(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換する受光素子の位置を隣接した受光素子に対して互いにずらして２次元配置し、各受光素子に対して被写界からの入射光側に該入射光を色分解する色分解手段が配された撮像手段から信号電荷をすべて読み出す本撮像の前に行う予備の撮影により得られた情報に基づいて前記本撮像を行って信号電荷を読み出し、該信号電荷を出力させるように形成された垂直転送路、水平転送路と順次転送し、得られた信号にディジタル信号処理を施して出力する固体撮像装置において、該装置は、
前記受光素子からの信号読出しで画像に混色が表れる撮像手段を用いた場合、前記予備の撮影と異なる奇数列と偶数列とを分けて読み出す前記本撮像とで前記撮像手段からの信号電荷読出しをそれぞれ切換制御する制御手段と、
該制御手段からの前記本撮像の指示に応じて前記撮像手段の受光素子の１ライン分の信号電荷が前記水平転送路に到達した際に、その都度該１ライン分の信号電荷読出し駆動を行う駆動信号を供給する信号供給手段とを含むことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、前記信号供給手段は、前記水平駆動信号の駆動周波数を前記予備の撮像時よりも低い駆動周波数にすることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項３】
用意した２次元配置した複数個の受光素子を隣接する受光素子と互いに位置がずれた位置関係に配し、複数個の受光素子のそれぞれに対応して被写界からの入射光側で各色に色分解し、該色分解した光をそれぞれの受光素子で光電変換して信号電荷をすべて読み出す本撮像の前に行う予備の撮影により得られた情報に基づいて前記本撮像を行って信号電荷を読み出し、該信号電荷を垂直方向、水平方向に順次転送し、出力する信号読出し方法において、該方法は、
前記受光素子からの信号読出しで画像に混色が表れる撮像手段を用いた場合、前記予備の撮影と異なる奇数列と偶数列とを分けて読み出す前記本撮像とに応じて前記撮像手段からの信号電荷読出しをいずれか一方の撮像に制御を切り換える切換制御工程と、
該切換制御工程で前記本撮像を行う際の制御に応じて前記２次元配置した受光素子から信号電荷を読み出すタイミングのシフト信号を生成するとともに、読み出した列の信号電荷を垂直方向、水平方向に転送する駆動信号を生成する信号生成工程と、
該信号生成工程で生成したシフト信号の供給により前記受光素子で光電変換した信号電荷を読み出す信号シフト工程と、
該信号シフト工程で読み出した信号電荷を供給される駆動信号に応じて垂直方向に転送する垂直転送工程と、
該垂直転送工程により前記信号電荷が垂直方向に直交する水平方向への転送する際に前記駆動信号に応じて供給された１ラインすべてを読み出す水平転送工程とを含み、
前記垂直転送工程、前記水平転送工程を繰り返して前記信号電荷を読み出すことを特徴とする信号読出し方法。
【請求項４】
請求項３に記載の方法において、前記信号生成工程は、前記駆動信号の水平駆動周波数を前記予備の撮像時よりも低い駆動周波数にすることを特徴とする信号読出し方法。
【請求項５】
請求項３に記載の方法において、前記色分解は、前記受光素子に対応して正方格子状の位置に色G を配し、該色G の正方格子の中心位置に色R または色B を交互に配して完全市松を形成する配置パターンで行うことを特徴とする信号読出し方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像装置および信号読出し方法に関し、たとえば、画素数の高画素化したディジタルカメラや画像入力装置等に適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、銀塩カメラの画質を目指して、電気的に被写体の画像を撮影するディジタルカメラが画素数を一層高める技術が各種提案されてきている。たとえば、特開平10-136391 号公報には、画像の空間サンプリングの最適化をもたらし、受光効率の向上を図るように画素をずらして配置するとともに、モアレ等の偽信号を抑圧する固体撮像装置が提案されている。
【０００３】
ところで、高画質を目的として撮像部に高画素化した画素アレイを用いたディジタルカメラ等においては、本撮像（すなわち、スチル撮像）を行う前に、予備の撮影として撮像部からAE/AF (Automatic Exposure/Automatic Focusing）用の動作や液晶画面に画像を表示させるムービー駆動を行っている。ここで、高画素とは、たとえば、百万画素以上の画素数、いわゆるメガピクセルのことを示している。制御に関して高画素化した撮像部は、予備の撮影に対する駆動と、スチル画像の本撮像での駆動を同じ駆動で読み出している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述したように、予備の撮像において、高画素化した画素アレイを有する撮像部からの信号電荷の読出しは考慮されていなかったので、特に撮像部の駆動を低電圧／高速で水平転送路を駆動させると、低照度の画像領域では水平転送路の駆動周波数や駆動電圧等に伴い信号電荷の転送不良が発生する。この転送不良は、この領域に画素間の混色が発生させて、たとえば液晶モニタにムービー表示させる際に正しい色再現ができなくなる。撮像素子の高画素化および携帯性を考慮した電池の長寿命化にともなう低消費電力化が進みますます低照度の領域での混色が発生しやすくなる方向に向かっている。
【０００５】
本発明はこのような従来技術の欠点を解消し、高画素化および低消費電力化しても本撮像で得られる画像の高画質を図ることのできる固体撮像装置および信号読出し方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上述の課題を解決するために、光電変換する受光素子を２次元配置し、各受光素子に対して被写界からの入射光側にこの入射光を色分解する色分解手段が配された撮像手段から信号電荷をすべて読み出す本撮像の前に行う予備の撮影により得られた情報に基づいて本撮像を行って信号電荷を読み出し、この信号電荷を出力させるように形成された垂直転送路、水平転送路と順次転送し、得られた信号にディジタル信号処理を施して出力する固体撮像装置において、受光素子からの信号読出しが通常の方式で行われた際に、受光素子数、信号読出しの駆動電圧、および水平転送路での信号電荷の駆動により画像に混色が表れる条件を満たす場合、予備の撮影と本撮像とで撮像手段からの信号電荷読出しをそれぞれ切換制御する制御手段と、この制御手段からの本撮像の指示に応じて撮像手段の受光素子の奇数列と偶数列とを交互に信号電荷の読出しを複数回に分けて読み出す駆動に用いる駆動信号を撮像手段に供給する信号供給手段とを含むことを特徴とする。
【０００７】
ここで、信号供給手段は、水平駆動信号の駆動周波数を予備の撮像時よりも低い駆動周波数にすることが好ましい。
【０００８】
本発明の固体撮像装置は、信号供給手段で撮像手段の受光素子の奇数列と偶数列とを交互に信号電荷の読出しを複数回に分けて読み出す駆動に用いる駆動信号を生成し、制御手段からの本撮像の指示に応じて生成している駆動信号を撮像手段に供給することにより、奇数列だけまたは偶数列だけの信号電荷を水平転送路に読み出す。水平転送路の信号電荷の存在するパケット間に着目すると、この信号電荷のあるパケットとの間に空きパケットを発生させる。この空きパケットを発生させることにより通常の信号読出しと同様に駆動した際の１画素間の転送不良を無視することができる。
【０００９】
本発明は上述の課題を解決するために、光電変換する受光素子の位置を隣接した受光素子に対して互いにずらして２次元配置し、各受光素子に対して被写界からの入射光側にこの入射光を色分解する色分解手段が配された撮像手段から信号電荷をすべて読み出す本撮像の前に行う予備の撮影により得られた情報に基づいて本撮像を行って信号電荷を読み出し、この信号電荷を出力させるように形成された垂直転送路、水平転送路と順次転送し、得られた信号にディジタル信号処理を施して出力する固体撮像装置において、受光素子からの信号読出しが通常の方式で行われた際に、受光素子数、信号読出しの駆動電圧、および水平転送路での信号電荷の駆動により画像に混色が表れる条件を満たす場合、予備の撮影と本撮像とで撮像手段からの信号電荷読出しをそれぞれ切換制御する制御手段と、この制御手段からの本撮像の指示に応じて撮像手段の受光素子の１ライン分の信号電荷が水平転送路に到達した際に、その都度この１ライン分の信号電荷読出し駆動を行う駆動信号を供給する信号供給手段とを含むことを特徴とする。
【００１０】
ここで、信号供給手段は、水平駆動信号の駆動周波数を予備の撮像時よりも低い駆動周波数にするとよい。
【００１１】
本発明の固体撮像装置は、いわゆるハニカム配置と呼ぶ画素ずらしした受光素子から信号電荷をシフト信号に応じて読み出して、これらの信号電荷を水平転送路に向けて垂直転送し、信号電荷が水平転送路に1 ライン分転送されると、この1 ライン分の信号電荷をすべて読み出しても信号電荷のあるパケット間に空きパケットを発生させることができる。これにより通常の信号読出しと同様に駆動した際の１画素間の転送不良を無視することができる。
【００１２】
また、本発明は上述の課題を解決するために、用意した受光素子を複数個２次元配置に配し、複数個の受光素子のそれぞれに対応して被写界からの入射光側で各色に色分解し、この色分解した光をそれぞれの受光素子で光電変換して信号電荷をすべて読み出す本撮像の前に行う予備の撮影により得られた情報に基づいて本撮像を行って信号電荷を読み出し、この信号電荷を垂直方向、水平方向に順次転送し、出力する信号読出し方法において、受光素子からの信号読出しが通常の方式で行われた際に、受光素子数、信号読出しの駆動電圧、および水平方向への信号電荷の駆動により画像に混色が表れる条件を満たす場合、予備の撮影と本撮像とに応じて前記撮像手段からの信号電荷読出しをいずれか一方の撮像に制御を切り換える切換制御工程と、この切換制御工程で本撮像を行う際の制御に応じて２次元配置した奇数列または偶数列の受光素子から信号電荷を読み出すタイミングのシフト信号を生成するとともに、読み出した列の信号電荷を垂直方向、水平方向に転送する駆動信号を生成する信号生成工程と、この信号生成工程で生成したシフト信号の供給により受光素子で光電変換した奇数列または偶数列の信号電荷の一方の列だけを読み出す第１の信号シフト工程と、第１の信号シフト工程で読み出した信号電荷を供給される駆動信号に応じて垂直方向、水平方向に順次読み出す第１の列画像読出し工程と、信号生成工程で生成したシフト信号の供給により受光素子で光電変換した、第１の信号シフト工程とは逆の偶数列または奇数列の信号電荷の一方の列だけを読み出す第２の信号シフト工程と、第２の信号シフト工程で読み出した信号電荷を供給される駆動信号に応じて垂直方向、水平方向に順次読み出す第２の列画像読出し工程とを含むことを特徴とする。
【００１３】
ここで、信号生成工程は、駆動信号の水平駆動周波数を予備の撮像時よりも低い駆動周波数にすることが望ましい。
【００１４】
本発明の信号読出し方法は、切換制御に応じて撮像する際に供給する信号を生成し、生成した信号に応じて信号電荷を奇数列または偶数列のいずれか一方から読み出して、垂直方向、水平方向の転送を行い、そしてこの読み出した列が奇数列のとき偶数列を、偶数列のとき奇数列を読み出して同様に垂直方向、水平方向に転送して、読み出した信号電荷を出力する。特に、水平方向の転送を行うとき、一方の列だけからしか信号電荷を読み出していないので、パケット間に空きパケットを発生させて通常の信号読出しと同様に駆動しても１画素間の転送不良は無視することができる。
【００１５】
本発明は上述の課題を解決するために、用意した２次元配置した複数個の受光素子を隣接する受光素子と互いに位置がずれた位置関係に配し、複数個の受光素子のそれぞれに対応して被写界からの入射光側で各色に色分解し、この色分解した光をそれぞれの受光素子で光電変換して信号電荷をすべて読み出す本撮像の前に行う予備の撮影により得られた情報に基づいて本撮像を行って信号電荷を読み出し、この信号電荷を垂直方向、水平方向に順次転送し、出力する信号読出し方法において、受光素子からの信号読出しが通常の方式で行われた際に、受光素子数、信号読出しの駆動電圧、および水平方向への信号電荷の駆動により画像に混色が表れる条件を満たす場合、予備の撮影と本撮像とに応じて撮像手段からの信号電荷読出しをいずれか一方の撮像に制御を切り換える切換制御工程と、この切換制御工程で本撮像を行う際の制御に応じて２次元配置した受光素子から信号電荷を読み出すタイミングのシフト信号を生成するとともに、読み出した列の信号電荷を垂直方向、水平方向に転送する駆動信号を生成する信号生成工程と、この信号生成工程で生成したシフト信号の供給により受光素子で光電変換した信号電荷を読み出す信号シフト工程と、この信号シフト工程で読み出した信号電荷を供給される駆動信号に応じて垂直方向に転送する垂直転送工程と、この垂直転送工程により信号電荷が垂直方向に直交する水平方向への転送する際に駆動信号に応じて供給された１ラインすべてを読み出す水平転送工程とを含み、垂直転送工程、水平転送工程を繰り返して信号電荷を読み出すことを特徴とする。
【００１６】
ここで、信号生成工程は、駆動信号の水平駆動周波数を予備の撮像時よりも低い駆動周波数にすることが好ましい。
【００１７】
また、色分解は、受光素子に対応して正方格子状の位置に色G を配し、この色G の正方格子の中心位置に色R または色B を交互に配して完全市松を形成する配置パターンで行うことが望ましい。この画素ずらし、いわゆるハニカム配置を用いることで、水平転送路に各ラインの到達する時間が異なり、メカシャッタを用いなくても全画素を同時読出しして混色なく信号電荷を出力する。
【００１８】
本発明の信号読出し方法は、たとえば、シフト信号、垂直、水平方向の駆動信号等の各種の信号を生成し、シフト信号により得られた信号電荷を受光素子から読み出し、垂直方向に転送して、水平方向の転送を行う際に読み出した所定の色の信号電荷の間に空きパケットが画素ずらしの配置関係によって形成されることから、混色を防ぎ、次のラインの信号電荷が転送される前に、１ライン分すべて読み出して全画素同時読出しを実現させている。
【００１９】
【発明の実施の形態】
次に添付図面を参照して本発明による固体撮像装置の一実施例を詳細に説明する。
【００２０】
本発明を適用した実施例のディジタルスチルカメラ10の構成を図１に示す。図１のディジタルスチルカメラ10には、光学レンズ系12、操作部14、システム制御部18、信号発生部20、タイミング信号供給部22、絞り調節機構24、光学ローパスフィルタ26、色分解部28、撮像部30、前処理部32、A/D 変換部34、信号処理部36、圧縮／伸張部38、記録再生部40、およびモニタ42が備えられている。これら各部を順次説明する。光学レンズ系12は、たとえば、複数枚の光学レンズを組み合わせて構成されている。光学レンズ系12には、図示しないが、これら光学レンズの配置する位置を調節して画面の画角を操作部14からの操作信号に応じて調節するズーム機構や被写体とカメラ10との距離に応じてピント調節する、AF（Automatic Focus:自動焦点）調節機構が含まれている。これらの機構の調節は、操作部14の一部を成すレリーズシャッタが、たとえば半押し状態にされた際に予備的な被写界の撮像を行って得られる情報に基づいて行われる。操作信号は、システムバス16を介してシステム制御部18に供給される。光学レンズ系12には、後述する信号発生部20、タイミング信号供給部22のタイミング信号発生部22a 、ドライバ部22b を介して駆動信号が供給される。本撮像する場合、得られた情報に応じて設定された状態で上述したレリーズシャッタを全押しすることにより撮像タイミングがシステム制御部18に供給されて撮像制御が行われる。
【００２１】
操作部14には、図示しないレリーズシャッタやたとえばモニタ画面に表示される項目を選択する機能が備えられている。特に、レリーズシャッタは、複数の段階のそれぞれでカメラ10の操作を行うようにシステムバス16を介して操作信号をシステム制御部18に出力する。また、本実施例において操作部14は、各種の動作・処理を行う際のモードの選択などを行えるように、モニタに表示されるポインティングデバイスの操作も行う。この場合の操作部14の操作もシステム制御部18に操作信号として供給される。
【００２２】
システム制御部18は、たとえば CPU（Central Processing Unit:中央演算処理装置）を有する。システム制御部18には、ディジタルスチルカメラ10の動作手順が書き込まれた ROM（Read Only Memory：読み出し専用メモリ）がある。システム制御部18は、たとえば、ユーザの操作に伴って操作部14から供給される情報とこの ROMの情報を用いて各部の動作を制御する制御信号を生成する。システム制御部18は、生成した制御信号を信号発生部20、あらわに制御信号の供給を示していないがタイミング信号供給部22、前処理部32、A/D 変換部34の他に、システムバス16を介して信号処理部36、圧縮／伸張部38、記録再生部40およびモニタ42にも供給する。特に、システム制御部18は、後述するタイミング信号供給部22に対して予備的な撮像と本撮像とで生成するタイミング信号等が異なるように切換制御している。また、システム制御部18は、後述する信号処理部36に対しても特徴を有する各種の制御を行っている。
【００２３】
信号発生部20は、システム制御部18からの制御に応じてシステムクロックを発振器により発生する。信号発生部20は、このシステムクロックをタイミング信号供給部22および信号処理部36に供給する。また、システムクロックは、たとえばシステムバス16を介してシステム制御部18の動作タイミングの基準としても供給される。
【００２４】
タイミング信号供給部22には、タイミング信号発生部22a およびドライバ部22b が備えられている。タイミング信号供給部22は、システム制御部18の制御によって予備的な撮像と本撮像とで切換制御されることにより、異なるタイミング信号を生成する。タイミング信号発生部22a は供給されるシステムクロックを制御信号に基づいて各部を動作させるタイミング信号を生成する回路を含む。タイミング信号発生部22a は、基本的にシステム制御部18の制御により撮像のモードに応じてタイミング信号を生成し、この生成したタイミング信号を図１に示すように各部に出力するとともに、ドライバ部22b にも供給する。ドライバ部22b は、前述した光学レンズ系12のズーム調節機構およびAF調節機構の他、絞り調節機構24および撮像部30にも駆動信号をそれぞれ供給する。ドライバ部22b もシステム制御部18により直接的に制御させるようにしてもよい。本実施例では、本撮像時の信号電荷読出しに用いる信号の供給を制御する特徴を有する。この信号読出し制御ために切換制御に応じてシステム制御部は、タイミング信号発生部22a に対して生成したフィールドシフトパルスを列、すなわち奇数列と偶数列とを区別して一方の列だけに供給する信号供給制御を行う。また、システム制御部18はドライバ部22b に対して、たとえば読み出したくない列のフィールドシフトパルスの駆動信号への重畳を禁止するようにしてもよい。水平駆動は、予備の撮像により遅いレートで信号電荷を読み出すように駆動周波数を低くして用いる。
【００２５】
絞り調節機構24は、被写体の撮影において最適な入射光の光束を撮像部30に供給するように入射光束断面積（すなわち、絞り開口面積）を調節する機構である。絞り調節機構24にもドライバ部22b から駆動信号が供給される。この駆動信号は、前述したシステム制御部18からの制御に応じて動作させるための信号である。この場合、システム制御部18は、図示しないが、撮像部30で光電変換した信号電荷を基にAE（Automatic Exposure :自動露出）処理として絞り・露光時間を算出している。絞り調節機構24には、この算出した値に対応する制御信号が供給されたタイミング信号発生部22a からの信号に応じた駆動信号がドライバ部22b から供給される。
【００２６】
撮像部30は光電変換する撮像素子を光学レンズ系12の光軸と直交する平面が形成されるように配置する。また、撮像素子の入射光側には、個々の撮像素子に対応して光学像の空間周波数をナイキスト周波数以下に制限する光学ローパスフィルタ26と一体的に色分解する色分解部28の色フィルタCFが一体的に配設される。本実施例では単板方式の色フィルタを用いて撮像する。色フィルタCFの種類等については後段でさらに詳述する。撮像素子には、 CCD（Charge Coupled Device:電荷結合素子）や MOS（Metal Oxide Semiconductor:金属酸化型半導体）タイプがある。撮像部30は、供給される駆動信号に応じて光電変換によって得られた信号電荷を予備の撮像と本撮像とに合わせて読み出す。
【００２７】
本実施例では画素ずらしした、いわゆるハニカム配置していること、および色フィルタパターンに色フィルタG を正方格子状に配し、正方格子状の中心に色R または色B を配して色RBによる完全市松パターンを形成していることから、他の実施例での信号読出しは後段で示すように、全画素読出し( プログレッシブ走査）も行うことができる。この用いている色フィルタ配置パターンをG 正方（格子）RB完全市松パターンと呼ぶ。
【００２８】
前処理部32には、図示しないがCDS （Correlated Double Sampling: 相関二重サンプリング；以下CDS という）部が備えられている。CDS 部は、たとえば、CCD 型の撮像素子を用いて、基本的にその素子により生じる各種のノイズをタイミング信号発生部22a からのタイミング信号によりクランプするクランプ回路と、タイミング信号により信号電荷をホールドするサンプルホールド回路を有する。CDS 部は、ノイズ成分を除去してA/D 変換部34に送る。A/D 変換部34は、供給される信号電荷というアナログ信号の信号レベルを所定の量子化レベルにより量子化してディジタル信号に変換するA/D 変換器を有する。A/D 変換部34は、タイミング信号発生部22a から供給される変換クロック等のタイミング信号により変換したディジタル信号を信号処理部36に出力する。
【００２９】
信号処理部36には、図示しないが得られた画像をより一層高画質化するためにデータ補正部、輝度データ生成機能部、輝度データ補間機能部、高解像度プレーン補間機能部、およびマトリクス処理部が含まれる。データ補正部には、色の補正を行うガンマ補正回路や自動的にホワイトバランスの調整を行うAWB (Automatic White Balance）回路等がある。特に、ガンマ補正回路は、 ROM（Read Only Memory）に供給されるディジタル信号とこのディジタル信号に対応して出力する補正データとを組にした複数のデータセットの集まりであるルックアップテーブルを用いる。データ補正部は、この配置に限定されるものでなく、後段に設けてもよいが、この位置に配することにより、ルックアップテーブルの個数が最小で済む。これら一連のデータ補正においてもタイミング信号発生部22a からのタイミング信号に応じて供給される。データ補正部は、この処理した補正データを輝度データ生成機能部に出力する。
【００３０】
輝度データ生成機能部はシステム制御部18の制御により動作する。輝度データ生成機能部は、このように演算処理により受光素子の位置する画素での輝度データY を生成し、輝度データ補間機能部に出力する。輝度データ補間機能部は、供給される輝度データY の間にある仮想画素の位置における輝度データの補間生成を行う演算機能部である。輝度データ補間機能部は、プレーンの輝度データYhを生成し、高解像度プレーン補間機能部に供給される。高解像度プレーン補間機能部は、プレーンの輝度データYhとデータ補正した三原色R, G, B の画素データを入力し、これらのデータを用いてR プレーンデータ、G プレーンデータおよびB プレーンデータを生成する演算機能部である。高解像度プレーン補間機能部は、生成した三原色RGB のプレーンデータをマトリクス処理部に出力する。高解像度プレーン補間機能部には、これらの信号処理して得られた画像データを格納するとともに、非破壊読出し可能なメモリがそれぞれ備えられている。高解像度プレーン補間機能部はプレーン補間に用いる画素データを読み出して画素データの算出を行う。マトリクス処理部は、供給される三原色RGB のそれぞれR プレーンデータ、G プレーンデータおよびB プレーンデータを用いて、画像表示に用いる形式、すなわち輝度データY 、色差データ(R-Y), (B-Y)に変換する。これらの出力形式のデータは、各色に定めた混合割合を乗算し演算することから得られる。混合割合を決める係数は、従来からの値を用いる。この変換した３つのデータに各帯域を含み折返し歪が生じないカットオフ周波数に設定してアンチエリアシング処理を施す。このうち、輝度データY をアパーチャ調整部に送って、輝度データY の周波数の高域を持ち上げる。これにより、画像の輪郭が強調される。このようにしてマトリクス処理部は、輝度データY 、色差データ(R-Y), (B-Y)を圧縮／伸張部38およびモニタ42に出力する。マトリクス処理部は、モニタ42に撮像した画像をシステムバス16を介して供給する。
【００３１】
このように構成して信号処理部36は、受光素子の画素データを用いて、この際にたとえば、相関の大きい方の画素データから輝度データY および色差データを生成して圧縮／伸張部38およびモニタ42に出力する。
【００３２】
圧縮／伸張部38は、たとえば、直交変換を用いたJPEG（Joint Photographic Experts Group）規格での圧縮を施す回路と、この圧縮した画像を再び元のデータに伸張する回路とを有する。圧縮／伸張部38は、システム制御部18の制御により記録時には圧縮したデータをシステムバス16を介して記録再生部40に供給する。また、圧縮／伸張部38は、前述と同様にシステム制御部18の制御により信号処理部36からのデータをスルーさせ、システムバス16を介してモニタ42に供給させてもよい。圧縮／伸張部38が伸張処理を行う場合、逆に記録再生部40から読み出したデータをシステムバス16を介して圧縮／伸張部38に取り込んで処理する。ここで、処理されたデータもモニタ42に供給して表示させる。
【００３３】
記録再生部40は、記録媒体に記録する記録処理部と、記録媒体から記録した画像データを読み出す再生処理部とを含む（ともに図示せず）。記録媒体には、たとえば、いわゆる、スマートメディアのような半導体メモリや磁気ディスク、光ディスク等がある。磁気ディスク、光ディスクを用いる場合、画像データを変調する変調部とともに、この画像データを書き込むヘッドがある。モニタ42は、システム制御部18の制御に応じてシステムバス16を介して供給される輝度データおよび色差データまたは三原色RGB のデータを画面の大きさを考慮するとともに、タイミング調整して表示する機能を有する。液晶表示のようなモニタを用いてムービー表示する場合、たとえば、予備の撮像において受光素子、すなわち画素を間引きながら表示させる。
【００３４】
図１に示すディジタルカメラ10は、このように構成して高画素化した撮像部30を有していながら予備の撮像と本撮像とを切り換えて制御してそれぞれの撮像に応じた適切な撮像を行っている。特に、低照度の画像領域で転送効率の低下に伴う混色の発生を防止する信号読出しを行って、照度にかかわらず、画像全体の画質を高めている。
【００３５】
さらに、撮像部30と色分解部28に用いる色フィルタCFについて説明する。図２は、撮像部30の撮像面およびドライバ部22b からの垂直転送駆動信号V1〜V8を印加する位置関係を示している。撮像部30は、これまで述べてきたように、入射する光を光電変換する受光素子PDに隣接した受光素子PDが垂直方向および水平方向にずらされて２次元配置された受光部30a と、この受光部30a の前面に形成された開口部APを迂回するように配置され、かつ受光素子PDからの信号を取り出す電極ELと、この電極ELを介して供給される信号を受光部30a の垂直方向に順次転送する垂直転送レジスタVRと、垂直転送レジスタVRに対して直交する方向、すなわち水平方向に信号を転送する水平転送レジスタHRとを備えている。
【００３６】
垂直転送レジスタVRは、供給される垂直転送駆動信号V1〜V8に応じて信号を転送している。すなわち、垂直転送レジスタは１受光部あたり４電極構造になっている。また、１受光部領域の水平隣接領域が２電極構造で前述したように画素ずらしされている。これに対応して水平転送レジスタHRも２電極構造になっている。本実施例の撮像部30に形成された開口部APは、六角形のハニカム形状に形成する。開口形状は、一般的に正方格子であるがこの形状は、感度を向上させるとともに、垂直転送レジスタの幅を同じにして転送効率を低下させないようにする条件を満たせばよい。このことから判るように形状は、多角形でもよく、この他の例としては、正方格子を45°回転させた開口形状として、たとえば、菱形等があり、さらに八角形等にしてもよい。
【００３７】
開口部APは、図２に示すように各開口部APを覆う色フィルタCFの直下にそれぞれ対応して配置される受光素子PDの間隔を各方向毎の画素ピッチPPとするとき、開口部APの配列は、一列毎に垂直方向にあるいは一行毎に水平方向に画素ピッチPP分だけ移動させた２次元配置になっている。四角形以上の多角形を用いる場合、開口形状に合わせて開口部APを隙間なく、隣接する開口部APが稠密な配置に配置にさせてもよい。このような場合、配置する上での画素ピッチPPは半ピッチのずらしでもよい。図２のように六角形の場合、稠密な配置は、水平・垂直方向とも上述した画素ピッチPPの半分だけずらした配置（｜PP｜/2）により形成できる。このように稠密な配置を得るには開口部APの形状に依存する。
【００３８】
なお、図２の撮像部30は、最も左側に位置し、縦方向に色R, Bの受光素子を奇数列とする。また、図２から明らかなように電極ELの設けられている位置に対応してフィールドシフトパルスを含む垂直駆動信号はV1, V3, V5, V7である。そして、本実施例における予備の撮像（レリーズシャッタの半押し操作時）では、これまでの操作と同じに高速読出しが行われる。
【００３９】
このように構成した撮像部30を適用したディジタルカメラ10における本撮像時の動作について説明する。この本撮像の前に行う予備の撮像において得られた情報に基づいてAE/AF 調節を行う各機構は設定されている。また、この予備の撮像に応じて、図３(a) に示すAE調節機構の一部をなすメカニカルシャッタは、たとえばレリーズシャッタの半押し状態から本撮像の撮像タイミングを経て露光が終了するまで開状態になっている。これ以降、メカニカルシャッタは閉状態にする。
【００４０】
また、ディジタルカメラ10では、撮像部30に所定のタイミング信号として垂直同期信号VSが供給される（図３(b) を参照）。撮像部30は、垂直同期信号VSに同期して電子シャッタを動作させる。通常、電子シャッタは、垂直同期信号VSに同期して不要電荷の掃捨て処理を行う。この処理は水平帰線期間中に撮像部30の基板電圧に掃捨てパルスを印加して、垂直同期期間のうち、時刻T1から時刻T2の期間中にこれまで蓄積した信号電荷を基板側に掃き出す( 図３(c) を参照）。実際に、電子シャッタをオン状態にする期間が予備の撮像で得られた情報に基づく露光時間である（図３(d) を参照）。この場合、電子シャッタは、垂直同期期間VDの時刻T2の電荷掃出しが終了した時点から図３(a) のメカニカルシャッタが閉状態になるまでの期間である。
【００４１】
この露光後の次の垂直同期信号に同期して受光素子PDに蓄積した信号電荷の読出しを開始する（図３(d) を参照）。ここで、読み出す信号電荷は、受光部30a の奇数列から読み出すように、システム制御部18からの制御に応じてタイミング信号発生部22a でフィールドシフトパルスを生成して、ドライバ部22b に供給している。この供給により、ドライバ部22b はフィールドシフトパルスを含む駆動信号V1, V5を電極ELに印加する。電極ELは信号電荷を蓄積するゲートで印加される信号に応じてゲートの開閉スイッチ機能を果たしている。これらの電極ELにだけ駆動信号が供給されることにより、奇数列、すなわち図２の撮像部30から色BRが読み出される。
【００４２】
図２に示す状態は、得られた信号電荷を垂直転送レジスタVRに読み出して、垂直転送を行い、水平転送レジスタHRに信号電荷を転送した状態である。このとき、図２の水平転送レジスタHRが示すように、水平転送レジスタの信号電荷の位置関係には、信号電荷の間に空きパケットが存在する。これは、偶数列の信号電荷が入るパケットであったが、結果的に奇数列だけの読み出しにより空けられた。この空きパケットが各受光素子間に形成されることにより１画素間の転送不良を無視できるようになる。このため、個々の画素データに色が混じることを大幅に防止できる。水平転送レジスタHRに読み出した信号電荷は、通常の読出しと同様に次の信号電荷が転送されてくるまでに出力する。ただし、１フィールドの期間に半分の信号電荷を読み出せばよいことから、水平転送の転送レートは従来に比べて半分程度で済ませることができる。
【００４３】
先のフィールドでは奇数列だけの信号電荷読出しであった。次のフィールドでは、図示していないが偶数列だけの信号電荷を読み出すように、フィールドシフトパルスを生成し、印加する。すなわち、垂直駆動信号V3, V7を供給して色G だけの信号電荷を垂直転送レジスタVRに読み出す。前述したように信号電荷を順次水平転送レジスタの方向に転送する。水平転送レジスタHRには、受光素子から読み出した信号電荷の間に空きパケット（奇数列の信号電荷用）ができる。これにより、このフィールドでも１画素間の転送不良が無視できるようになる。このフィールドでも水平転送レジスタHRからの信号電荷読出しを確実に１ライン毎に出力させると、大幅に画素の混色を防止して信号電荷を読み出すことができる。このように撮像部30の受光部30a において露光により得られた信号電荷を列毎に読み出し、後段の信号処理において両フィールドで得られた信号電荷を、この段階で２ライン同時読出しで得られる信号電荷関係に並べ替えして画像を生成することにより、低照度の領域が被写界にあっても混色が生じない、高画質の一枚の画像を生成することができる。
【００４４】
この比較例として図３(e) のこれまで行われてきた動作を説明する。図３(a) 〜図３(c) の設定および動作は前述した実施例と同じである。露光時間も同じに設定して露光を行う。ただし、信号電荷の読出しが１フィールドの時間で行っている。この信号電荷読出しを行うには、本発明の実施例のように奇数列と偶数列の区別なく、三原色RGB を取り出すため２ライン同時読出しを行う。この場合、受光素子を画素ずらしして配していることから、読み出した信号電荷が水平転送レジスタHRに転送されても理論的には色データが混じることがない。この結果、水平転送レジスタHRには、「G_B_G_R_G_B_G_R_・・・ 」の順に信号電荷が配される。ここで、”_ ”は、水平転送レジスタHRのうち、２電極構造のレジスタの一方のレジスタ領域を示している。
【００４５】
この２ライン同時読出しを行うと、この２ラインから三原色RGB は得られるが、課題で述べたように低照度域での転送が水平駆動周波数の高速化および駆動電圧の低下により転送不良になってしまう傾向がある。この結果、この領域で混色が発生し、画像の色再現性が悪い。この画質劣化は、さらなる高画素化や低消費電力化により一層厳しくなる傾向にある。
【００４６】
このように画素の読み出す列を特定し２回に分けて読み出すことによって、結果的に従来の読出しレートよりも低い読出しレートで読み出すことになる。また、従来、予備の撮像と本撮像とでは水平の駆動周波数を同じに読み出していたので予備の撮像時の水平駆動周波数よりも低い駆動周波数で読み出す駆動で行うとも言える。高画素化が要求される撮像において、予備の撮像した信号電荷の高速読出しと、本撮像の画質優先した信号電荷の読出しとを切換制御して読み出すことで本撮像での画素間の転送不良を無視し、低照度域でも色再現性のよい高画質画像を提供することができる。
【００４７】
なお、本実施例は、いわゆるハニカム配置の撮像部に対して適用したがこの信号読出し方法は、画素ずらししていない撮像部においても同様に読み出す信号列を特定してゆっくり読み出すと低照度域での混色を同様に避けることができる。
【００４８】
次に本発明の固体撮像装置を適用したディジタルカメラ10の他の実施例について説明する。本実施例は、画素ずらし配置の、いわゆる画素のハニカム配置に特有な効果を奏するものである。ディジタルカメラ10は、ほぼ先の実施例と同じである。構成上の異なる点は、メカニカルシャッタを用いていない。受光素子PDから信号電荷を読み出す場合、画素ずらし配置の特徴から一度に同時に信号電荷を読み出して垂直方向に信号電荷を転送しても各ライン毎に水平転送レジスタHRに供給される。
【００４９】
このとき、水平転送レジスタHRにおける信号電荷は、空きパケットを介して配された、前述の実施例と同じ奇数列の信号電荷の位置関係に転送される。また、次のラインが水平転送レジスタHRに転送されるとき、信号電荷は偶数列の信号電荷の位置関係と同じ配置で供給される。このことから、各ラインの情報は、次のラインが供給される前に信号電荷を読み出す制御を行うとよいことが判る。この結果、前述の実施例と同じ転送効果が得られる。すなわち、通常の読出しを行う場合、前述した実施例と同様に複数のフィールドにわたって読み出せば水平駆動周波数を下げられるとともに、全画素読出しができる点で大きな効果を有する。また、混色による画質劣化は、空きパケットとして扱って信号電荷を読み出すことから、有意に混色防止できることは明らかである。
【００５０】
以上のように構成し、予備の撮像と本撮像とを切換制御して撮像し、信号電荷をそれぞれ異なる信号電荷読出しで読み出して、特に本撮像での信号電荷読出しにおいて特定の列だけを読み出して水平転送時に信号電荷（すなわち画素データ）間に空きパケットを形成して１画素間の転送不良が無視できるように改善することにより、高画素化した撮像部を用いた際に低照度域があってもこの領域にこれまで生じていた画質劣化を大幅に改善することができる。この空きパケットの形成を行う上で本撮像の水平転送を予備の撮像時に比べてゆっくり読み出すとよい。
【００５１】
また、画素ずらしの、いわゆるハニカム配置では、２つの撮像を切換制御し、本撮像において信号電荷を全画素読出し、順次垂直転送して水平転送レジスタに供給すると、画素ずれにより空きパケット分が形成されることになるから、信号電荷の水平転送を次のラインが水平転送レジスタに転送されるまでの間に水平転送レジスタ内の信号電荷をすべて読み出す処理を行ってもさらなる装置の高画素化および低電力化にも対応して高画質化を図ることができる。
【００５２】
【発明の効果】
このように本発明の固体撮像装置によれば、予備の撮像と本撮像とを制御手段で切換制御して各撮像に応じて信号供給手段で生成した信号を撮像手段に供給して撮像し、信号電荷をそれぞれ異なる信号電荷読出しで読み出して、特に本撮像での信号電荷読出しにおいて特定の列だけを読み出して水平転送時に信号電荷間に空きパケットを形成して１画素間の転送不良が無視できるように改善することにより、高画素化した撮像部を用いた際に低照度域があってもこの領域にこれまで生じていた画質劣化を大幅に改善することができる。また、画素ずらしの、いわゆるハニカム配置では、２つの撮像を切換制御し、本撮像において信号電荷を全画素読出し、順次垂直転送して水平転送レジスタに供給すると、画素ずれにより空きパケット分が形成されることになるから、信号電荷の水平転送を次のラインが水平転送レジスタに転送されるまでの間に水平転送レジスタ内の信号電荷をすべて読み出す処理を行ってもさらなる装置の高画素化および低電力化にも対応して高画質化を図ることができる。
【００５３】
また、本発明の信号読出し方法によれば、切換制御に応じて撮像する際に供給する信号を生成し、生成した信号に応じて信号電荷を奇数列または偶数列のいずれか一方から読み出して、垂直方向、水平方向の転送を行い、そしてこの読み出した列が奇数列のとき偶数列を、偶数列のとき奇数列を読み出して同様に垂直方向、水平方向に転送して、読み出した信号電荷を出力する際に、一方の列だけからしか信号電荷を読み出していないので、パケット間に空きパケットを発生させて通常の信号読出しと同様に駆動しても１画素間の転送不良が目立たないので、画質劣化を改善することができる。いわゆるハニカム配置で全画素読出しした際に、１ライン毎にすべて水平転送して出力することにより、形成した空きパケットの関係を保って信号電荷を読み出すことができ、画質劣化を同様に改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の固体撮像装置を適用したディジタルカメラの概略的な構成を示すブロック図である。
【図２】図１のディジタルカメラにおける撮像部を入射光側から見た撮像平面を示すとともに、撮像における水平転送の信号電荷の位置関係を示す模式図である。
【図３】図１のディジタルカメラにおける撮像における動作を説明するタイミングチャートである。
【図４】従来のディジタルカメラの撮像における水平転送の信号電荷の位置関係を示す模式図である。
【図５】図１のディジタルカメラにおける撮像部を入射光側から見た撮像平面を示すとともに、全画素読出しした際の信号電荷の位置関係を示す模式図である。
【符号の説明】
10  ディジタルカメラ
12  光学レンズ
14  操作部
18  システム制御部
22  タイミング信号供給部
30  撮像部
32  前処理部
34  A/D 変換部
36  信号処理部
38  圧縮／伸張部
42  モニタ
22a タイミング信号発生部
【図１】
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【図２】
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【図４】
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【図３】
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【図５】
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