積電荷を平均化をコントロールするためのスイッチトランジスタ、３０４は、コンデンサ１１０'の蓄積電荷とコンデンサ１１０"の蓄積電荷を平均化をコントロールするためのスイッチトランジスタである。但し、スイッチ３０１、３０１'、３０３が連動すれば、これらは、コンデンサ１０９，１０９'、１０９"、１０９"'の蓄積電荷を平均化する。すなわち、例えば、スイッチ３０１、３０１'をオンにした後で、又はオンにするときにスイッチ３０３をオンにすれば、これらは、コンデンサ１０９、１０９'、１０９"、１０９"'の蓄積電荷を平均化する。また、スイッチ３０２、３０２'、３０４が連動すれば、これらは、コンデンサ１１０，１１０'、１１０"、１１０"'の蓄積電荷を平均化する。すなわち、例えば、スイッチ３０２、３０４'をオンにした後で、又はオンにするときにスイッチ３０４をオンにすれば、これらは、コンデンサ１１０、１１０'、１１０"、１１０"'の蓄積電荷を平均化する。
【００７９】
図６は図５に示すＣＭＯＳセンサの動作タイミングを表すタイミングチャートである。図５と図６を参照しながら、図５に示すＣＭＯＳセンサの動作を以下に説明する。
【００８０】
Ｔ４０１において、端子２からの垂直走査回路１のスタートパルス、端子３からの走査パルスがＨＩＧＨになり、垂直走査回路１が走査を開始し、第１行目が選択される。端子８からはＨＩＧＨパルスが入力され、画素部の浮遊拡散領域がリセットされる。Ｔ４０２において、端子８のリセットパルスが立ち下がり、１行目の画素の浮遊拡散領域が電気的に浮遊状態になる。Ｔ４０３において、端子９にＨＩＧＨパルスが入力され、第１行目の光検出器から浮遊拡散領域への転送が行われる。Ｔ４０４において、端子１０、５０にＨＩＧＨパルスが入力され、１行目の光検出器で検出された光量に比例した電圧がアンプ１０４によってコンデンサ１０９に読み出される。Ｔ４０５において、垂直走査パルス３が立ち下がる。Ｔ４０６において、垂直パルス３が再び立ち上がり、第２行目が選択される。Ｔ４０７で端子８のリセットパルスが立ち下がり、２行目の画素の浮遊拡散領域が電気的に浮遊状態になる。Ｔ４０８において、Ｔ４０３と同様に、端子９にＨＩＧＨパルスが入力され、第２行目の光検出器から浮遊拡散領域への転送が行われる。Ｔ４０９において、Ｔ４０４のときと同様に、端子１０、５１にＨＩＧＨパルスが入力されて、２行目の光検出器で検出された光量に比例した電圧が２行目のアンプ１０４によってコンデンサ１１０に読み出される。Ｔ４１０において、端子６０，６１、９０，９１にＨＩＧＨパルスが入力され、ラインメモリ上でコンデンサ１０９、１０９'、１０９"、１０９"'の蓄積電荷の平均化及びコンデンサ１１０、１１０'、１１０"、１１０"'の蓄積電荷の平均化が行われる。Ｔ４１１から水平走査回路４が動作を開始し、平均化された後の電圧が水平方向に順次出力される。なお、輝度信号の出力を目的としているため、図５では出力端子は出力端子１６の１系統のみであるが、図５と同様に出力線を複数設けることにより、色差信号を得ることも可能である。
【００８１】
［実施形態４］
図７は、実施形態４によるＣＭＯＳセンサの構成を示す回路図である。本実施形態によるＣＭＯＳセンサは、垂直方向に隣接する２個の光検出素子の検出光量の平均値、又は垂直方向に隣接する４個の光検出素子の検出光量の平均値と出力する出力系列を備える。従って、本実施形態によるＣＭＯＳセンサの２つの出力の和をとることにより実施形態１の読み出し２を行うことができる。
【００８２】
図７において、実施形態３のＣＭＯＳセンサと同一部分には同一番号を付して重複する説明は省略する。５０１、５０２、５０３、５０４は各々トランジスタ１０４から供給される電流をコンデンサ５０８、５０９、５１０、５１１に振り分けて供給するための分配用トランジスタ５０８は１行目の光検出器からの信号を蓄積するためのコンデンサ、５０９は２行目の光検出器からの信号を蓄積するためのコンデンサ、５１０は３行目の光検出器からの信号を蓄積するためのコンデンサ、５１１は４行目の光検出器からの信号を蓄積するためのコンデンサ、５０５は、コンデンサ５０８の蓄積電荷とコンデンサ５０９の蓄積電荷を平均化をコントロールするためのスイッチトランジスタ、５０６は、コンデンサ５０９の蓄積電荷とコンデンサ５１０の蓄積電荷を平均化をコントロールするためのスイッチトランジスタ、５０７は、コンデンサ５１０の蓄積電荷とコンデンサ５１１の蓄積電荷を平均化をコントロールするためのスイッチトランジスタである。但し、スイッチ５０５、５０６、５０７が連動すれば、これらは、コンデンサ５０８、５０９、５１０、５１１の蓄積電荷を平均化する。すなわち、例えば、スイッチ５０５、５０７をオンにした後で、又はオンにするときにスイッチ５０６をオンにすれば、これらは、コンデンサ５０８，５０９，５１０、５１１の蓄積電荷を平均化する。
【００８３】
図８は図７に示すＣＭＯＳセンサの動作タイミングを表すタイミングチャートである。図７と図８を参照しながら、図７に示すＣＭＯＳセンサの動作を以下に説明する。
【００８４】
Ｔ６０１において、端子２からの垂直走査回路１のスタートパルス、端子３からの走査パルスがＨＩＧＨになり、垂直走査回路１が走査を開始し、第１行目が選択される。端子８からはＨＩＧＨパルスが入力され、画素部の浮遊拡散領域がリセットされる。Ｔ６０２において、端子８のリセットパルスが立ち下がり、１行目の画素の浮遊拡散領域が電気的に浮遊状態になる。Ｔ６０３において、端子９にＨＩＧＨパルスが入力され、第１行目の光検出器から浮遊拡散領域への転送が行われる。Ｔ６０４において、端子１０、３０にＨＩＧＨパルスが入力され、１行目の光検出器で検出された光量に比例した電荷がコンデンサ５０８に蓄積される。Ｔ６０５において、垂直走査パルス３が立ち下がる。Ｔ６０６において、垂直パルス３が再び立ち上がり、第２行目が選択される。Ｔ６０７で端子８のリセットパルスが立ち下がり、２行目の画素の浮遊拡散領域が電気的に浮遊状態になる。Ｔ６０８において、Ｔ６０３と同様に、端子９にＨＩＧＨパルスが入力され、第２行目の光検出器から浮遊拡散領域への転送が行われる。Ｔ６０９において、Ｔ６０４のときと同様に、端子１０、３１にＨＩＧＨパルスが入力されて、２行目の光検出器で検出された光量に比例した電荷がコンデンサ５０９に蓄積される。同様にしてＴ６１０において端子１０、３２にＨＩＧＨパルスが入力されて、３行目の光検出器で検出された光量に比例した電荷がコンデンサ５１０に蓄積される。更に、Ｔ６１１において端子１０、３３にＨＩＧＨパルスが入力されて、４行目の光検出器で検出された光量に比例した電荷がコンデンサ５１１に蓄積される。Ｔ６１２において、端子４０、４１にＨＩＧＨパルスが入力され、ラインメモリ上でコンデンサ５０８、５０９、５１０、５１１の蓄積電荷の平均化が行われる。Ｔ６１３から水平走査回路４が動作を開始し、平均化された後の電圧が水平方向に順次出力される。出力端子７０からは第１行から第４行までの光検出器の検出光量の平均値に比例した電圧が列方向に順次出力される。
【００８５】
また、スイッチ５０６による平均化を行わなければ、第１列と第２列との平均値を出力端子７０から得ることができ、第３列と第４列との平均値を出力端子７１から得ることができ、第１列と第２列との平均値と第３列と第４列との平均値との差分を出力端子７２から得ることができる。
【００８６】
図３から８を用いて説明した駆動において、画素の光信号を読み出す前に、拡散浮遊領域のリセット電圧を別のラインメモリに読み出しても良い。この電圧と光信号出力との差分をとることにより、トランジスタ１０４の閾値電圧のばらつきによる出力電圧のばらつきを除去することができる。従って、各光検出素子で検出した光量による信号にばらつきによるノイズ成分が混入しないＳ／Ｎの高い信号を得ることができる。
【００８７】
また、垂直／水平走査を１ブロック毎、又は複数ブロック毎に間引き走査を行うことにより、更に、圧縮した信号が得られる。
【００８８】
更に、別種の光電変換素子を用いても上記の実施形態と同様な効果を得ることができる。
【００８９】
更に、上記の実施形態では色フィルタとして、イエロＹｅ、マゼンダＭｇ、シアンＣｙ、グリーンＧの４色の色フィルタを使用するとしたが、輝度信号又は色差信号が得られるものであれば、他のフィルタを使用してもよい。
【００９０】
［実施形態５］
図９は、実施形態５による撮像素子を含む撮像システムの構成を示す図である。
【００９１】
図９においては、まず、ＣＭＯＳセンサ等の撮像素子９１内のそれぞれの画素からの信号に対して、撮像装置９１内において色差信号や輝度信号を作るために加算などの演算をするのではなく、それぞれの画素からの信号はそのまま撮像素子９１から出力している。そして、それらの信号はＡ／Ｄ変換器９２によってＡ／Ｄ変換され、ディジタル信号としてメモり９３に記憶される。それから、コンピュータ９４がメモリ９３内のディジタル信号に対して演算を施す。ここで、コンピュータ９４を起動させるためのソフトウェアはプログラムを格納した記録媒体を用いることも可能である。記録媒体としては、例えば、フロッピーディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ、半導体メモリ等がある。
【００９２】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、例えば読み出し１のモードを利用すれば水平方向、垂直方向共に解像度が高い色差信号を持ったカラー画像信号が得られる。
【００９３】
また、本発明によれば、同一の色フィルタパターンを用いながらも様々な読み出し方法があるので、簡易カラー表示、オートフォーカス、オートホワイトバランスに使用できる画像信号を高速に出力できるモードや高解像度の画像信号を出力するモードなどのマルチモードに対応できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１による色フィルタのパターン図である。
【図２】本発明の実施形態１による読み出しを説明するための図である。
【図３】本発明の実施形態２による撮像素子の回路図である。
【図４】図３の動作タイミング例を示すタイミング図である。
【図５】本発明の実施形態３による撮像素子の回路図である。
【図６】図５の動作タイミング例を示すタイミング図である。
【図７】本発明の実施形態４による撮像素子の回路図である。
【図８】図７の動作タイミング例を示すタイミング図である。
【図９】本発明の実施形態５による撮像素子を含む撮像システムの構成を示す図である。
【図１０】従来例による色フィルタのパターン図である。
【図１１】別の従来例による色フィルタのパターン図である。
【符号の説明】
１００  光検出器
１０１  転送用トランジスタ
１０２  拡散浮遊領域
１０３  リセット用トランジスタ
１０４  アンプ用トランジスタ
１０６、１０７、５０１、５０２、５０３、５０４  分配用トランジスタ
１２１  スイッチ用トランジスタ
１０５  放電用トランジスタ
１０８、１１５，１１６、３０１、３０２，３０３、３０４、５０５、５０６、５０７  平均化用トランジスタ
１０９、１１０、１１７、１１８  コンデンサ（ラインメモリ）
１２２，１２７  差動アンプ
【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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