JP2003348605A - カラービデオカメラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 静止画撮影に必要な高画素数のＣＣＤ撮像素
子を用いた場合に、動画撮影時におけるＣＣＤ動作周波
数を従来と同程度に低減する。 【解決手段】 水平方向の第１ライン〜第８ラインにお
いて、分光特性のそれぞれ異なる４種類の色フィルタ
を、「Ｃ１，Ｃ１，Ｃ２，Ｃ２」、「Ｃ１，Ｃ１，Ｃ
２，Ｃ２」、「Ｃ３，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ４」、「Ｃ３，Ｃ
３，Ｃ４，Ｃ４」、「Ｃ２，Ｃ２，Ｃ１，Ｃ１」、「Ｃ
２，Ｃ２，Ｃ１，Ｃ１」、「Ｃ３，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ
４」、「Ｃ３，Ｃ３，Ｃ４，Ｃ４」の順で配列した水平
４画素／垂直８画素の補色モザイク色フィルタ配列を有
する。垂直転送ＣＣＤ５２で隣り合う垂直４画素の画素
信号を加算する手段と、水平転送ＣＣＤ５３で隣り合う
水平２画素の画素信号を加算する手段と、各画素単位の
信号を独立して読み出す手段とを有するＣＣＤ撮像素子
を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、補色モザイクの色
フィルタを有するＣＣＤ撮像素子を用いたカラービデオ
カメラに関する。

【０００２】

【従来の技術】図６は、従来のカラービデオカメラに関
する技術を示すもので、特に、補色モザイクの色フィル
タ配列を有するＣＣＤ撮像素子を用いた単板カラービデ
オカメラにおける輝度信号生成と色信号生成を行うため
の信号処理回路の概略構成を示している。

【０００３】従来のカラービデオカメラでは、図６に示
すように、レンズ２を通して被写体像がＣＣＤ撮像素子
３の撮像面に結像され、ＣＣＤ撮像素子３では、被写体
像が各画素の色フィルタを通って電気信号に変換され
る。ＣＣＤ撮像素子３の出力信号は、ＣＤＳ／ＡＧＣ回
路４にて不用な信号成分が取り除かれ、ＡＤコンバータ
５にてＣＤＳ／ＡＧＣ回路４の出力信号であるアナログ
映像信号に比例したディジタルデータに変換される。Ａ
Ｄコンバータ５の出力信号データは、輝度信号処理ブロ
ック１の中の輝度信号生成回路と色信号生成回路へ出力
される。

【０００４】輝度信号に関しては、ＡＤコンバータ５の
出力信号データをフィルタであるＹＨＬＰＦ６にて水平
方向に平滑化し、その後、ガンマ回路７、同期信号加算
回路８を通って輝度信号９として出力する。色信号に関
しては、ＡＤコンバータ５の出力信号データに基づい
て、色分離回路１０にてＲ，Ｇ，Ｂの色信号が作成さ
れ、ホワイトバランス回路１１にて光源の色温度に対す
る補正が行なわれ、ガンマ回路１２、マトリックス回路
１３、色差ゲイン回路１４を通って色差信号１５として
出力する。

【０００５】ＣＣＤ撮像素子３は、タイミング発生回路
１９にて作成されるＣＣＤ駆動パルスにより動作する。
ここで、ＣＣＤ撮像素子３における信号データの処理に
ついて、図７、図８、図９、図１０を用いて説明する。

【０００６】図７は、従来方式のカラービデオカメラで
使用されているＣＣＤ撮像素子３のカラーフィルタの配
列を示す模式図である。従来方式のカラーフィルタの配
列は、図７に示すように、第１ラインにマゼンタ（Ｍ
ｇ）／グリーン（Ｇｒ）が配置され、第２ラインにシア
ン（Ｃｙ）／イエロー（Ｙｅ）が配置され、第３ライン
にグリーン（Ｇｒ）／マゼンタ（Ｍｇ）が配置され、第
４ラインにシアン（Ｃｙ）／イエロー（Ｙｅ）が配置さ
れた水平２画素、垂直４画素の周期性を持つ配列からな
る。

【０００７】ＣＣＤ撮像素子３からの読み出し方式とし
てインターレース読み出しを行うため、ＣＣＤ撮像素子
３の内部にて垂直方向に隣り合う２画素の画素信号を加
算し、ＣＣＤ撮像素子３の出力信号を作成する。すなわ
ち、第１フィールド期間では、図７に示す第１ラインと
第２ラインの画素データを加算し、１画素の信号として
Ｍｇ＋Ｃｙ、Ｇｒ＋Ｙｅの点順次信号を出力する。同様
に、次の水平走査期間では、第３ラインと第４ラインの
垂直方向に隣り合う２画素データを加算し、Ｇｒ＋Ｃ
ｙ、Ｍｇ＋Ｙｅの点順次信号を出力する。

【０００８】第２フィールド期間では、第２ラインと第
３ラインの画素データを加算し、１画素の信号としてＧ
ｒ＋Ｃｙ、Ｍｇ＋Ｙｅの点順次信号を出力する。同様
に、次の水平走査期間では、第４ラインと第５ラインの
垂直方向に隣り合う２画素データを加算し、Ｍｇ＋Ｃ
ｙ、Ｇｒ＋Ｙｅの点順次信号を出力する。

【０００９】このＣＣＤ撮像素子３の内部動作について
詳細に説明する。図８は、ＣＣＤ撮像素子３の内部構造
を示すブロック図である。図８において、５１は光電変
換部、５２は垂直転送ＣＣＤ、５３は水平転送ＣＣＤ、
５５はＣＣＤ出力をそれぞれ示す。なお、光電変換部５
１には、図７に示すカラーフィルタが各画素に配置され
ている。

【００１０】ＣＣＤ撮像素子３における内部動作を説明
すると、まず、光電変換部５１にて入射光量に比例して
蓄積された画像の電荷は、フィールド周期で垂直転送Ｃ
ＣＤ５２に読み出された後、水平走査周期で垂直転送Ｃ
ＣＤ５２の下方向へ順次転送される。垂直転送ＣＣＤ５
２の下端には水平転送ＣＣＤ５３があり、垂直転送ＣＣ
Ｄ５２の１ライン分の電荷は、水平走査周期で水平転送
ＣＣＤ５３に転送される。水平転送ＣＣＤ５３では、電
荷は、水平方向に画素周期で右方向に順次転送され、Ｃ
ＣＤ出力５５として外部に取り出される。

【００１１】ＣＣＤ撮像素子３における垂直２画素デー
タの加算処理について、図９に示すタイミング図を用い
て説明する。なお、垂直転送については、図８に示す各
列で同じ動作となるため、図８における左端の列につい
てのみ説明を行う。図９に示すＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４
パルス信号は、図８に示す垂直転送ＣＣＤ５２の転送パ
ルスＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４に入力される。ここで、Ｖ
１，Ｖ３パルス信号は、グランド電位ＶＬ、中間電位Ｖ
Ｍ、高電位ＶＨの３値を有するパルスであり、Ｖ２，Ｖ
４は、ＶＬとＶＭの２値を有するパルスである。

【００１２】図９に示すように、タイミング（１）にお
いて、Ｖ１＝ＶＨとなり、光電変換部５１のＧｒフィル
タとＭｇフィルタの位置にある蓄積電荷は、垂直転送Ｃ
ＣＤ５２のＶ１の電極の下に移動する。このとき、Ｖ２
＝Ｖ３＝ＶＬであるため、電荷はＶ１の電極下に留ま
る。続いて、タイミング（２）において、Ｖ４＝ＶＬと
なり、タイミング（３）において、Ｖ１＝Ｖ２＝Ｖ３＝
ＶＭとなり、ＧｒフィルタとＭｇフィルタの蓄積電荷
は、Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３の電極の下に分布する。

【００１３】続いて、タイミング（４）において、Ｖ３
＝ＶＨとなり、光電変換部５１のＣｙフィルタの位置の
蓄積電荷は、垂直転送ＣＣＤ５２のＶ３の電極の下に移
動し、元の蓄積電荷にミックスされる。これにより、図
８における左端のラインでは、垂直方向に隣り合うＧｒ
画素とＣｙ画素、およびＭｇ画素とＣｙ画素の電荷が加
算されることになる。

【００１４】続いて、タイミング（５）において、Ｖ１
＝ＶＬとなり、Ｖ１の電極下にあった蓄積電荷は、Ｖ２
とＶ３の電極下に移動する。続いて、タイミング（６）
において、Ｖ２＝ＶＬとなり、Ｖ２の電極下にあった蓄
積電荷は、Ｖ３の電極下に移動する。続いて、タイミン
グ（７）において、Ｖ４＝ＶＭとなり、さらにタイミン
グ（８）において、Ｖ３＝ＶＭとなり、垂直２画素が加
算された蓄積電荷は、Ｖ３、Ｖ４の電極下に移動する。

【００１５】続いて、垂直転送ＣＣＤ５２から水平転送
ＣＣＤ５３への転送を行う。なお、図８において、水平
転送パルスＨ１＝ＶＭ、Ｈ２＝ＶＬであるものとする。
タイミング（９）において、Ｖ１＝ＶＭとなり、Ｖ３，
Ｖ４の電極下の電荷は、Ｖ３，Ｖ４，Ｖ１の電極の下に
分布する。続いて、タイミング（１０）において、Ｖ３
＝ＶＬとなり、Ｖ３の電極下の電荷は、Ｖ４，Ｖ１の電
極の下に移動する。続いて、タイミング（１１）におい
て、Ｖ２＝ＶＭとなり、さらにタイミング（１２）にお
いて、Ｖ４＝ＶＬとなり、Ｖ４の電極下の電荷は、Ｖ
１，Ｖ２の電極の下に移動する。

【００１６】以上の動作を行うことにより、垂直転送Ｃ
ＣＤ５２において垂直方向の電荷の転送処理が行われ
る。また、この転送処理において、垂直転送ＣＣＤ５２
の下端では、Ｖ３，Ｖ４の電極下にあった蓄積電荷は、
水平転送ＣＣＤ５３のＨ１の電極の下に移動することに
なり、垂直転送ＣＣＤ５２から水平転送ＣＣＤ５３への
転送が行われる。

【００１７】次のラインの垂直転送では、タイミング
（１３）〜（２０）の処理が行われる。すなわち、タイ
ミング（１３）において、Ｖ３＝ＶＭとなり、さらにタ
イミング（１４）において、Ｖ１＝ＶＬとなり、Ｖ１，
Ｖ２の電極下に分布していた電荷は、Ｖ２，Ｖ３に移動
する。続いて、タイミング（１５）において、Ｖ４＝Ｖ
Ｍとなり、タイミング（１６）において、Ｖ２＝ＶＬと
なり、電荷は、Ｖ３，Ｖ４の電極下に移動する。

【００１８】続いて、タイミング（１７）において、Ｖ
１＝ＶＭとなり、タイミング（１８）において、Ｖ３＝
ＶＬとなり、電荷は、Ｖ４，Ｖ１に移動する。続いて、
タイミング（１９）において、Ｖ２＝ＶＭとなり、タイ
ミング（２０）において、Ｖ４＝ＶＬとなり、電荷は、
Ｖ１，Ｖ２の電極下に移動し、１ステップの下方向への
垂直転送が行われ、このステップを繰り返すことにより
垂直転送が行われる。

【００１９】図８に示す水平転送ＣＣＤ５３では、Ｈ１
とＨ２の電極の下の領域５４に不純物を拡散し、領域５
４以外の部分よりも電位が低下するような電位分布にな
るよう構成されている。ここで、水平転送ＣＣＤ５３に
おける転送について説明する。図１０は水平タイミング
図であり、図１０におけるＨ１，Ｈ２は、図８に示す水
平転送ＣＣＤ５３の転送パルスＨ１，Ｈ２のタイミング
を示すものである。

【００２０】図１０に示すように、タイミング（１）に
おいて、垂直転送ＣＣＤ２からの電荷はＨ１＝ＶＭ、Ｈ
２＝ＶＬとなっており、Ｈ１の電極の下に分布してい
る。続いて、タイミング（２）において、Ｈ１＝ＶＬ、
Ｈ２＝ＶＭとなり、水平転送ＣＣＤの電位分布は、Ｈ１
電極の領域５４＜Ｈ１電極領域５４以外＜Ｈ２電極の領
域５４＜Ｈ２電極の領域５４以外となり、Ｈ１の電極下
の蓄積電荷は、Ｈ２の電極下の領域５４を通ってＨ２の
電極下に移動する。続いて、タイミング（３）におい
て、Ｈ１＝ＶＭ、Ｈ２＝ＶＬとなり、同様に、Ｈ２の電
荷は、Ｈ１の電極下に移動する。これを繰り返すことに
より水平転送が行われ、図８に示すＣＣＤ出力５５とし
てＣＣＤ画素信号が出力される。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来のＣＣＤ撮像素子を使用した場合には、水平７２
０画素、垂直４８０ラインの動画像を得るために、一般
的に、水平転送ＣＣＤの動作周波数を１３．５ＭＨｚと
することが必要であり、さらに、手ぶれ補正機能を有し
たビデオカメラでは、手ぶれ補正用の画像領域を確保す
るために、画素数が６８万画素以上と大きくなり、１８
ＭＨｚ以上の動作周波数が必要となっている。

【００２２】また、最近の民生用ビデオカメラには静止
画撮影を行う機能が追加されているものがある。静止画
専用のディジタルスチルカメラでは、画素数が２００万
画素以上が主流となっており、民生用ビデオカメラにお
いても、ディジタルスチルカメラと同等である高画素の
静止画が要求されてきている。

【００２３】そこで、静止画撮影に必要な３００万画素
のＣＣＤ撮像素子を使用し、このＣＣＤ撮像素子を用い
て静止画撮影と動画撮影の処理を共用すると想定した場
合には、前述した６８万画素のＣＣＤ撮像素子に対する
動作周波数を１８ＭＨｚとして画素数の比から単純計算
すると、そのＣＣＤ動作周波数は８０ＭＨｚ近くとな
る。しかしながら、現在実現することができるＣＣＤ撮
像素子の動作周波数は、３６ＭＨｚ程度が限度であり、
その後段のＣＤＳ／ＡＧＣにおいても、動作周波数を８
０ＭＨｚとすることは現実的に難しい。このため、従来
のＣＣＤ撮像素子とカメラ信号処理技術を用いて、動画
と静止画の撮影を兼用できるシステムを実現しようとす
ると、１５０万画素程度が限界であり、それ以上の画素
数のシステムを構成することは極めて困難である。

【００２４】本発明は、上述した事情に鑑み提案された
もので、静止画撮影に必要な３００万画素のＣＣＤ撮像
素子を用いた場合であっても、動画撮影時におけるＣＣ
Ｄ動作周波数を従来と同程度に低減することが可能なカ
ラービデオカメラを提供することを目的とする。

【００２５】

【課題を解決するための手段】本発明に係るカラービデ
オカメラは、上述した目的を達成するため、分光特性の
それぞれ異なる４種類の色フィルタＣ１、Ｃ２、Ｃ３お
よびＣ４を用いて、水平方向の第１ラインでは前記色フ
ィルタをＣ１、Ｃ１、Ｃ２およびＣ２の順で、水平方向
の第２ラインでは前記色フィルタをＣ１、Ｃ１、Ｃ２お
よびＣ２の順で、水平方向の第３ラインでは前記色フィ
ルタＣ３、Ｃ３、Ｃ４およびＣ４の順で、水平方向の第
４ラインでは前記色フィルタＣ３、Ｃ３、Ｃ４およびＣ
４の順で、水平方向の第５ラインでは前記色フィルタＣ
２、Ｃ２、Ｃ１およびＣ１の順で、水平方向の第６ライ
ンでは前記色フィルタＣ２、Ｃ２、Ｃ１およびＣ１の順
で、水平方向の第７ラインでは前記色フィルタＣ３、Ｃ
３、Ｃ４およびＣ４の順で、水平方向の第８ラインでは
前記色フィルタＣ３、Ｃ３、Ｃ４およびＣ４の順でそれ
ぞれ配列した水平４画素および垂直８画素の補色モザイ
ク色フィルタ配列を有するとともに、垂直転送ＣＣＤに
おいて隣り合う垂直４画素の画素信号を加算するための
手段と、水平転送ＣＣＤにおいて隣り合う水平２画素の
画素信号を加算するための手段と、各画素単位の信号を
独立して読み出すための手段とを有するＣＣＤ撮像素子
を備えたことを特徴とするものである。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るカラービデオ
カメラの実施形態について、図を用いて説明する。な
お、各図において、従来のカラービデオカメラと同様の
機能を有する部分には同一の符号を付している。

【００２７】図１は、本発明の実施形態に係るカラービ
デオカメラの信号処理回路を示すもので、特に、ＣＣＤ
撮像素子を用いた動画／静止画撮影兼用の単板カラービ
デオカメラの信号処理回路の概略構成を示している。本
発明の実施形態に係るカラービデオカメラでは、図１に
示すように、レンズ２を通して、被写体像がＣＣＤ撮像
素子３の撮像面に結像され、ＣＣＤ撮像素子３では、被
写体像が各画素の色フィルタを通って電気信号に変換さ
れる。ＣＣＤ撮像素子３の出力信号は、ＣＤＳ／ＡＧＣ
回路４にて不用な信号成分が取り除かれ、ＡＤコンバー
タ５にてＣＤＳ／ＡＧＣ回路４の出力信号であるアナロ
グ映像信号に比例したディジタルデータに変換される。
ＡＤコンバータ５の出力信号データは、カメラ信号処理
回路１７に入力される。

【００２８】そして、カメラ信号処理回路１７におい
て、動画モード時には、ＡＤコンバータ５の出力信号デ
ータが、セレクタ１６を通ってフィルタ（ＹＨＬＰＦ）
６に入力され、フィルタ（ＹＨＬＰＦ）６にて水平方向
に平滑化され、その後ガンマ回路７、同期信号加算回路
８を通って輝度信号９として出力する。また、静止画モ
ード時には、ＡＤコンバータ５の出力信号データが輝度
信号処理ブロック１に入力される。輝度信号処理ブロッ
ク１の出力は、セレクタ１６を通ってフィルタ（ＹＨＬ
ＰＦ）６にて水平方向に平滑化され、その後ガンマ回路
７、同期信号加算回路８を通って輝度信号９として出力
される。

【００２９】色信号に関しては、ＡＤコンバータ５の出
力信号データに基づいて、色分離回路１０にてＲ，Ｇ，
Ｂに色信号が作成され、ホワイトバランス回路１１にて
光源の色温度に対する補正が行なわれ、ガンマ回路１
２、マトリックス回路１３、色差ゲイン回路１４を通っ
て色差信号１５として出力される。

【００３０】静止画モード時には、ＣＣＤ撮像素子３か
ら、奇数ラインの画素信号で構成されるフィールド画像
と、偶数ラインの画素信号で構成されるフィールド画像
のデータが順次読み出される。このＣＣＤ撮像素子３か
らの画素データは、ＡＤコンバータ５およびセレクタ１
６を通って、フレームメモリ１８に保持される。そし
て、フレームメモリ１８にて２枚のフィールド画像デー
タが合成され、１枚のフレーム画像のデータとして読み
出されて、輝度信号処理ブロック１に入力される。ＣＣ
Ｄ撮像素子３は、タイミング発生回路１９にて作成され
るＣＣＤ駆動パルスにより動作する。

【００３１】図２は、上述したＣＣＤ撮像素子３の詳細
な構成を示すものであり、図３はこのＣＣＤ撮像素子３
に使用するカラーフィルタの配列を示すものである。以
下、本実施形態におけるＣＣＤ撮像素子３の動作につい
て説明する。ここで、本実施形態に係るＣＣＤ撮像素子
３の色フィルタは、Ｃ１＝マゼンタ、Ｃ２＝グリーン、
Ｃ３＝イエロー、Ｃ４＝シアンの分光特性を持つものと
する。本実施形態に係るＣＣＤ撮像素子３のカラーフィ
ルタは、図３に示すように、Ｍｇ、Ｇｒ、Ｃｙ，Ｙｅの
各色画素に対して、水平２画素、垂直２画素に同じ色画
素を配置し、水平４画素、垂直８画素の配列を１ブロッ
クとして、周期的に配置したものである。水平４画素、
垂直８画素の１ブロック内の配列は、４画素を１つの画
素とみなした場合には、図７に示す従来のＣＣＤ撮像素
子のカラーフィルタの配列と同じ構成となる。

【００３２】図２において、５１は光電変換部、５２は
垂直転送ＣＣＤ、５３は水平転送ＣＣＤ、５５はＣＣＤ
出力をそれぞれ示す。なお、光電変換部５１には、図３
に示すカラーフィルタが各画素に配置されている。

【００３３】本実施形態に係るＣＣＤ撮像素子３の内部
動作を説明すると、まず、光電変換部５１にて入射光量
に比例して蓄積された画像の電荷は、フィールド周期で
垂直転送ＣＣＤ５２に読み出された後、水平走査周期で
垂直転送ＣＣＤ５２の下方向へ順次転送される。垂直転
送ＣＣＤ５２の下端には水平転送ＣＣＤ５３があり、垂
直転送ＣＣＤ５２の１ライン分の電荷は、水平走査周期
で水平転送ＣＣＤ５３に転送される。水平転送ＣＣＤ５
３では、電荷は、水平方向に画素周期で右方向に順次転
送され、ＣＣＤ出力５５として外部に取り出される。

【００３４】次に、動画読み出しモードにおけるＣＣＤ
撮像素子３の動作について説明する。動画読み出しモー
ドでは、垂直４画素データの加算処理を行う。この垂直
４画素データの加算処理について、図４、図５のタイミ
ング図を用いて説明する。なお、垂直転送については、
図２に示す各列で同じ動作となるため、図２における左
端の列についてのみ説明を行う。

【００３５】図４に示すＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ
５，Ｖ６パルス信号は、図１に示すタイミング発生回路
１９にて作成され、図２に示す垂直転送ＣＣＤ５２の転
送パルスＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５，Ｖ６に入力さ
れる。ここで、Ｖ１，Ｖ２，Ｖ４，Ｖ５パルス信号は、
グランド電位ＶＬ、中間電位ＶＭ、高電位ＶＨの３値を
有するパルスで、Ｖ３，Ｖ６は、ＶＬとＶＭの２値を有
するパルスである。

【００３６】図４に示すように、タイミング（１）にお
いて、Ｖ１＝Ｖ２＝ＶＨとなり、光電変換部５１のＧｒ
フィルタの２画素とＭｇフィルタの２画素の位置にある
蓄積電荷が、垂直転送ＣＣＤ５２のＶ１，Ｖ２の電極の
下に移動する。このとき、Ｖ３＝Ｖ４＝Ｖ５＝ＶＬであ
るため、電荷はＶ１、Ｖ２の電極下に留まる。続いて、
タイミング（２）において、Ｖ６＝ＶＬとなり、タイミ
ング（３）において、Ｖ１＝Ｖ２＝Ｖ３＝Ｖ４＝Ｖ５＝
ＶＭとなり、ＧｒフィルタとＭｇフィルタの蓄積電荷
は、Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５の電極の下に分布す
る。続いて、タイミング（４）において、Ｖ４＝Ｖ５＝
ＶＨとなり、光電変換部５１のＣｙフィルタの位置の蓄
積電荷は、垂直転送ＣＣＤ５２のＶ４、Ｖ５の電極の下
に移動し、元のＧｒフィルタとＭｇフィルタの蓄積電荷
にミックスされる。これにより、図２に示す左端のライ
ンでは、垂直方向に隣り合うＧｒ画素とＣｙ画素、およ
びＭｇ画素とＣｙ画素のそれぞれ４画素の蓄積電荷が加
算されることになる。

【００３７】続いて、タイミング（５）において、Ｖ１
＝Ｖ２＝ＶＬとなりＶ１，Ｖ２の電極下にあった蓄積電
荷は、Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５の電極下に移動する。続いて、
タイミング（６）において、Ｖ３＝ＶＬとなり、Ｖ３の
電極下にあった蓄積電荷は、Ｖ４，Ｖ５の電極下に移動
する。続いて、タイミング（７）においてＶ６＝ＶＭと
なり、さらにタイミング（８）において、Ｖ４＝Ｖ５＝
ＶＭとなり、垂直４画素データが加算された蓄積電荷
は、Ｖ４，Ｖ５，Ｖ６の電極下に移動する。

【００３８】続いて、垂直転送ＣＣＤ５２から水平転送
ＣＣＤ５３への転送を行う。なお、図２において、水平
転送パルスは、Ｈ１＝Ｈ２＝Ｈ３＝Ｈ４＝Ｈ６＝ＶＭ、
Ｈ５＝ＶＬであるものとする。タイミング（９）におい
て、Ｖ１＝Ｖ２＝ＶＭとなり、Ｖ４，Ｖ５，Ｖ６の電極
下の電荷は、Ｖ４，Ｖ５，Ｖ６，Ｖ１，Ｖ２の電極の下
に分布する。続いて、タイミング（１０）において、Ｖ
４＝Ｖ５＝ＶＬとなり、Ｖ４，Ｖ５の電極下の電荷は、
Ｖ６，Ｖ１，Ｖ２の電極の下に移動する。続いて、タイ
ミング（１１）において、Ｖ３＝ＶＭとなり、さらにタ
イミング（１２）において、Ｖ６＝ＶＬとなり、Ｖ６の
電極下の電荷は、Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３の電極の下に移動す
る。

【００３９】これにより、垂直転送ＣＣＤ５２において
垂直方向の電荷の転送処理が行われる。また、この転送
において、垂直転送ＣＣＤ５２の下端では、Ｖ４，Ｖ
５，Ｖ６の電極下にあった蓄積電荷は、水平転送ＣＣＤ
５３のＨ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４，Ｈ６の電極の下に移動
することになり、垂直転送ＣＣＤ５２から水平転送ＣＣ
Ｄ５３への転送が行われる。

【００４０】次のラインの垂直転送では、タイミング
（１３）〜（２０）の処理が行われる。すなわち、タイ
ミング（１３）において、Ｖ４＝Ｖ５＝ＶＭとなり、さ
らにタイミング（１４）において、Ｖ１＝Ｖ２＝ＶＬと
なることで、Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５の電極下に
分布していた電荷は、Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５に移動する。

【００４１】続いて、（１５）において、Ｖ６＝ＶＭと
なり、タイミング（１６）において、Ｖ３＝ＶＬとな
り、電荷はＶ４，Ｖ５，Ｖ６の電極下に移動する。続い
て、（１７）において、Ｖ１＝Ｖ２＝ＶＭとなり、タイ
ミング（１８）において、Ｖ４＝Ｖ５＝ＶＬとなり、電
荷はＶ６，Ｖ１，Ｖ２に移動する。続いて、タイミング
（１９）において、Ｖ３＝ＶＭとなり、タイミング（２
０）において、Ｖ６＝ＶＬとなり、電荷はＶ１，Ｖ２，
Ｖ３の電極下に移動し、１ステップの下方向への垂直転
送が行われ、このステップを繰り返すことで垂直転送が
行われる。

【００４２】図２に示す水平転送ＣＣＤ５３では、Ｈ１
＝Ｈ２＝Ｈ３＝Ｈ４＝Ｈ６＝ＶＭとなっているため、こ
の５つの電極の下の領域で、図２に示す左端の列と、そ
の隣の列の画素が混合されて、水平２画素データの加算
の処理が実現される。

【００４３】次に、水平転送ＣＣＤ５３における転送に
ついて説明する。図５は水平タイミング図であり、図５
におけるＨ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４，Ｈ５，Ｈ６は、図２
に示す水平転送ＣＣＤ５３の転送パルスＨ１，Ｈ２，Ｈ
３，Ｈ４，Ｈ５，Ｈ６のタイミングを示すものであり、
図１に示すタイミング発生回路１９にて作成される。

【００４４】図５に示すように、タイミング（１）にお
いて、Ｈ１＝Ｈ２＝Ｈ３＝Ｈ４＝Ｈ６＝ＶＭ、Ｈ５＝Ｖ
Ｌとなっており、垂直転送ＣＣＤ５２からの電荷は、Ｈ
１，Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４，Ｈ６の電極の下に分布してい
る。続いて、タイミング（２）において、Ｈ６＝ＶＬと
なり、Ｈ６の電極下の蓄積電荷は、Ｈ１の電極下に移動
する。

【００４５】続いて、タイミング（３）において、Ｈ５
＝ＶＭとなり、さらにタイミング（４）において、Ｈ１
＝Ｈ２＝Ｈ３＝Ｈ４＝ＶＬとなり、Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３，
Ｈ４の電極下の電荷は、Ｈ５の電極下に移動する。続い
て、タイミング（５）において、Ｈ６＝ＶＭとなり、タ
イミング（６）において、Ｈ５＝ＶＬとなることで、Ｈ
５の電極下の電荷は、Ｈ６に移動する。

【００４６】続いて、タイミング（７）において、Ｈ１
＝Ｈ２＝Ｈ３＝Ｈ４＝ＶＭとなって、Ｈ６の電極下の電
荷は、Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４，Ｈ６に分布する。これ
により、１ステップの右方向への水平転送が完了し、こ
のステップを繰り返すことにより、水平転送が行われ
る。そして、水平転送ＣＣＤ５３の右端では、ＣＣＤ出
力５５としてＣＣＤ画素信号が出力される。以上の動作
により、ＣＣＤ撮像素子３の動画読み出しモードにおい
て、垂直４画素、水平２画素の加算読み出しが可能とな
る。

【００４７】次に、静止画読み出しモードにおけるＣＣ
Ｄ撮像素子３の動作について説明する。静止画読み出し
モードでは、水平／垂直方向ともに画素加算を行わず、
各画素単位の信号がＣＣＤ撮像素子３から読み出され
る。ここで、最初に奇数ラインの画素で構成されるフィ
ールド画像データが読み出され、その後、偶数ラインの
画素で構成されるフィールド画像が読み出されるという
ように、２回に分けて１フレームの画像信号が読み出さ
れる。

【００４８】静止画読み出しモードの動作について、図
４に示すタイミング図を用いて説明する。なお、垂直転
送については、図２に示す各列で同じ動作となるため、
図２における左端の列についてのみ説明を行う。図２に
示すように、Ｖ１，Ｖ４パルス信号は、グランド電位Ｖ
Ｌ、中間電位ＶＭ、高電位ＶＨの３値を有するパルス
で、Ｖ２，Ｖ３，Ｖ５，Ｖ６は、ＶＬとＶＭの２値を有
するパルスである。

【００４９】図４に示すように、タイミング（３１）に
おいて、Ｖ１＝Ｖ４＝ＶＨとなり、光電変換部５１の奇
数ラインの画素の位置における蓄積電荷は、垂直転送Ｃ
ＣＤ５２のＶ１，Ｖ４の電極の下に移動する。このと
き、Ｖ３＝Ｖ６＝ＶＬであるため、電荷はＶ１、Ｖ４の
電極下に留まる。続いて、タイミング（３２）におい
て、Ｖ１＝Ｖ４＝ＶＭとなり、タイミング（３３）にお
いて、Ｖ１＝Ｖ４＝ＶＬとなり、奇数ライン画素の蓄積
電荷は、Ｖ２，Ｖ５の電極の下に移動する。

【００５０】続いて、タイミング（３４）において、Ｖ
３＝Ｖ６＝ＶＭとなり、電荷はＶ２，Ｖ３，Ｖ５，Ｖ６
の電極下に分布する。続いて、タイミング（３５）にお
いて、Ｖ２＝Ｖ５＝ＶＬとなり、蓄積電荷はＶ３，Ｖ６
の電極下に移動する。続いて、垂直転送ＣＣＤ５２から
水平転送ＣＣＤ５３への転送を行う。なお、図２におい
て、水平転送パルスは、Ｈ１＝Ｈ３＝Ｈ４＝Ｈ６＝Ｖ
Ｍ、Ｈ２＝Ｈ５＝ＶＬであるものとする。

【００５１】タイミング（３６）において、Ｖ１＝Ｖ４
＝ＶＭとなり、タイミング（３７）において、Ｖ３＝Ｖ
６＝ＶＬとなって、Ｖ３，Ｖ６の電極下の電荷は、それ
ぞれＶ４，Ｖ１の電極の下に移動する。

【００５２】続いて、（３８）において、Ｖ２＝Ｖ５＝
ＶＭとなり、Ｖ１，Ｖ４の電極下の電荷は、それぞれＶ
１，Ｖ２とＶ４，Ｖ５の電極の下に移動する。なお、タ
イミング（３７）における転送では、垂直転送ＣＣＤ５
２の下端において、Ｖ６の電極下にあった蓄積電荷は、
水平転送ＣＣＤ５３のＨ１の電極の下に移動することに
なり、垂直転送ＣＣＤ５２から水平転送ＣＣＤ５３への
転送が行われる。

【００５３】次のラインの垂直転送では、タイミング
（３９）〜（４１）の処理が行われる。すなわち、タイ
ミング（３９）において、Ｖ１＝Ｖ４＝ＶＬとなり、さ
らにタイミング（４０）において、Ｖ３＝Ｖ６＝ＶＭと
なることで、Ｖ１，Ｖ２とＶ３，Ｖ４の電極下に分布し
ていた電荷は、それぞれＶ２、Ｖ３とＶ５，Ｖ６に移動
する。続いて、（４１）において、Ｖ２＝Ｖ５＝ＶＬと
なり、Ｖ２，Ｖ３の電極下にあった電荷は、Ｖ３，Ｖ６
の電極下にそれぞれ移動し、１ステップの下方向への垂
直転送が行われ、このステップを繰り返すことで垂直転
送が行われる。

【００５４】次に、水平転送ＣＣＤ５３における転送に
ついて、図５に示すタイミング図を用いて説明する。図
５に示すように、タイミング（２１）において、Ｈ１＝
Ｈ３＝Ｈ４＝Ｈ６＝ＶＭ、Ｈ２＝Ｈ５＝ＶＬとなってお
り、垂直転送ＣＣＤ５２からの電荷は、Ｈ６，Ｈ１とＨ
３，Ｈ４の電極の下に、各列の画素電荷毎にそれぞれ独
立して分布している。

【００５５】続いて、タイミング（２２）において、Ｈ
３＝Ｈ６＝ＶＬとなり、Ｈ３，Ｈ６の電極下の蓄積電荷
は、それぞれＨ４，Ｈ１の電極下に移動する。続いて、
タイミング（２３）において、Ｈ２＝Ｈ５＝ＶＭとな
り、さらにタイミング（２４）にて、Ｈ１＝Ｈ４＝ＶＬ
となり、Ｈ１，Ｈ４の電極下の電荷は、Ｈ２，Ｈ５の電
極下にそれぞれ移動する。続いて、（２５）において、
Ｈ３＝Ｈ６＝ＶＭとなり、タイミング（２６）におい
て、Ｈ２＝Ｈ５＝ＶＬになることで、Ｈ２，Ｈ５の電極
下の電荷は、Ｈ３，Ｈ６の電極下に移動する。

【００５６】続いて、タイミング（２７）において、Ｈ
１＝Ｈ３＝ＶＭとなって、Ｈ３，Ｈ６の電極下の電荷
は、それぞれＨ３，Ｈ４とＨ６，Ｈ１に分布する。これ
により、１ステップの右方向への水平転送が完了し、こ
のステップを繰り返すことにより、水平転送が行われ
る。そして、水平転送ＣＣＤ５３の右端では、ＣＣＤ出
力５５としてＣＣＤ画素信号が出力される。以上の動作
により、ＣＣＤ撮像素子３の静止画読み出しモードにお
いて、各画素の蓄積電荷が独立して読み出されることと
なる。

【００５７】なお、上述した動作方式を行うことによ
り、本実施形態に係るＣＣＤ撮像素子３を用いて、動画
読み出しモードと静止画読み出しモードを兼用して使用
することができる。ここで、ＣＣＤ撮像素子３からの画
素信号出力の読み出し周波数を考えると、動画読み出し
モードでは、垂直４画素データを加算するとともに水平
２画素データを加算した信号が、１画素の信号として読
み出されるため、ＣＣＤ撮像素子３の画素読み出しクロ
ックの周波数は、従来のＣＣＤ撮像素子における読み出
しクロックの周波数に対して１／４の周波数となる。

【００５８】すなわち、ＣＣＤ撮像素子３の読み出しク
ロック周波数が従来と同様であると仮定した場合に、従
来と比較して４倍の画素数を有するＣＣＤ撮像素子３を
使用することができる。また、静止画読み出しモードで
は、動画読み出しモードのように画像のフレーム周波数
が高速でなくともよいため、画素数が多い場合であって
も、低周波の画素クロックで読み出して処理を行うこと
が可能となる。このため、ＣＤＳ／ＡＧＣの動作周波数
を上げる必要はない。

【００５９】以上のことから、本実施形態に係るＣＣＤ
撮像素子３を用いることにより、動作クロック周波数を
従来と同じ状態としつつ、ＣＣＤの画素数を従来の４
倍、すなわち、３００万画素程度のＣＣＤを用いて動画
と静止画の双方に対応することができる。

【００６０】ここで、カメラ信号処理について考える
と、動画読み出しモードの場合には、従来と同じ画素信
号がＣＣＤ撮像素子から出力されるため、従来と同じ処
理が可能である。これに対して、静止画読み出しモード
の場合には、フレームメモリ１８（図１参照）から読み
出される全画素独立した画素信号の配列と各画素信号に
含まれる色成分は、動画読み出しモードの場合と異なる
ため、そのまま動画と同じ処理を行うことはできない。
このため、輝度信号処理ブロック１（図１参照）にて、
画素単位で色画素毎に輝度レベルを調整して輝度信号を
作成する処理を行う。

【００６１】

【発明の効果】本発明に係るカラービデオカメラは、上
述した構成を備えているため、３００万画素以上の高画
素のＣＣＤ撮像素子を用いて、動画撮影と静止画撮影を
共用する場合に、ＣＣＤ撮像素子、ＣＤＳ／ＡＧＣ、お
よびＡＤコンバータの動作クロックを従来のシステムと
同様の周波数で実現することが可能となる。すなわち、
３００万画素以上の高解像度の静止画撮影機能を有する
単板のカラービデオカメラを実現することが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係るカラービデオカメラに
おける信号処理回路の構成を示すブロック図である。

【図２】本発明の実施形態に係るＣＣＤ撮像素子の構成
を示すブロック図である。

【図３】本発明の実施形態に係るＣＣＤ撮像素子のカラ
ーフィルタ配列を示す模式図である。

【図４】本発明の実施形態に係るＣＣＤ撮像素子におけ
る垂直駆動パルスのタイミング図である。

【図５】本発明の実施形態に係るＣＣＤ撮像素子におけ
る水平駆動パルスのタイミング図である。

【図６】従来のカラービデオカメラにおける信号処理回
路の構成を示すブロック図である。

【図７】従来のＣＣＤ撮像素子のカラーフィルタ配列を
示す模式図である。

【図８】従来のＣＣＤ撮像素子の構成を示すブロック図
である。

【図９】従来のＣＣＤ撮像素子における垂直駆動パルス
のタイミング図である。

【図１０】従来のＣＣＤ撮像素子における水平駆動パル
スのタイミング図である。

【符号の説明】

１ 輝度信号処理ブロック ２ レンズ ３ ＣＣＤ撮像素子 ４ ＣＤＳ／ＡＧＣ回路 ５ ＡＤコンバータ ６ フィルタ（ＹＨＬＰＦ） ７ ガンマ回路 ８ 同期信号加算回路 ９ 輝度信号 １０ 色分離回路 １１ ホワイトバランス回路 １２ ガンマ回路 １３ マトリックス回路 １４ 色差ゲイン回路 １５ 色差信号 １６ セレクタ １７ カメラ信号処理回路 １８ フレームメモリ １９ タイミング発生回路 ５１ 光電変換部 ５２ 垂直転送ＣＣＤ ５３ 水平転送ＣＣＤ ５４ 不純物を拡散した領域 ５５ ＣＣＤ出力

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4M118 AA10 AB01 BA13 DB05 DB09 DB11 DB20 GC09 5C024 CX06 CY11 DX04 GY01 HX05 HX18 HX23 JX14 5C065 AA01 AA03 BB02 BB12 CC01 CC08 DD02 EE05 EE07 GG02 GG12 GG18 GG30

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 分光特性のそれぞれ異なる４種類の色フ
   ィルタＣ１、Ｃ２、Ｃ３およびＣ４を用いて、水平方向
   の第１ラインでは前記色フィルタをＣ１、Ｃ１、Ｃ２お
   よびＣ２の順で、水平方向の第２ラインでは前記色フィ
   ルタをＣ１、Ｃ１、Ｃ２およびＣ２の順で、水平方向の
   第３ラインでは前記色フィルタＣ３、Ｃ３、Ｃ４および
   Ｃ４の順で、水平方向の第４ラインでは前記色フィルタ
   Ｃ３、Ｃ３、Ｃ４およびＣ４の順で、水平方向の第５ラ
   インでは前記色フィルタＣ２、Ｃ２、Ｃ１およびＣ１の
   順で、水平方向の第６ラインでは前記色フィルタＣ２、
   Ｃ２、Ｃ１およびＣ１の順で、水平方向の第７ラインで
   は前記色フィルタＣ３、Ｃ３、Ｃ４およびＣ４の順で、
   水平方向の第８ラインでは前記色フィルタＣ３、Ｃ３、
   Ｃ４およびＣ４の順でそれぞれ配列した水平４画素およ
   び垂直８画素の補色モザイク色フィルタ配列を有すると
   ともに、 垂直転送ＣＣＤにおいて隣り合う垂直４画素の画素信号
   を加算するための手段と、水平転送ＣＣＤにおいて隣り
   合う水平２画素の画素信号を加算するための手段と、各
   画素単位の信号を独立して読み出すための手段とを有す
   るＣＣＤ撮像素子を備えたことを特徴とするカラービデ
   オカメラ。