(57)【要約】【課題】同一色の画素の電荷に基づく電気信号を同一の出力部から出力させる。【解決手段】複数の画素３で発生した電荷を複数の垂直転送路６によって垂直方向に転送する。第１水平転送路１５及び第２水平転送路１６は、複数の垂直転送路６から転送された電荷を水平方向に転送し、１画素分の電荷を交互に水平転送ＣＣＤ１９に転送する。水平転送ＣＣＤ１９に転送された電荷は、各画素３の配列及び電荷の転送順に基づいて、Ｇ画素の電荷が第１分岐転送路２２に、Ｒ画素及びＢ画素の電荷が第２分岐転送路２３に転送される。第１アンプ２６及び第２アンプ２７は、第１分岐転送路２２及び第２分岐転送路２３に転送されたＧ画素、Ｒ画素及びＢ画素の電荷をそれぞれ検出し、電荷量に応じた電気信号を出力する。【選択図】図１
2009071692.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平方向及び垂直方向に配列された複数の画素であって、異なる色光の受光量に応じた電荷を発生する少なくとも第１画素及び第２画素と、
前記複数の第１画素及び第２画素で発生した電荷を列ごとに垂直方向に転送する複数の垂直転送路と、
前記複数の垂直転送路から転送された電荷を水平方向にそれぞれ転送する複数の水平転送路と、
前記複数の水平転送路から１画素分の電荷が順に転送される多重化手段と、
前記多重化手段から１画素分の電荷を読み出し、この１画素分の電荷が前記第１画素の電荷であるときに第１出力部に向けて転送させ、前記１画素分の電荷が前記第２画素の電荷であるときに第２出力部に向けて転送させる分岐手段と、
前記第１出力部及び第２出力部であって、前記第１画素の電荷に応じた電気信号を出力する第１出力部と、前記第２画素の電荷に応じた電気信号を出力する第２出力部とを備えたことを特徴とする撮像素子。
【請求項２】
前記分岐手段は、前記多重化手段から前記第１画素の電荷を読み出して前記第１出力部に向けて転送する第１分岐転送路と、前記多重化手段から前記第２画素の電荷を読み出して前記第２出力部に向けて転送する第２分岐転送路とを備えたことを特徴とする請求項１記載の撮像素子。
【請求項３】
前記分岐手段は、前記複数の第１画素及び第２画素の配列、及び各電荷の転送順序に基づいて、前記第１画素及び第２画素の電荷を前記第１出力部及び第２出力部に向けて転送させることを特徴とする請求項１または２記載の撮像素子。
【請求項４】
前記複数の第１画素と第２画素とからなる画素エリアは、水平方向で分割された少なくとも第１領域と第２領域とを有し、前記複数の水平転送路は、前記第１領域内の複数の前記垂直転送路に接続された第１水平転送路と、前記第２領域内の複数の前記垂直転送路に接続された第２水平転送路とを備えたことを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の撮像素子。
【請求項５】
前記複数の水平転送路として、前記複数の垂直転送路に接続された第１水平転送路と、前記第１水平転送路と平行に配置された第２水平転送路とを設け、前記複数の垂直転送路から前記第１水平転送路に転送された１行分の電荷から、垂直方向の隔列ごとの画素の電荷を前記第２水平転送路に転送する転送路間ゲートを備えたことを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の撮像素子。
【請求項６】
前記複数の第１画素及び第２画素は、一方が赤色光により電荷を発生する赤色画素であり、他方は、青色光により電荷を発生する青色画素、及び緑色光によって電荷を発生する緑色画素であることを特徴とする請求項１〜５いずれか記載の撮像素子。
【請求項７】
請求項１〜６いずれか記載の撮像素子と、前記撮像素子に駆動信号を入力して前記分岐手段に前記第１画素及び第２画素の電荷を分岐させる駆動手段とを備えたことを特徴とする撮像装置。
【請求項８】
前記第１出力部及び第２出力部から出力された電気信号をデジタル信号に変換した画像データに、ホワイトバランス調整を行う信号処理手段を備えたことを特徴とする請求項７記載の撮像装置。
【請求項９】
水平方向及び垂直方向に配列された複数の第１画素及び第２画素を露光するステップと、
前記複数の第１画素及び第２画素で発生した電荷を複数の垂直転送路で列ごとに垂直方向に転送するステップと、
前記垂直転送路から転送された電荷を複数の水平転送路のそれぞれで水平方向に転送するステップと、
前記複数の水平転送路から順に転送された１画素分の電荷が前記第１画素の電荷であるときに第１出力部に向けて転送し、前記第２画素の電荷であるときに第２出力部に向けて転送するステップと、
前記第１出力部及び第２出力部から、前記第１画素及び第２画素の電荷に応じた電気信号をそれぞれ出力するステップとを含むことを特徴とする撮像素子の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の画素で発生した電荷を垂直方向及び水平方向に転送して、出力部で電荷に応じた信号を出力する撮像素子及びその駆動方法、並びに撮像装置に関し、更に詳しくは、複数の水平転送路と、少なくとも第１出力部及び第２出力部とを有する撮像素子及びその駆動方法、並びに撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
被写体に応じた電気信号を出力する撮像素子として、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）を用いたＣＣＤイメージセンサが知られている。インターライン・トランスファ方式のＣＣＤイメージセンサは、水平方向及び垂直方向に配列された複数の画素を有している。また、複数の画素で発生した電荷を列ごとに垂直方向に転送する複数の垂直転送路と、複数の垂直転送路から転送された１行分の電荷を水平方向に転送する水平転送路とを備えている。水平転送路の出力端には、電荷を検出して電気信号に変換し、この電気信号を増幅して出力する出力部が設けられている。
【０００３】
画素は、入射光に応じた電荷を発生する光電変換部と、この光電変換部の上に配置されたカラーフィルタとを有している。カラーフィルタには、原色カラーフィルタと補色カラーフィルタとがあり、原色カラーフィルタでは、例えば赤色、緑色、青色のフィルタが用いられる。原色カラーフィルタの配列として一般的なベイヤ配列では、緑色のフィルタは赤色及び青色のフィルタよりも数が多く、かつ水平垂直方向で同じ色のフィルタが隣接しないように配置されている。
【０００４】
ＣＣＤイメージセンサは、高解像度化により電荷の読出し時間が長くなる。この読出し時間の短縮を図るため、水平転送路及び出力部を複数設けて出力を多チャンネル化したＣＣＤイメージセンサが発明されている（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００５】
特許文献１記載のＣＣＤイメージセンサは、１つの水平転送路を２つの領域に分割した第１水平転送路及び第２水平転送路と、各水平転送路に接続された第１出力部及び第２出力部とを有している。また、特許文献２記載のＣＣＤイメージセンサは、平行に配置された第１水平転送路及び第２水平転送路と、各水平転送路に接続された第１出力部及び第２出力部を有している。各出力部からは、赤色フィルタが設けられた画素、緑色フィルタが設けられた画素、青色フィルタが設けられた画素の電気信号がそれぞれ出力される。
【０００６】
しかし、第１出力部と第２出力部には、製造バラツキ等によりゲイン差、リニアリティ差、飽和差、黒レベル差等が発生し、電気信号の出力特性に差が生じることがある。出力特性差が大きな第１出力部及び第２出力部からそれぞれ出力される電気信号は、同一色の画素の同量の電荷に基づくものであってもレベルが異なる。そのため、この電気信号に基づいて作成される画像は、本来ならば同じ色になるはずの画素が異なる色になる。
【０００７】
上記問題を解決するため、例えば、特許文献３記載の発明では、電気信号の出力時に、第１出力部及び第２出力部からそれぞれ出力される電気信号のレベルが合うようにゲインを調整している。また、特許文献４記載の発明では、各画素列に２本の垂直転送路を設けて同一色の画素の電荷を同一の水平転送路に転送し、色ごとに同一の出力部から電気信号を出力させている。
【特許文献１】特開２００４−０８０２８６号公報
【特許文献２】特開２００７−０１３３３８号公報
【特許文献３】特開２００４−１４６８９７号公報
【特許文献４】特開２００７−１２４６３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献３記載の発明では、精度が高く且つ高速なゲイン調整処理が必要となる。また、特許文献４記載の発明では、垂直転送路の数が通常のインターライン・トランスファ方式のＣＣＤイメージセンサよりも多くなり、制御が複雑になる。
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するために、高精度、高速なゲイン調整処理、複雑な垂直転送処理を行わずに、同一色の画素の電荷に基づく電気信号を同一の出力部から出力させる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために本発明の撮像素子は、水平方向及び垂直方向に配列された複数の画素であって、異なる色光の受光量に応じた電荷を発生する少なくとも第１画素及び第２画素と、複数の第１画素及び第２画素で発生した電荷を列ごとに垂直方向に転送する複数の垂直転送路と、複数の垂直転送路から転送された電荷を水平方向にそれぞれ転送する複数の水平転送路と、複数の水平転送路から１画素分の電荷が順に転送される多重化手段と、多重化手段から１画素分の電荷を読み出し、この１画素分の電荷が第１画素の電荷であるときに第１出力部に向けて転送させ、１画素分の電荷が前記第２画素の電荷であるときに第２出力部に向けて転送させる分岐手段と、前記第１出力部及び第２出力部であって、第１画素の電荷に応じた電気信号を出力する第１出力部と、第２画素の電荷に応じた電気信号を出力する第２出力部とを備えたものである。
【００１１】
また、分岐手段は、多重化手段から第１画素の電荷を読み出して第１出力部に向けて転送する第１分岐転送路と、多重化手段から第２画素の電荷を読み出して第２出力部に向けて転送する第２分岐転送路とを備えたものである。
【００１２】
更に、分岐手段は、複数の第１画素及び第２画素の配列、及び各電荷の転送順序に基づいて、第１画素及び第２画素の電荷を第１出力部及び第２出力部に向けて転送させる。
【００１３】
また、上記撮像素子は、複数の第１画素と第２画素とからなる画素エリアを水平方向で分割した少なくとも第１領域と第２領域とを有し、複数の水平転送路は、第１領域内の複数の垂直転送路に接続された第１水平転送路と、第２領域内の複数の垂直転送路に接続された第２水平転送路とから構成したものである。
【００１４】
また、別の撮像素子は、複数の水平転送路として、複数の垂直転送路に接続された第１水平転送路と、第１水平転送路と平行に配置された第２水平転送路とを設け、複数の垂直転送路から第１水平転送路に転送された１行分の電荷から、垂直方向の隔列ごとの画素の電荷を第２水平転送路に転送する転送路間ゲートを備えたものである。
【００１５】
また、複数の第１画素及び第２画素は、一方が赤色光により電荷を発生する赤色画素とし、他方が、青色光により電荷を発生する青色画素、及び緑色光によって電荷を発生する緑色画素としたものである。
【００１６】
また、本発明の撮像素子は、請求項１〜６いずれか記載の撮像素子と、撮像素子に駆動信号を入力して分岐手段に第１画素及び第２画素の電荷を分岐させる駆動手段とを備えたものである。
【００１７】
また、第１出力部及び第２出力部から出力された電気信号をデジタル信号に変換した画像データに、ホワイトバランス調整を行う信号処理手段を備えたものである。
【００１８】
また、本発明の撮像素子の駆動方法は、水平方向及び垂直方向に配列された複数の第１画素及び第２画素を露光するステップと、複数の第１画素及び第２画素で発生した電荷を複数の垂直転送路で列ごとに垂直方向に転送するステップと、垂直転送路から転送された電荷を複数の水平転送路のそれぞれで水平方向に転送するステップと、複数の水平転送路から順に転送された１画素分の電荷が第１画素の電荷であるときに第１出力部に向けて転送し、第２画素の電荷であるときに第２出力部に向けて転送するステップと、第１出力部及び第２出力部から、第１画素及び第２画素の電荷に応じた電気信号をそれぞれ出力するステップとを含むものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の撮像素子及び撮像素子の駆動方法によれば、同一色の画素の電荷に基づく電気信号を同一の出力部から出力させているので、同色の画素の電荷の電気信号への変換に、２つの出力部の出力特性差が影響を及ぼすことはない。よって、同色の画素で色が異なるような画質の劣化を防止することができる。
【００２０】
また、同一色の画素の電荷を同一の出力部へ振り分ける際に、第１画素及び第２画素の配列、及び各電荷の転送順序に基づいて分岐させているので、第１画素と第２画素の電荷を判定する複雑な機能は必要がなく、従来の撮像素子で用いられている高精度、高速なゲイン調整処理、複雑な垂直転送処理を行う必要もない。これにより、コストダウンと、高い動作信頼性を得ることができる。
【００２１】
また、１本の水平転送路と画素エリアの中央で分割した特許文献１記載の撮像素子や、平行に配列された２本の水平転送路を有する特許文献２記載の撮像素子等、水平転送路の形態が異なる撮像素子にも適用が可能である。
【００２２】
また、本発明の撮像装置によれば、本発明の撮像素子の特徴を生かした駆動制御を行うことで、画質劣化防止、コストダウン等を図ることができる。また、画像データのホワイトバランス調整により、第１出力部と第２出力部との出力特性差を吸収することができるので、良好なカラー画像を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
［第１実施形態］
図１に示す撮像素子２は、インターライン・トランスファ方式のＣＣＤイメージセンサである。撮像素子２には、入射光に応じた電荷を発生する複数の画素３が水平方向及び垂直方向に配列されている。
【００２４】
各画素３は、例えばフォトダイオードで構成された光電変換部と、この光電変換部の上に配置されたカラーフィルタとから構成されている。本実施の形態に係るカラーフィルタは原色カラーフィルタであり、各画素３に表記されている「Ｒ」，「Ｇ」，「Ｂ」は、対応する画素３に設けられたカラーフィルタの色である赤色、緑色、青色をそれぞれ示している。
【００２５】
カラーフィルタの配列には、例えばベイヤ配列が用いられている。このベイヤ配列では、緑色のフィルタは赤色及び青色のフィルタよりも数が多く、かつ水平垂直方向で同じ色のフィルタが隣接しないように配置されている。なお、以下では、「Ｒ」，「Ｇ」，「Ｂ」の各カラーフィルタが設けられた画素３をＲ画素、Ｇ画素、Ｂ画素と呼ぶ。
【００２６】
各画素３の列の間には、各画素列のそれぞれに対応して垂直転送路６が設けられている。垂直転送路６は、各画素３に対応して設けられた垂直転送電極Ｖを備えた複数の垂直転送ＣＣＤを含んで構成されている。
【００２７】
また、各画素３と対応する垂直転送ＣＣＤとの間には、複数の転送ゲート９が設けられている。各転送ゲート９は、電気的に接続された垂直転送電極Ｖに所定レベルの電圧が印加されることにより、各画素３で発生した電荷を対応する垂直転送ＣＣＤに転送させる。
【００２８】
垂直転送電極Ｖは、各行毎に電気的に接続されている。また、本実施の形態に係る撮像素子２には、垂直転送電極Ｖに対し、垂直転送路６による電荷転送方向（垂直方向）に沿って７つおきに共通の垂直駆動信号が供給されるように垂直駆動信号用配線１２が設けられている。すなわち、撮像素子２は、垂直転送路６を８相の垂直駆動信号φＶ１〜φＶ８によって駆動させるものとして構成されており、垂直駆動信号φＶ１、φＶ２、・・・、φＶ８は、各々、垂直転送電極Ｖ１、Ｖ２、・・・、Ｖ８に印加される。
【００２９】
また、撮像素子２には、各垂直転送路６の電荷転送方向最下流に位置する垂直転送ＣＣＤに隣接して、各垂直転送路６から転送された電荷を水平方向に転送する第１水平転送路１５及び第２水平転送路１６が形成されている。なお、複数の画素３を水平垂直方向に配列した画素エリアは、水平方向の略中央で分割されており、第１水平転送路１５は、左側の第１領域Ａ１に含まれる垂直転送路６に対応する。また、第２水平転送路１６は、右側の第２領域Ａ２の垂直転送路６に対応している。
【００３０】
第１水平転送路１５及び第２水平転送路１６は、各々、対応する垂直転送路６の各々に対応して設けられた複数の水平転送ＣＣＤを含んで構成されており、各水平転送路には水平転送電極Ｈが設けられている。また、第１水平転送路１５及び第２水平転送路１６の互いに隣接する側の端部は、画素３側から離れる方向でかつ垂直方向に屈曲されている。第１水平転送路１５及び第２水平転送路１６は、互いに隣接する側の端部に向けてそれぞれ電荷を転送する。
【００３１】
なお、本実施の形態に係る撮像素子２は、水平転送電極Ｈに対し、第１水平転送路１５、第２水平転送路１６ごとに、電荷転送方向に沿って２つおきに共通の水平駆動信号が供給されるように構成されている。すなわち、第１水平転送路１５及び第２水平転送路１６を各々２相の水平駆動信号によって駆動させるものとして構成されており、第１水平転送路１５では水平駆動信号φＨ１Ｌ、φＨ２Ｌが各々水平転送電極Ｈ１Ｌ、Ｈ２Ｌに印加され、第２水平転送路１６では水平駆動信号φＨ１Ｒ、φＨ２Ｒが各々水平転送電極Ｈ１Ｒ、Ｈ２Ｒに印加される。
【００３２】
第１水平転送路１５及び第２水平転送路１６の端部に位置する水平転送ＣＣＤには、水平転送電極ＨＬを有する水平転送ＣＣＤ１９が隣接されている。この水平転送ＣＣＤ１９は、本発明の多重化手段を構成し、第１水平転送路１５と第２水平転送路１６から１画素分の電荷が交互に転送される。水平転送電極ＨＬには、水平駆動信号φＨＬが印加される。
【００３３】
水平転送ＣＣＤ１９には、水平転送ＣＣＤを構成し、水平転送電極ＨＧ，ＨＲＢを各々有する第１分岐転送路２２及び第２分岐転送路２３が隣接されている。第１分岐転送路２２には、水平転送ＣＣＤ１９からＧ画素の電荷が転送され、第２分岐転送路２３には、Ｒ画素及びＢ画素の電荷が転送される。
【００３４】
第１分岐転送路２２及び第２分岐転送路２３には、水平転送電極ＨＧ，ＨＲＢが設けられている。この水平転送電極ＨＧ，ＨＲＢには、水平駆動信号φＨＧ−Ｏ，φＨＲＢ−Ｏと、φＨＧ−Ｅ，φＨＲＢ−Ｅとが適宜切り換えられてそれぞれ印加される。
【００３５】
本実施形態では、複数の画素３の水平方向の配列に対して、例えば、第１水平転送路１５及び第２水平転送路１６に電荷が転送される順に行番号を付している。上述の水平駆動信号φＨＧ−Ｏ，φＨＲＢ−Ｏは、奇数行の画素３の電荷を水平転送ＣＣＤ１９から転送する際に、水平転送電極ＨＧ，ＨＲＢにそれぞれ印加される。また、水平駆動信号φＨＧ−Ｅ，φＨＲＢ−Ｅは、偶数行の画素３の電荷を水平転送ＣＣＤ１９から転送する際に、水平転送電極ＨＧ，ＨＲＢにそれぞれ印加される。
【００３６】
水平駆動信号φＨＧ−Ｏ，φＨＲＢ−Ｏ、φＨＧ−Ｅ，φＨＲＢ−Ｅについては、作用の説明で詳述するが、Ｒ，Ｇ，Ｂの各画素の配列、各画素の電荷の転送順に基づいて設定されている。そのため、水平転送ＣＣＤ１９から第１分岐転送路２２または第２分岐転送路２３に転送する際に、転送されてきた順に分岐させることで、各画素３の電荷の電気信号を所定の出力アンプから出力させることができる。
【００３７】
第１分岐転送路２２及び第２分岐転送路２３には、第１アンプ２６及び第２アンプ２７が各々電気的に接続されている。そして、第１アンプ２６及び第２アンプ２７の各々の出力端は、各アンプからの電気信号を外部に出力するための第１出力端子２８及び第２出力端子２９に各々接続されている。
【００３８】
第１アンプ２６は、第１分岐転送路２２から転送されたＧ画素の電荷を検出して電荷量に応じた電気信号に変換し、これを増幅して第１出力端子２８から出力する。同様に、第２アンプ２７は、第２分岐転送路２３から転送されたＲ画素，Ｂ画素の電荷を検出して電荷量に応じた電気信号に変換し、これを増幅して第２出力端子２９から出力する。
【００３９】
次に、本実施の形態に係る撮像素子２を搭載したデジタルカメラの電気的構成について説明する。図２に示すように、デジタルカメラ４０は、被写体光を撮像素子２の画素エリアに結像させる撮影レンズ４１と、この撮影レンズ４１を通過した被写体光の光量を制限するためのメカニカル・シャッタ及び絞り（以下、「シャッタ・絞り」という。）４２とを備えている。
【００４０】
また、撮像素子２から入力されたアナログの電気信号に対して所定のアナログ信号処理を施す２つのアナログ信号処理部４５ａ，４５ｂと、入力された電気信号をデジタル信号の画像データに変換する２つのアナログ／デジタル変換器（以下、「Ａ／Ｄ変換器」という。）４６ａ，４６ｂとを含んで構成されている。
【００４１】
また、デジタルカメラ４０は、入力されたデジタル信号の画像データに対して所定のデジタル信号処理を施すデジタル信号処理部４９と、主として入力された画像データによって示される情報を記憶するＳＤＲＡＭ（Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ  ＤＲＡＭ）により構成されたメモリ５０とを備えている。
【００４２】
また、入力された画像データを所定の圧縮形式（本実施の形態では、ＪＰＥＧ形式）で圧縮する一方、入力された圧縮済みの画像データを圧縮形式に応じた伸張形式で伸張する圧縮伸張部５３を備えている。更に、撮影レンズ４１，シャッタ・絞り４２を駆動する光学系駆動回路５４と、撮像素子２の各々を駆動するための駆動信号を生成する撮像素子駆動回路５５とを含んで構成されている。
【００４３】
撮像素子２の第１出力端子２８及び第２出力端子２９は、各々アナログ信号処理部４５ａ，４５ｂの入力端に、アナログ信号処理部４５ａ，４５ｂの出力端は各々Ａ／Ｄ変換器４６ａ，４６ｂを介してデジタル信号処理部４９の入力端に、デジタル信号処理部４９の出力端はメモリ５０の入力端に、各々接続されている。
【００４４】
アナログ信号処理部４５ａ，４５ｂは、相関二重サンプリング回路（ＣＤＳ）やオートゲインコントロール・アンプ（ＡＧＣ）等を備え、入力された電気信号に対して雑音除去や増幅処理を施す。
【００４５】
デジタル信号処理部４９は、２つのＡ／Ｄ変換器４６ａ，４６ｂの各々から２つに分割された状態で入力される画像データを１つに合成するためのマッピング処理と、マッピング処理が施された後の画像データに対する補間処理と、ホワイトバランス補正とを行っている。
【００４６】
補間処理は、撮像素子２の各画素３ごとに、各画素３に設けられたカラーフィルタの他の２つの色を生成する処理であり、この処理後には、撮像素子２における有効画面領域の各画素３に対して３原色Ｒ、Ｇ、Ｂの画像データが得られる。また、ホワイトバランス補正は、Ｒ，Ｇ，Ｂの画像データ全てを混合したとき、混合結果が「無彩色」となるようにＲ，Ｇ，Ｂ毎のゲイン調整を行う。
【００４７】
また、デジタルカメラ４０は、デジタルカメラ４０全体の動作を司るＣＰＵ（中央演算処理装置）５８を更に備えている。
【００４８】
アナログ信号処理部４５ａ，４５ｂ、Ａ／Ｄ変換器４６ａ，４６ｂ、デジタル信号処理部４９、メモリ５０、圧縮伸張部５３、光学系駆動回路５４、撮像素子駆動回路５５、ＣＰＵ５８は、各々メインバスＭＢに接続されている。ＣＰＵ５８は、メインバスＭＢにより、アナログ信号処理部４５ａ，４５ｂ、Ａ／Ｄ変換器４６ａ，４６ｂ、デジタル信号処理部４９及び圧縮伸張部５３の作動の制御、メモリ５０へのアクセスを制御する。また、操作スイッチ６１、シャッタスイッチ６２の操作状態を検知する。
【００４９】
また、メモリ５０の出力端は、圧縮伸張部５３を介してメモリカード６５に接続されており、メモリカード６５に圧縮した画像を記憶し、メモリカード６５から読み出した圧縮済みの画像を伸長することができる。更に、メモリ５０の他の出力端は、表示モニタ６６に接続されている。ＣＰＵ５８は、メモリ５０に記憶された画像データからなる画像、各種メニューやメッセージ等を表示モニタ６６に表示させる。
【００５０】
撮像素子駆動回路５５は、ＣＰＵ５８から入力された撮影条件に応じた制御信号に基づいて、撮像素子２に供給すべき駆動信号を生成して各部に供給する。すなわち、撮像素子駆動回路５５には、図示しないクロック生成部及びタイミング信号生成部が備えられており、ＣＰＵ５８から入力された制御信号と、上記クロック生成部及びタイミング信号生成部からの各種信号とに基づいて各部に供給する駆動信号を生成している。
【００５１】
撮像素子駆動回路５５から撮像素子２に供給される駆動信号は、前述の垂直駆動信号φＶ１〜φＶ８と、水平駆動信号φＨ１Ｌ，φＨ２Ｌ及びφＨ１Ｒ，φＨ２Ｒと、水平駆動信号φＨＬである。また、画素３の奇数行及び偶数行に応じて切り換えられる水平駆動信号φＨＧ−Ｏ，φＨＲＢ−Ｏと、φＨＧ−Ｅ，φＨＲＢ−Ｅを撮像素子２に供給する。
【００５２】
次に、本実施の形態に係るデジタルカメラ４０の作用を説明する。撮影レンズ４１により撮像素子２の画素エリアに被写体光が結像されると、各画素３では光電変換が行われ、光の強さと時間に応じて電荷が蓄積される。
【００５３】
各画素３に蓄積された電荷は、各転送ゲート９に接続された垂直転送電極Ｖに所定レベルの電圧が印加されて全ての転送ゲート９がオンされることにより、対応する転送ゲート９を介して垂直転送路６の対応する垂直転送ＣＣＤに一斉に転送される。電荷が読み出されると、各画素３は再びバイアスされた状態となり、電荷の蓄積が可能となる。
【００５４】
各垂直転送路６に読み出された電荷は、撮像素子駆動回路５５から、各垂直転送ＣＣＤの垂直転送電極Ｖに印加された垂直駆動信号φＶ１〜φＶ８に同期して、第１水平転送路１５及び第２水平転送路１６側に順次転送される。図３（Ａ）に示すように、以上の動作により、第１水平転送路１５及び第２水平転送路１６の各垂直転送路６に対応する水平転送ＣＣＤには、１行分の電荷が転送される。なお、同図では、電荷が蓄積されている水平転送ＣＣＤにハッチングを施し、Ｒ，Ｇ，Ｂを表記することで、その電荷を発生した画素３の色を示している。
【００５５】
撮像素子駆動回路５５は、撮像素子２の各電極Ｈ１Ｌ，Ｈ２Ｌ、Ｈ１Ｒ，Ｈ２Ｒ、ＨＬに対して、図４に示す水平駆動信号φＨ１Ｌ，φＨ２Ｌ及びφＨ１Ｒ，φＨ２Ｒと、水平駆動信号φＨＬとを供給する。
【００５６】
第１水平転送路１５の各水平駆動電極Ｈ１Ｌ，Ｈ２Ｌに供給される水平駆動信号φＨ１Ｌ，φＨ２Ｌのデューティは、各々２５％及び７５％とされており、ハイレベルとローレベルが互いに逆転された状態とされている。同様に、第２水平転送路１６の各水平駆動電極に供給される水平駆動信号φＨ１Ｒ，φＨ２Ｒのデューティも各々２５％及び７５％とされており、同様にハイレベルとローレベルが互いに逆転された状態とされている。
【００５７】
また、第１水平転送路１５の各水平転送電極Ｈ１Ｌ，Ｈ２Ｌに供給される水平駆動信号φＨ１Ｌ，φＨ２Ｌと、第２水平転送路１６の各水平転送電極Ｈ１Ｒ，Ｈ２Ｒに供給される水平駆動信号φＨ１Ｒ，φＨ２Ｒとでは、互いに位相が１８０°ずれた状態とされている。更に、水平転送ＣＣＤ１９の水平転送電極ＨＬに供給される水平駆動信号φＨＬは、水平駆動信号φＨ１ＬとφＨ１Ｒとが合成された状態とされている。
【００５８】
また、撮像素子駆動回路５５は、撮像素子２の各電極ＨＧ，ＨＲＢに対して、図４に示す水平駆動信号φＨＧ−Ｏ，φＨＲＢ−Ｏと、φＨＧ−Ｅ，φＨＲＢ−Ｅとを適宜切り換えて供給する。
【００５９】
水平駆動信号φＨＧ−Ｏ，φＨＲＢ−Ｏは、水平転送ＣＣＤ１９から奇数行の画素３の電荷が転送される際に、第１分岐転送路２２及び第２分岐転送路２３の水平転送電極ＨＧ及びＨＲＢにそれぞれ供給される。また、水平駆動信号φＨＧ−Ｅ，φＨＲＢ−Ｅは、水平転送ＣＣＤ１９から偶数行の画素３の電荷が転送される際に、水平転送電極ＨＧ及びＨＲＢにそれぞれ供給される。
【００６０】
水平駆動信号φＨＧ−Ｏ，φＨＲＢ−Ｏは、水平駆動信号φＨＬのローレベルに対し、３パルスおきに同期された各々一対のハイレベル信号からなり、互いに位相が１８０°ずれた状態とされている。この水平駆動信号φＨＧ−Ｏ，φＨＲＢ−Ｏと同様に、水平駆動信号φＨＧ−Ｅ，φＨＲＢ−Ｅも水平駆動信号φＨＬのローレベルに対して３パルスおきに同期された各々一対のハイレベル信号からなり、互いに位相が１８０°ずれた状態とされている。また、水平駆動信号φＨＧ−ＯとφＨＧ−Ｅ、及び水平駆動信号φＨＲＢ−ＯとφＨＲＢ−Ｅは、互いに反転状態とされている。
【００６１】
本実施形態では、複数の画素３の水平方向の配列に対して、例えば、第１水平転送路１５及び第２水平転送路１６に電荷が転送される順に行番号を付し、水平転送ＣＣＤ１９に電荷が転送される順に列番号を付している。これにより、第１水平転送路１５及び第２水平転送路１６の直上に配置された複数の画素３の行番号が「１」となり、その上の複数の画素３の行番号は「２」となる。また、第１領域Ａ１の右端の画素列の列番号は「１」となり、第２領域Ａ２の左端の画素列の列番号は「２」となる。
【００６２】
図３（Ａ）に示すように、タイミングｔ＝ｔ１で各垂直転送路６から第１水平転送路１５及び第２水平転送路１６に転送された１行分の電荷は、各水平駆動信号φＨ１Ｌ，φＨ２Ｌ及びφＨ１Ｌ，φＨ２Ｌと、水平駆動信号φＨＬにより、交互に水平方向に転送される。そして、「行番号，列番号」が「１，１」の画素３の電荷が、最初に水平転送ＣＣＤ１９に転送される。
【００６３】
図１に示すように、行列番号「１，１」の画素３は、Ｂ画素である。図３（Ｂ）に示すように、この画素３は、タイミングｔ＝ｔ１ａで水平転送ＣＣＤ１９から転送される。この画素３の転送時には、奇数行用の水平駆動信号φＨＲＢ−Ｏが水平転送電極ＨＲＢに印加されるため、行列番号「１，１」の画素３の電荷は、第２分岐転送路２３に転送される。
【００６４】
また、図３（Ｃ）に示すように、タイミングｔ＝ｔ１ｂで、行列番号「１，２」の画素３の電荷が水平転送ＣＣＤ１９から転送される。図１に示すように、行列番号「１，２」の画素３は、Ｇ画素である。この画素３の転送時には、奇数行用の水平駆動信号φＨＧ−Ｏが水平転送電極ＨＧに印加されるため、行列番号「１，２」の画素３の電荷は、第１分岐転送路２２に転送される。
【００６５】
以下、行列番号「１，３」〜「１，６」の画素３の電荷は、タイミングｔ＝ｔ１ｃ〜ｔ１ｆで水平転送ＣＣＤ１９から転送されるが、水平駆動信号φＨＧ−ＯとφＨＲＢ−Ｏのいずれかが適宜入力されるため、Ｇ画素の電荷は全て第１分岐転送路２２に、Ｒ画素及びＢ画素の電荷は全て第２分岐転送路２３に転送される。
【００６６】
同様に、行列番号「２，１」〜「２，６」の画素の電荷は、タイミングｔ＝ｔ２で各垂直転送路６から第１水平転送路１５及び第２水平転送路１６に転送され、タイミングｔ＝ｔ１ａ〜ｔ１ｆで水平転送ＣＣＤ１９から転送される。偶数行の画素３の電荷を水平転送ＣＣＤ１９から転送する際には、偶数行用の水平駆動信号φＨＧ−Ｅ，φＨＲＢ−Ｅが水平転送電極ＨＧ，ＨＲＢに印加されるので、Ｇ画素の電荷は全て第１分岐転送路２２に、Ｒ画素及びＢ画素の電荷は全て第２分岐転送路２３に転送される。
【００６７】
１行分の電荷が第１水平転送路１５及び第２水平転送路１６に転送される度に、各水平転送電極Ｈに印加された水平駆動信号に同期して、Ｇ画素の電荷が第１アンプ２６により電気信号に変換され、Ｒ画素及びＢ画素の電荷は第２アンプ２７により電気信号に変換されて順次出力される。以上の動作を各画素３の電荷が出力されるまで繰り返し行う。
【００６８】
撮像素子２による撮像によって第１出力端子２８及び第２出力端子２９から出力されたアナログ画像信号（信号電圧）は、各々アナログ信号処理部４５ａ，４５ｂに入力される。アナログ信号処理部４５ａ，４５ｂでは、撮像素子２から入力されたアナログ画像信号に対して所定のアナログ信号処理を施す。次いでＡ／Ｄ変換器４６ａ，４６ｂによりデジタル信号の画像データに変換された後、デジタル信号処理部４９に入力される。
【００６９】
デジタル信号処理部４９は、２つのＡ／Ｄ変換器４６ａ、４６ｂの各々から２つに分割された状態で入力されるデジタル信号を１つに合成するマッピング処理を行う。また、デジタル信号処理部４９は、マッピング処理が施された後のデジタル画像データに対して、補間処理及びホワイトバランス補正を行う。
【００７０】
デジタル信号処理されたデジタル画像データは、メモリ５０に記憶される。そして、圧縮伸張部５１により所定の圧縮形式で圧縮された後に画像ファイルとしてメモリカード６５に記憶される。
【００７１】
以上で説明したように、上記第１の実施形態の撮像素子２は、Ｇ画素の電荷を第１アンプ２６で電気信号に変換し、Ｒ画素及びＢ画素の電荷を第２アンプ２７で電気信号に変換している。すなわち、同一色の画素の電荷に基づく電気信号を同一のアンプから出力させているので、同色の画素の電荷の電気信号への変換に、２つのアンプの出力特性差が影響を及ぼすことはなく、同色の画素で色が異なるような画質の劣化は発生しない。また、ホワイトバランス補正により、第１アンプ２６と第２アンプ２７の出力特性差は吸収されるので、良好なカラー画像を得ることができる。
【００７２】
［第２実施形態］
次に、第２実施形態の撮像素子について説明する。なお、第１実施形態と同じ構成については、同符号を用いて詳しい説明を省略する。
【００７３】
図５に示す撮像素子７０は、撮像素子２と同じインターライン・トランスファ方式のＣＣＤイメージセンサであり、Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素からなる複数の画素３と、複数の垂直転送路６、複数の転送ゲート９を備えている。
【００７４】
撮像素子７０には、各垂直転送路６の電荷転送方向最下流に位置する垂直転送ＣＣＤに隣接して、各垂直転送路６から転送された電荷を水平方向に転送する第１水平転送路７３及び第２水平転送路７４が形成されている。第１水平転送路７３と第２水平転送路７４は、互いに平行に配置されており、各々、対応する垂直転送路６の各々に対応して設けられた複数の水平転送ＣＣＤを含んで構成されている。また、各水平転送路７３，７４には水平転送電極Ｈが設けられている。
【００７５】
また、第１水平転送路７３と第２水平転送路７４との間には、転送路間ゲート７７が設けられている。この転送路間ゲート７７は、複数の画素３の垂直方向の列に対して左側から列番号を付したときに、第１水平転送路７３から偶数列の画素の電荷を第２水平転送路７４に転送する。転送路間ゲート７７は、第１水平転送路７３と第２水平転送路７４の水平転送ＣＣＤに応じて設けられた複数のＣＣＤからなり、それぞれに電極（図示せず）が設けられている。
【００７６】
なお、本実施の形態に係る撮像素子７０は、水平転送電極Ｈに対し、第１水平転送路７３、第２水平転送路７４ごとに、電荷転送方向に沿って２つおきに共通の水平駆動信号が供給されるように構成されている。すなわち、第１水平転送路７３及び第２水平転送路７４を各々２相の水平駆動信号によって駆動させるものとして構成されており、第１水平転送路７４では水平駆動信号φＨ１Ａ、φＨ２Ａが各々水平転送電極Ｈ１Ａ、Ｈ２Ａに印加され、第２水平転送路７４では水平駆動信号φＨ１Ｂ、φＨ２Ｂが各々水平転送電極Ｈ１Ｂ、Ｈ２Ｂに印加される。
【００７７】
第１水平転送路７３及び第２水平転送路７４の端部に位置する水平転送ＣＣＤには、水平転送電極ＨＬを有する水平転送ＣＣＤ１９が隣接されている。また、水平転送ＣＣＤ１９には、水平転送電極ＨＧ，ＨＲＢを各々有する第１分岐転送路２２及び第２分岐転送路２３が隣接されている。
【００７８】
第１実施形態と同様に、水平転送ＣＣＤ１９には、第１水平転送路７３と第２水平転送路７４から１画素分の電荷が交互に転送される。また、第１分岐転送路２２には、水平転送ＣＣＤ１９からＧ画素の電荷が転送され、第２分岐転送路２３には、Ｒ画素及びＢ画素の電荷が転送される。
【００７９】
水平転送ＣＣＤ１９の水平転送電極ＨＬには、水平駆動信号φＨＬが印加される。また、第１分岐転送路２２及び第２分岐転送路２３の水平転送電極ＨＧ，ＨＲＢには、奇数行の画素３の電荷が水平転送ＣＣＤ１９から転送される際に水平駆動信号φＨＧ−Ｏ，φＨＲＢ−Ｏが印加され、偶数行の画素３の電荷が水平転送ＣＣＤ１９から転送される際に水平駆動信号φＨＧ−Ｅ，φＨＲＢ−Ｅが印加される。
【００８０】
第１分岐転送路２２及び第２分岐転送路２３には、第１アンプ２６及び第２アンプ２７が各々電気的に接続されている。そして、第１アンプ２６及び第２アンプ２７の各々の出力端は、各アンプからの電気信号を外部に出力するための第１出力端子２８及び第２出力端子２９に各々接続されている。
【００８１】
次に、上記実施形態の撮像素子７０を図２に示すデジタルカメラ４０に用いた際の作用について説明する。デジタルカメラ４０を用いた撮影により、各画素３に蓄積された電荷は、第１実施形態と同様に、各垂直転送路６に読み出されて垂直方向に転送され、第１水平転送路７３に転送される。図６（Ａ）に示すように、タイミングｔ＝ｔ１で転送路間ゲート７７がオンし、偶数行の画素３の電荷が第１水平転送路７３から第２水平転送路７４に転送される。
【００８２】
撮像素子駆動回路５５は、撮像素子７０の各電極Ｈ１Ａ，Ｈ２Ａ、Ｈ１Ｂ，Ｈ２Ｂ、ＨＬに対して、図７に示す水平駆動信号φＨ１Ａ，φＨ２Ａ及びφＨ１Ｂ，φＨ２Ｂと、水平駆動信号φＨＬとを供給する。また、撮像素子駆動回路５５は、撮像素子７０の各電極ＨＧ，ＨＲＢに対して、水平駆動信号φＨＧ−Ｏ，φＨＲＢ−Ｏと、φＨＧ−Ｅ，φＨＲＢ−Ｅとを適宜切り換えて供給する。
【００８３】
第１実施形態と同様に、水平駆動信号φＨＧ−Ｏ，φＨＲＢ−Ｏは、水平転送ＣＣＤ１９から奇数行の画素３の電荷が転送される際に、水平駆動信号φＨＧ−Ｅ，φＨＲＢ−Ｅは、水平転送ＣＣＤ１９から偶数行の画素３の電荷が転送される際に、第１分岐転送路２２及び第２分岐転送路２３の水平転送電極ＨＧ及びＨＲＢにそれぞれ供給される。
【００８４】
水平駆動信号φＨＧ−Ｏ，φＨＲＢ−Ｏは、水平駆動信号φＨＬのローレベルに対し、１パルスおきに同期されたハイレベル信号からなり、互いに位相が１８０°ずれた状態とされている。この水平駆動信号φＨＧ−Ｅ，φＨＲＢ−Ｅと同様に、水平駆動信号φＨＧ−Ｅ，φＨＲＢ−Ｅも水平駆動信号φＨＬのローレベルに対し１パルスおきに同期されたハイレベル信号からなり、互いに位相が１８０°ずれた状態とされている。また、水平駆動信号φＨＧ−ＯとφＨＧ−Ｅ、及び水平駆動信号φＨＲＢ−ＯとφＨＲＢ−Ｅは、互いに反転状態とされている。
【００８５】
図６（Ａ）に示すように、タイミングｔ＝ｔ１で各垂直転送路６から第１水平転送路７３及び第２水平転送路７４に転送された１行分の電荷は、各水平駆動信号φＨ１Ａ，φＨ２Ａ及びφＨ１Ｂ，φＨ２Ｂと、水平駆動信号φＨＬにより、交互に水平方向に転送される。そして、画素エリア内で最下端及び最左端に配置された行列番号「１，１」の画素３の電荷が、最初に水平転送ＣＣＤ１９に転送される。
【００８６】
図５に示すように、行列番号「１，１」の画素３は、Ｂ画素である。図６（Ｂ）に示すように、この画素３は、タイミングｔ＝ｔ１ａで水平転送ＣＣＤ１９から転送される。この画素３の転送時には、奇数行用の水平駆動信号φＨＲＢ−Ｏが水平転送電極ＨＲＢに印加されるため、行列番号「１，１」の画素３の電荷は、第２分岐転送路２３に転送される。
【００８７】
また、図６（Ｃ）に示すように、タイミングｔ＝ｔ１ｂで、行列番号「１，２」の画素３の電荷が水平転送ＣＣＤ１９から転送される。図５に示すように、行列番号「１，２」の画素３は、Ｇ画素である。この画素３の転送時には、奇数行用の水平駆動信号φＨＧ−Ｏが水平転送電極ＨＧに印加されるため、行列番号「１，２」の画素３の電荷は、第１分岐転送路２２に転送される。
【００８８】
以下、行列番号「１，３」〜「１，６」の画素３の電荷は、タイミングｔ＝ｔ１ｃ〜ｔ１ｆで水平転送ＣＣＤ１９から転送されるが、水平駆動信号がφＨＧ−ＯとφＨＲＢ−Ｏのいずれかが適宜入力されるため、Ｇ画素の電荷は全て第１分岐転送路２２に、Ｂ画素の電荷は全て第２分岐転送路２３に転送される。
【００８９】
同様に、行列番号「２，１」〜「２，６」の画素の電荷は、タイミングｔ＝ｔ２で各垂直転送路６から第１水平転送路７３及び第２水平転送路７４に転送され、タイミングｔ＝ｔ１ａ〜ｔ１ｆで水平転送ＣＣＤ１９から転送される。偶数行の画素３の電荷を水平転送ＣＣＤ１９から転送する際には、偶数行用の水平駆動信号φＨＧ−Ｅ，φＨＲＢ−Ｅが水平転送電極ＨＧ，ＨＲＢに印加されるので、Ｇ画素の電荷は全て第１分岐転送路２２に、Ｒ画素の電荷は全て第２分岐転送路２３に転送される。
【００９０】
１行分の電荷が第１水平転送路７３及び第２水平転送路７４に転送される度に、各水平転送電極Ｈに印加された水平駆動信号に同期して、Ｇ画素の電荷が第１アンプ２６により電気信号に変換され、Ｒ画素及びＢ画素の電荷は第２アンプ２７により電気信号に変換されて順次出力される。以上の動作を各画素３の電荷が出力されるまで繰り返し行う。以下、第１実施形態と同様に、デジタルカメラ４０でアナログ信号処理、Ａ／Ｄ変換、デジタル信号処理、圧縮処理が行われ、画層ファイルがメモリカード６５に記憶される。
【００９１】
以上で説明したように、上記第２の実施形態の撮像素子７０においても、Ｇ画素の電荷を第１アンプ２６で電気信号に変換し、Ｒ画素及びＢ画素の電荷を第２アンプ２７で電気信号に変換しているので、同色の画素で色が異なるような画質の劣化は発生しない。また、ホワイトバランス補正により、第１アンプ２６と第２アンプ２７の出力特性差は吸収されるので、良好なカラー画像を得ることができる。
【００９２】
上記各実施形態では、２つの水平転送路と出力部とを有する撮像素子を例に説明したが、本発明は、３つ以上の水平転送路と出力部とを有する撮像素子にも適用可能である。また、原色カラーフィルタを用いた撮像素子を例に説明したが、本発明は、補色カラーフィルタを用いた撮像素子にも適用することができる。更に、デジタルカメラを例に説明したが、本発明は、ビデオカメラ、カメラ付き形態電話機等にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】画素エリアを分割した領域ごとに水平転送路を設けた第１実施形態の撮像素子の構成を示す概略図である。
【図２】第１実施形態の撮像素子を用いたデジタルカメラの電気的構成を示すブロック図である。
【図３】第１実施形態の水平転送路の電荷の転送状態を示す模式図である。
【図４】第１実施形態の撮像素子に印加される駆動信号のタイミングチャートである。
【図５】平行に配列した複数の水平転送路を設けた第２実施形態の撮像素子の構成を示す概略図である。
【図６】第２実施形態の水平転送路の電荷の転送状態を示す模式図である。
【図７】第２実施形態の撮像素子に印加される駆動信号のタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００９４】
２，７０  撮像素子
３  画素
６  垂直転送路
９  転送ゲート
１５，７３  第１水平転送路
１６，７４  第２水平転送路
１９  水平転送ＣＣＤ
２２  第１分岐転送路
２３  第２分岐転送路
２６  第１アンプ
２７  第２アンプ
２８  第１出力端子
２９  第２出力端子
４９  デジタル信号処理部
５５  撮像素子駆動回路
７７  転送路間ゲート
【図１】
2009071692.tif 000003
【図２】
2009071692.tif 000004
【図３】
2009071692.tif 000005
【図４】
2009071692.tif 000006
【図５】
2009071692.tif 000007
【図６】
2009071692.tif 000008
【図７】
2009071692.tif 000009