JP3485745B2

JP3485745B2 - 固体撮像装置

Info

Publication number: JP3485745B2
Application number: JP01914697A
Authority: JP
Inventors: 透渡辺
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1997-01-31
Filing date: 1997-01-31
Publication date: 2004-01-13
Anticipated expiration: 2017-01-31
Also published as: JPH10224808A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＣＣＤイメージセ
ンサにカラーフィルタを装着してカラー撮像を行うよう
にした固体撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＣＣＤイメージセンサを用いるテレビカ
メラ等の固体撮像装置においては、所定のテレビジョン
方式に従う各種の同期信号に基づいて、イメージセンサ
の各走査タイミングが設定される。例えば、ＮＴＳＣ方
式の場合、垂直走査期間が１／６０秒に設定され、さら
に水平走査期間が垂直走査期間の２／５２５に設定され
る。これにより、１画面分の映像情報が１水平ライン単
位で連続する映像信号が出力される。

【０００３】図１０は、ＣＣＤイメージセンサを用いる
撮像装置の基本的な構成を示すブロック図で、図１１
は、その動作を説明するタイミング図である。フレーム
転送型のＣＣＤイメージセンサ１は、撮像部１ｉ、蓄積
部１ｓ、水平転送部１ｈ及び出力部１ｄより構成され
る。撮像部１ｉは、垂直方向に連続する互いに平行な複
数のＣＣＤシフトレジスタからなり、そのシフトレジス
タの各ビットがそれぞれ受光画素を構成し、撮像期間に
発生する情報電荷をそれぞれ蓄積する。蓄積部１ｓは、
撮像部１ｉのシフトレジスタに連続し、ビット数が一致
する複数のＣＣＤシフトレジスタからなり、これらのシ
フトレジスタの各ビットに撮像部１ｉの各受光画素から
転送出力される情報電荷をそれぞれ一時的に蓄積する。
水平転送部１ｈは、蓄積部１ｓの各シフトレジスタの出
力が各ビットに結合された単一のＣＣＤシフトレジスタ
からなり、蓄積部１ｓから１水平ライン単位で転送出力
される情報電荷を順次出力部１ｄ側へ転送する。出力部
１ｄは、水平転送部１ｈの出力側で情報電荷を受ける容
量を含み、水平転送部１ｈから転送出力される情報電荷
を受けて電荷量に応じた電圧値を出力する。ここで出力
される電圧値の変化が画像信号Ｙ0(t)となる。

【０００４】駆動回路２は、フレームクロック発生部２
ｆ、垂直クロック発生部２ｖ、水平クロック発生部２
ｈ、リセットクロック発生部２ｒ及びサンプリングクロ
ック発生部２ｓより構成される。フレームクロック発生
部２ｆは、フレームシフトタイミング信号ＦＴに応答し
てフレームクロックφfを発生し、撮像部１ｉへ供給す
る。これにより、撮像部１ｉの各受光画素に蓄積される
情報電荷は、垂直走査期間毎に蓄積部１ｓへ高速転送さ
れる。垂直クロック発生部２ｖは、垂直同期信号ＶＴ及
び水平同期信号ＨＴに応答して垂直クロックφvを発生
し、蓄積部１ｓへ供給する。これにより、蓄積部１ｓで
は、撮像部１ｉから転送出力される情報電荷が取り込ま
れて一時的に蓄積されると共に、蓄積された情報電荷が
各水平走査期間に１水平ライン単位で水平転送部１ｈへ
転送される。水平クロック発生部２ｈは、水平同期信号
ＨＴに応答して水平転送クロックφhを発生し、水平転
送部１ｈへ供給する。これにより、１水平ライン毎に蓄
積部１ｓから水平転送部１ｈへ取り込まれた情報電荷
は、順次出力部１ｄ側へ転送出力される。リセットクロ
ック発生部２ｒは、水平クロック発生部２ｈの動作に同
期して出力部１ｄの情報電荷を順次排出するリセットク
ロックφrを発生し、出力部１ｄへ供給する。これによ
り、水平転送部１ｈから出力部１ｄへ出力される情報電
荷は、１画素単位で蓄積されるようになる。そして、サ
ンプリングクロック発生部２ｓは、リセットクロック発
生部２ｒと同様に、水平クロック発生部２ｈの動作に同
期して出力部１ｄから出力される画像信号Ｙ0(t)を順次
サンプリングするサンプリングクロックφsを発生し、
後述するサンプルホールド回路４へ供給する。

【０００５】タイミング制御回路３は、一定周期の基準
クロックＣＬＫに基づいて動作し、イメージセンサ１の
垂直走査及び水平走査の各タイミングを決定する垂直同
期信号ＶＴ及び水平同期信号ＨＴを発生し、駆動回路２
へ供給する。同時に、垂直同期信号ＶＴに一致する周期
でフレームシフトタイミング信号ＦＴを発生し、駆動回
路２へ供給する。このタイミング制御回路３では、イメ
ージセンサ１の露光状態を最適に保つようにするため、
撮像部１ｉに発生する情報電荷の量に対応して垂直走査
期間の途中で撮像部１ｉの情報電荷を排出させるシャッ
タ制御が行われる。即ち、シャッタ動作のタイミングを
早くすると、フレーム転送開始までの期間が長くなり、
撮像部１ｉでより長い期間情報電荷の蓄積が行われるよ
うになる。逆に、シャッタ動作のタイミングを遅くする
と、フレーム転送開始までの期間が短くなり、撮像部１
ｉでは短い期間で情報電荷の蓄積が行われるようにな
る。撮像部１ｉの情報電荷を排出するシャッタ動作につ
いては、駆動回路２からイメージセンサ１に供給する駆
動クロックの作用によって実行される。

【０００６】サンプルホールド回路４は、サンプリング
クロック発生部２ｓから供給されるサンプリングクロッ
クφsに応答して画像信号Ｙ0(t)をサンプリングするこ
とにより、信号レベルを維持する画像信号Ｙ1(t)を生成
する。通常、出力部１ｄにおいては、リセットクロック
φrに従い容量の充放電が繰り返されるため、出力部１
ｄから得られる画像信号Ｙ0(t)は、リセットレベルと、
情報電荷量に応じた信号レベルとが交互に連続する。そ
こで、画像信号Ｙ0(t)の内、信号レベルのみを取り出す
ようにサンプリングクロックφrの位相を設定してい
る。従って、出力部１ｄに蓄積される情報電荷量に対応
する信号レベルのみが連続する画像信号Ｙ1(t)を得るこ
とができる。

【０００７】分周回路５は、リセットクロックφrを分
周する第１の分周器５ａ及びサンプリングクロックφs
を分周する第２の分周器５ｂより構成される。この分周
回路５は、必要に応じてリセットクロックφr及びサン
プリングクロックφsを分周するものであり、出力部１
ｄのリセット動作を間欠的することにより、出力部１ｄ
で複数画素の情報電荷を混合できるようにしている。例
えば、図１２に示すように、水平クロックφhと同一の
周期で生成されるリセットクロックφr0及びサンプリン
グクロックφs0を１／２に分周し、周期が水平クロック
φhの２倍となったリセットクロックφr1及びサンプリ
ングクロックφs1を出力部１ｄ及びサンプルホールド回
路４へ供給するように構成される。周期が２倍となった
リセットクロックφr1では、出力部１ｉに２画素分の情
報電荷が蓄積される毎に情報電荷がリセットされること
から、約２倍のレベルの画像信号Ｙ0(t)を得ることがで
きる。

【０００８】イメージセンサ１の撮像部１ｉでは、一画
面分の情報電荷を蓄積する期間は最長で１垂直走査期間
となるが、イメージセンサ１が撮らえる被写体が暗い場
合、蓄積期間を最長に設定しても、露光不足を解消でき
ないことがある。このような場合に、分周回路５を動作
させ、出力部１ｄでの情報電荷のリセット動作を１／２
に間引くことにより、２画素分の情報電荷を１画素分と
して取り出すようにしている。従って、暗い被写体に対
しても、露光不足となることなく十分なレベルの画像信
号Ｙ1(t)を得られるようになる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】撮像装置でカラー撮像
を行う場合、イメージセンサ１の撮像部１ｉに、各受光
画素を所定の色成分と対応させるカラーフィルタが装着
される。このカラーフィルタは、三原色またはその補色
が各受光画素に対応するセグメントに所定の順序で規則
的に割り当てられる。例えば、モザイクフィルタでは、
奇数行のセグメントに白（Ｗ）及び緑（Ｇ）が交互に割
り当てられ、偶数行のセグメントにシアン（Ｃｙ）及び
黄（Ｙｅ）が交互に割り当てられる。

【００１０】イメージセンサ１の撮像部１ｉに上述のよ
うなカラーフィルタが装着されている場合、水平方向に
隣接する２画素が、互いに異なる色成分に対応付けられ
るため、隣接する受光画素に蓄積される情報電荷も互い
に異なる色成分を表すことになる。このため、２画素の
情報電荷を出力部で合成して画像信号Ｙ0(t)を得るよう
にすると、異なる色成分どうしが混合され、後の信号処
理において所望の色成分を正しく再生できないことがあ
る。例えば、奇数行でＷとＧとが合成され、偶数行でＣ
ｙとＹｅとが合成される場合、Ｗ＋Ｇ＝Ｃｙ＋Ｙｅ＝Ｒ
＋２Ｇ＋Ｂ（Ｗ＝Ｒ＋Ｇ＋Ｂ、Ｃｙ＝Ｇ＋Ｂ、Ｙｅ＝Ｒ
＋Ｇ）であるため、画像信号Ｙ0(t)に含まれる色情報は
単一となる。従って、撮像部１ｉの各受光画素がそれぞ
れ特定の色成分に対応付けられていたとしても、画像信
号Ｙ0(t)からそれらの色成分に対応する情報を再生する
ことができなくなる。

【００１１】そこで本発明は、カラーフィルタが装着さ
れたイメージセンサに対して２画素あるいは３画素以上
の情報電荷を合成して取り出せるようにすることを目的
とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述の課題を
解決するために成されたもので、その特徴とするところ
は、カラーフィルタの各セグメントにそれぞれ対応付け
られて行列配置される複数の受光画素が各列毎に複数の
垂直転送部に結合され、この複数の垂直転送部の各出力
が水平転送部の各ビットに結合されると共に、この水平
転送部の出力電荷量が出力部で電圧値に変換されて出力
されるイメージセンサと、上記複数の受光画素に発生す
る情報電荷を上記複数の垂直転送部へ転送した後、上記
複数の垂直転送部から１水平ライン毎に上記水平転送部
へ転送し、さらに上記水平転送部から上記出力部へ転送
すると共に、上記出力部に蓄積される情報電荷を上記水
平転送部の転送動作に同期して排出する駆動回路と、上
記出力部から出力される電圧値を上記駆動回路の排出動
作に同期して取り出す検出回路と、を備え、上記駆動回
路は、上記複数の垂直転送部の奇数列と偶数列とで上記
水平転送部へ交互に情報電荷を転送すると共に、上記出
力部の排出動作の周期を上記水平転送部の転送動作の周
期の整数倍に設定して、上記出力部に複数画素分の情報
電荷を蓄積し、上記検出回路は、上記水平転送部の転送
動作に同期して上記出力部に複数画素分の情報電荷が順
次蓄積される過程の電位の変化を段階的に取り出すこと
にある。

【００１３】本発明によれば、イメージセンサの各受光
画素が１列おきに同一の色成分に対応付けられていると
き、垂直転送部から水平転送部への転送を１列おきに行
うようにしたことで、垂直転送部には、同じ色成分に対
応付けられた情報電荷が同時に転送されるようになる。
水平転送部の出力側では、同じ色成分に対応付けられた
複数画素分の情報電荷が蓄積されて、その情報電荷量に
対応した電圧値が出力される。同時に、複数画素分の情
報電荷が順次蓄積される過程の各段階での出力電圧値が
取り出される。従って、異なる色成分が混合されること
なく複数の画素の情報電荷が合成されると共に、複数の
画素の合成出力と各画素の個別出力とをそれぞれ取り出
すことができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の固体撮像装置の
構成を示すブロック図で、図２は、本発明の固体撮像装
置に用いられるイメージセンサ１１に装着されるモザイ
ク型のカラーフィルタの構成を示す平面図である。フレ
ーム転送型のＣＣＤイメージセンサ１１は、図１０と同
様に、撮像部１１ｉ、蓄積部１１ｓ、水平転送部１１ｈ
及び出力部１１ｄより構成される。撮像部１１ｉは、垂
直方向に連続する互いに平行な複数のＣＣＤシフトレジ
スタからなり、これらのシフトレジスタの各ビットがそ
れぞれ受光画素を構成し、撮像期間に発生する情報電荷
をそれぞれ蓄積する。蓄積部１１ｓは、撮像部１１ｉの
シフトレジスタに連続し、ビット数が一致する複数のＣ
ＣＤシフトレジスタからなり、これらのシフトレジスタ
の各ビットに撮像部１１ｉの各受光画素から転送出力さ
れる情報電荷をそれぞれ一時的に蓄積する。この蓄積部
１１ｓのシフトレジスタは、偶数列で水平転送部１１ｈ
に接続される側が１ビットだけ多くなるように形成され
る。水平転送部１１ｈは、蓄積部１１ｓの各シフトレジ
スタの出力が各ビットに結合された単一のＣＣＤシフト
レジスタからなり、蓄積部１１ｓから転送出力される情
報電荷を順次出力部１１ｄ側へ転送する。この水平転送
部１ｈのシフトレジスタは、１ビットに撮像部１１ｉ及
び蓄積部１１ｓのシフトレジスタの２列が対応付けられ
る。出力部１１ｄは、水平転送部１１ｈの出力側で情報
電荷を受ける容量を含み、水平転送部１１ｈから転送出
力される情報電荷を受けて電荷量に応じた電圧値を出力
する。

【００１５】このイメージセンサ１１の撮像部１１ｉに
は、図２に示すようなモザイク型のカラーフィルタが装
着される。このカラーフィルタは、撮像部１１ｉの各受
光画素に対応するように複数のセグメントＣに分割さ
れ、各セグメントＣが、所定の色成分に対応付けられ
る。例えば、白（Ｗ）、緑（Ｇ）、黄（Ｙｅ）及びシア
ン（Ｃｙ）の４種類の色成分を用いたとき、Ｗ及びＧが
奇数行のセグメントＣに交互に対応付けられ、Ｙｅ及び
Ｃｙが偶数行のセグメントＣに交互に対応付けられる。
従って、奇数行の受光画素には、各列毎にＷ成分に対応
する情報電荷とＧ成分に対応する情報電荷とが交互に蓄
積され、偶数行の受光画素には、各列毎にＹｅ成分に対
応する情報電荷とＣｙ成分に対応する情報電荷とが交互
に蓄積される。

【００１６】駆動回路１２は、フレームクロック発生部
１２ｆ、垂直クロック発生部１２ｖ、補助クロック発生
部１２ｕ、水平クロック発生部１２ｈ、リセットクロッ
ク発生部１２ｒ及びサンプリングクロック発生部１２ｓ
より構成される。フレームクロック発生部１２ｆは、垂
直走査周期のフレームシフトタイミング信号ＦＴに応答
してフレームクロックφfを発生し、撮像部１１ｉへ供
給する。これにより、撮像部１ｉの各受光画素に蓄積さ
れる情報電荷は、各垂直走査期間毎に蓄積部１ｓへ高速
転送される。このフレームクロック発生部１２ｆは、図
１０の駆動回路２と同一である。垂直クロック発生部１
２ｖは、垂直同期信号ＶＴ及び水平同期信号ＨＴに応答
して垂直クロックφvを発生し、蓄積部１１ｓへ供給す
る。補助クロック発生部１２ｕは、水平同期信号ＨＴに
応答し、垂直クロックφhの１／２の周期の補助クロッ
クφuを発生し、蓄積部１１ｓの出力端部で偶数列に余
分に設けられるビットへのみ供給する。これにより、蓄
積部１１ｓでは、撮像部１１ｉから転送出力される情報
電荷が取り込まれて一時的に蓄積されると共に、その情
報電荷が水平走査期間の１／２の期間毎に、奇数列と偶
数列とで交互に１／２ラインずつに水平転送部１１ｈへ
転送される。

【００１７】水平クロック発生部１２ｈは、水平同期信
号ＨＴに応答して水平転送クロックφhを発生し、水平
転送部１１ｈへ供給する。水平転送部１１ｈは、シフト
レジスタのビット数が１／２に縮小されているため、こ
の水平転送部１１ｈに取り込まれた情報電荷は、水平走
査期間の１／２の期間で出力部１１ｄへの転送出力が完
了する。このような１／２の画素数の情報電荷の転送出
力が、１水平走査期間の間に２回繰り返されることによ
り、１行分の情報電荷の転送出力が完了する。図２に示
すようなモザイク型のカラーフィルタがイメージセンサ
１１の撮像部１１ｉに接続されている場合、蓄積部１１
ｓから水平転送部１１ｓへ１列おきに（奇数列と偶列と
を別々に）情報電荷を転送すると、同じ色成分が水平走
査期間の１／２の期間で連続するようになる。

【００１８】リセットクロック発生部１２ｒは、水平ク
ロック発生部１２ｈの動作に同期して出力部１ｄの情報
電荷を順次排出するリセットクロックφrを発生し、出
力部１１ｄへ供給する。これにより、水平転送部１１ｈ
から出力部１１ｄへ出力される情報電荷は、１画素単位
で排出されるようになる。そして、サンプリングクロッ
ク発生部１２ｓは、リセットクロック発生部１２ｒと同
様に、水平クロック発生部１２ｈの動作に同期して出力
１１ｄから出力される画像信号Ｙ0(t)を順次サンプリン
グするサンプリングクロックφsを発生し、後述するサ
ンプルホールド回路１４へ供給する。

【００１９】タイミング制御回路１３は、イメージセン
サ１１の垂直走査及び水平走査の各タイミングを決定す
る垂直同期信号ＶＴ及び水平同期信号ＨＴを発生し、さ
らに、垂直同期信号ＶＴに一致する周期でフレーム転送
タイミング信号ＦＴを発生し、それぞれ駆動回路１２へ
供給する。このタイミング制御回路１３は、図１０に示
すタイミング制御回路３と同一である。

【００２０】サンプルホールド回路１４は、サンプリン
グクロック発生部１２ｓから供給されるサンプリングク
ロックφsに応答してイメージセンサ１１から出力され
る画像信号Ｙ0(t)をサンプリングする。通常、出力部１
１ｄでは、リセットクロックφrに従うタイミングで容
量の充放電が繰り返されるため、出力部１１ｄから得ら
れる画像信号Ｙ0(t)は、リセットレベルと、情報電荷量
に応じた信号レベルとが交互に連続する。そこで、画像
信号Ｙ0(t)の内、信号レベルのみを取り出すようにサン
プリングクロックφrの位相を設定している。従って、
出力部１ｄに蓄積される情報電荷量に対応する信号レベ
ルのみが連続する画像信号Ｙ1(t)を得ることができる。

【００２１】分周回路１５は、リセットクロックφrを
所定の比率で分周して出力部１１ｄへ供給する。これに
より、出力部１ｄのリセット動作が間欠的となり、出力
部１１ｄで複数の画素の情報電荷が混合されるようにな
る。例えば、水平クロックφhと同一の周波数で生成さ
れるリセットクロックφr0を１／２に分周し、周期が水
平クロックφhの２倍となったリセットクロックφr1を
出力部１１ｄへ供給するように構成される。また、分周
回路１５は、１垂直走査期間毎に反転するフレーム識別
信号ＦＬＤに従い、各垂直走査期間で分周動作のタイミ
ングを１クロック周期ずつずらす。これにより、出力部
１１ｄで合成される画素の組み合わせが、各垂直走査期
間で１画素ずつずれて擬似的なインタレース走査が行わ
れるようになり、画素合成による解像度の劣化が抑えら
れる。

【００２２】このように出力部１１ｄの排出動作を間欠
的にしてサンプルホールド回路１４を水平転送部１１ｈ
の転送動作に従い動作させることで、１画素毎の情報電
荷量に対応する画像情報と複数の画素を合成した情報電
荷量に対応する画像情報とが含まれる画像信号Ｙ1(t)を
得ることができる。例えば、２画素分の情報電荷を合成
して取り出すようにしたとき、画像信号Ｙ1(t)は、１画
素分の情報電荷量に対応した電圧値の期間と２画素分の
情報電荷量に対応した電圧値の期間とが繰り返されるこ
とになる。従って、画像信号Ｙ1(t)の信号処理の過程に
おいて、各画素の情報電荷を独立に読み出したときの情
報と、複数の画素を合成して読み出したときの情報とを
必要に応じて選択して取り扱うことが可能になる。

【００２３】図３は、イメージセンサ１１の蓄積部１１
ｓと水平転送部１１ｈとの接続部の構造の一例を示す平
面図である。複数の垂直転送チャネル２１ａ、２１ｂ
が、分離領域２２により区画され、垂直方向（転送方
向）に互いに平行に延在する。垂直転送チャネル２１
ａ、２１ｂの出力端には、各垂直転送チャネル２１ａ、
２１ｂに連続する水平転送チャネル２３が、分離領域２
４により区画され、水平方向に延在する。複数の垂直転
送チャネル２１ａ、２１ｂ上には、２層構造を有する複
数の転送電極２５ａ〜２５ｄが、各列で共通となるよう
に水平方向に延在し、それぞれ絶縁された状態で互いに
平行に配置される。これらの転送電極２５ａ〜２５ｄに
は、４相の垂直クロックφv1〜φv4が印加される。水平
転送チャネル２３上には、２層構造を有する複数の転送
電極２６ａ、２６ｂが、垂直方向に延在して配置され
る。これらの転送電極２６ａ、２６ｂは、隣り合う２本
が共通に接続され、２相の水平クロックφh1、φh2が印
加される。この転送電極２６ａ、２６ｂの内、下層側
は、垂直転送チャネル２１ａ、２１ｂと水平転送チャネ
ル２３との接続部分を被うように、垂直転送チャネル２
１ａ、２１ｂ側まで延在されている。さらに、奇数列の
垂直転送チャネル２１ａと水平転送チャネル２３との接
続部分は、偶数列よりも１ビット分長く形成され、その
接続部分も転送電極２６ａにより被うようにしている。

【００２４】垂直転送チャネル２１ａ、２１ｂの出力側
（水平転送チャネル２３側）には、２層構造を有する補
助転送電極２７ａ〜２７ｄが形成される。下層側の補助
転送電極２７ｂ、２７ｄは、偶数列の垂直転送チャネル
２１ｂ上にのみ設けられる。また、上層側の補助転送電
極２７ａ、２７ｃは、全ての垂直転送チャネル２１ａ、
２１ｂを横切って配置されるが、奇数列の垂直転送チャ
ネル２１ａ上では、転送電極２６ａに重なり、偶数列の
垂直転送チャネル２１ｂに対してのみ作用する。そし
て、これらの補助転送電極２７ａ〜２７ｄには、４相の
補助クロックφu1〜φu4が印加される。これにより、補
助転送電極２７ａ〜２７ｄは、偶数列の垂直転送チャネ
ル２１ｂの出力端で１ビット分の補助ビットを形成し、
蓄積部１１ｓから水平転送部１１ｈへ情報電荷が転送さ
れる過程で、偶数列の垂直転送チャネル２１ｂで１画素
分の情報電荷を一時的に蓄積できるようになる。

【００２５】図６及び図７は、図３に示すイメージセン
サ１１の動作を説明するタイミング図であり、図６は水
平走査周期の動作、図７は水平クロック周期の動作をそ
れぞれ示している。この図においては、イメージセンサ
１１の出力部１１ｄで２画素分の情報電荷を合成して読
み出すようにした場合を示している。尚、実際には、垂
直クロックφv及び補助クロックφuが４相であり、水平
クロックφhが２相であるが、図面上では代表クロック
のみを示している。

【００２６】図６に示すように、垂直クロックφvは、
水平同期信号ＨＴに従う周期で転送電極２５ａ〜２５ｄ
をクロックキングし、垂直転送チャネル２１ａ、２１ｂ
内の情報電荷を１水平走査期間に１画素ずつ垂直方向へ
転送する。補助クロックφuは、垂直クロックφvの１／
２の周期を有し、水平同期信号ＨＴの１／２の周期で補
助転送電極２７ａ〜２７ｄをクロックキングする。補助
転送電極２７ａ〜２７ｄは、偶数列の垂直転送チャネル
２１ｂに対してのみ有効に作用するため、偶数列の垂直
転送チャネル２１ｂ内の情報電荷が、出力端部で１水平
走査期間に２画素ずつ垂直方向へされる。このとき、転
送電極２５ａ〜２５ｄ部分から補助転送電極２７ａ〜２
７ｄ部分へは、１水平走査期間に１画素の情報電荷しか
転送されないため、実際に補助転送電極２７ａ〜２７ｄ
部分では、１画素おきに空転送となる。従って、奇数列
の垂直転送チャネル２１ａと偶数列の垂直転送チャネル
２１ｂとでは、１／２垂直走査期間だけずれたタイミン
グで１画素の情報電荷が水平転送チャネル２３へ転送さ
れる。

【００２７】水平クロックφhは、垂直クロックφv及び
補助クロックφuに対応して起動し、転送電極２６ａ、
２６ｂを水平走査周期よりも十分に短い周期でクロッキ
ングする。この水平クロックφhの周期は、水平転送チ
ャネル２３内にある情報電荷を水平走査期間の１／２の
期間で全て転送出力でき、且つ、一定のブランキング期
間を確保できるように設定される。これにより、各水平
走査期間の前半期間に、奇数列の垂直転送チャネル２１
ａからの情報電荷が転送出力され、後半期間に、偶数列
の垂直転送チャネル２１ｂからの情報電荷が転送出力さ
れる。

【００２８】図７に示すように、リセットクロックφr0
は、水平クロックφhに同期し、水平転送周期に一致す
る周期で、イメージセンサ１１の出力部１１ｄに蓄積さ
れる情報電荷を排出させる。分周リセットクロックφr1
は、リセットクロックφr0を１／２に分周して生成さ
れ、水平転送周期の２倍の周期で、イメージセンサ１１
の出力部１１ｄに蓄積される情報電荷を排出する。これ
により、イメージセンサ１１の出力部では、２画素分の
情報電荷が同時に蓄積されるようになり、出力される画
像信号Ｙ0(t)は、分周リセットクロックφr1で指定され
るリセット期間の後、２段階で信号レベルを変化させ
る。

【００２９】サンプリングクロックφsは、リセットク
ロックφr0と同一周期で、リセットクロックφr0のリセ
ット期間の直前にサンプリングタイミングを有する。こ
れにより、サンプルホールド回路１４において画像信号
Ｙ0(t)のリセットタイミングの直前の信号レベルがサン
プリングされ、その信号レベルが１クロック期間（水平
クロックφhの１周期分）維持される画像信号Ｙ1(t)が
生成される。このとき、出力部１１ｄのリセット動作が
間欠的であることから、画像信号Ｙ0(t)の信号レベル
は、１画素分の情報電荷量に対応する電圧値と２画素分
の情報電荷量に対応する電圧値とを繰り返す。例えば、
奇数番目の画素が単独で読み出されるとき、信号レベル
は、奇数番目の画素の情報電荷量ｙ(2m-1)に従う電圧値
となる。そして、偶数番目の画素が１つ前の奇数番目の
画素に合成されて読み出されるとき、信号レベルは、偶
数番目の画素の情報電荷量ｙ(2m)に奇数番目の画素の情
報電荷量ｙ(2m-1)を加算した電荷量ｙ(2m-1)＋ｙ(2m)に
従う電圧値となる。従って、画像信号Ｙ1(t)では、１画
素分の情報電荷量を表す期間と２画素分の情報電荷量を
表す期間とが交互に繰り返される。

【００３０】上述のイメージセンサ１１では、図２に示
すようなモザイク型のカラーフィルタが装着されている
場合、各色成分が各水平走査期間の１／２の期間毎に連
続するようになる。例えば、Ｗ成分及びＧ成分が交互に
対応付けられる奇数行の受光画素に対応する水平走査期
間では、図８に示すように、前半期間でＷ成分が連続
し、後半期間でＧ成分が連続する。また、Ｃｙ成分及び
Ｙｅ成分が交互に対応付けられる偶数行の受光画素に対
応する水平走査期間では、前半期間でＣｙ成分が連続
し、後半期間でＹｅ成分が連続する。これにより、水平
方向で２画素の情報電荷を合成したとしても、異なる色
成分が互いに混ざり合うことはなく、信号処理回路で適
切な処理を行うことができる。

【００３１】図４は、サンプルホールド回路１４から出
力される画像信号Ｙ1(t)に対して信号処理を施す信号処
理回路の入力段階の構成を示すブロック図である。この
図においては、図６及び図８に従い、イメージセンサ１
１の出力部１１ｄで２画素の情報電荷を合成して読み出
される画像信号Ｙ1(t)に対して信号処理を施す場合を示
す。

【００３２】信号処理回路は、Ａ／Ｄ変換回路３１、ラ
ッチ回路３２、３３、減算回路３４及び選択回路３５を
含む。信号処理回路は、さらに、ホワイトバランス調整
や平衡変調等を施す色信号処理系及び２次元フィルタ処
理や輪郭補正等を施す輝度信号処理系を含んでいる。Ａ
／Ｄ変換回路３１は、サンプルホールド回路１４に同期
して画像信号Ｙ1(t)を取り込み、イメージセンサ１１の
各受光画素に対応する画像データＤ0(n)を生成する。こ
の画像データＤ0(n)では、図７に示す画像信号Ｙ1(t)と
同様に、１画素分の情報電荷量に対応するデータと２画
素分の情報電荷量に対応するデータとが繰り返される。
例えば、２ｍ−１（奇数）番目の画素が単独で読み出さ
れるとき、画像データＤ0(2m-1)が、２ｍ−１番目の画
素の情報電荷量ｙ(2m-1)を表すデータｄ(2m-1)となる。
そして、２ｍ（偶数）番目の画素が１つ前の画素に合成
されて読み出されるとき、画像データＤ0(2m)が、２ｍ
番目の画素の情報電荷量ｙ(2m)に２ｍ−１番目の画素の
情報電荷量ｙ(2m-1)を加算した電荷量ｙ(2m-1)＋ｙ(2m)
を表すデータｄ(2m-1)＋ｄ(2m)となる。

【００３３】第１のラッチ３２は、第１のラッチパルス
ＬＴ１に応答し、画像データＤ0(n)を１データおきに、
２画素分の情報電荷が出力されるタイミングでラッチ
し、２画素分の情報電荷量を表すデータｄ(2m-1)＋ｄ(2
m)が連続する画像データＤ1(n)を生成する。第２のラッ
チ３３は、第２のラッチパルスＬＴ２に応答し、画像デ
ータＤ0(n)を１データおきに、１画素分の情報電荷が独
立して出力されるタイミングでラッチし、１画素分の情
報電荷量を表すデータｄ(2m)が連続する画像データＤ2
(n)を生成する。画像データＤ１(n)及び画像データＤ2
(n)においては、データｄ(2m-1)＋ｄ(2m)及びデータｄ
(2m-1)がそれぞれ２クロック単位で連続する。但し、画
像データＤ１(n)及び画像データＤ2(n)の互いのタイミ
ングは、１クロック期間ずれている。

【００３４】減算回路３４は、第１のラッチ回路３２か
ら出力される画像データＤ1(n)から、第２のラッチ回路
３３から出力される画像データＤ2(n)を減算する。この
減算処理では、２画素分の情報電荷量を表す画像データ
Ｄ1(n)から１画素分の情報電荷量を表す画像データＤ2
(n)が差し引かれるため、情報電荷を合成する前の情報
電荷量が算出されることになる。選択回路３５は、選択
パルスＳＥＬに応答して演算回路３４の減算結果または
画像データＤ2(n)の何れか一方を選択し、１画素毎の情
報電荷量を表す画像データＤ3(n)として出力する。即
ち、１画素の情報電荷量を示すデータｄ(2m-1)が入力さ
れる期間には、画像データＤ2(n)側を選択し、２画素の
電荷量を示すデータｄ(2m-1)＋ｄ(2m)が入力される期間
には、減算回路２４側を選択するように構成される。従
って、イメージセンサ１１の出力部１１ｄで合成される
前の各受光画素の情報電荷量のみを表す画像データＤ3
(n)が生成される。

【００３５】第１のラッチ３２から出力される２画素毎
の情報電荷量を示す画像データＤ1(n)は、色信号を得る
ための信号処理系へ供給され、選択回路３５から出力さ
れる１画素毎の情報電荷量を示す画像データＤ3(n)は、
輝度信号を得るための信号処理系へ供給される。色信号
の生成処理においては、データ数が再生画面の解像度に
与える影響が少ないため、データ数が１／２であって
も、十分なレベルを有する２画素分の情報電荷量を表す
画像データＤ3(n)が用いられる。これに対して、輝度信
号の生成処理においては、データ数が再生画面の解像度
に直接影響するため、データ数の確保された画像データ
Ｄ1(n)が用いられる。

【００３６】ところで、２画素の情報電荷を合成して画
像信号Ｙ0(t)を取り出すようにした場合、水平方向の解
像度の劣化は避けられない。そこで、情報電荷を合成す
る２画素の組み合わせを垂直走査期間毎に反転させるよ
うにして、擬似的なインタレース駆動とし、解像度の劣
化を最小限にすることが考えられる。図９は、情報電荷
を合成する２画素を奇数番目の垂直走査期間（奇数フレ
ーム）と偶数番目の垂直走査期間（偶数フレーム）とで
反転させるようにしたときの動作を説明するタイミング
である。

【００３７】分周リセットクロックφr1は、奇数フレー
ムと偶数フレームとで分周のタイミング、即ち、パルス
を間引くタイミングが１クロック期間ずれて設定され
る。従って、分周リセットクロックφr1は、リセットク
ロックφr0に対して２倍の周期を有し、奇数フレームと
偶数フレームとで互いに１／２周期の位相差を有する。
このような分周リセットクロックφr1により画像信号Ｙ
1(t)を得るようにすれば、イメージセンサ１１の出力部
１１ｄで合成される２画素の組み合わせが、奇数フレー
ムと偶数フレームとで反転するようになる。尚、情報電
荷を合成する２画素の組み合わせの反転は、垂直走査期
間単位で行うようにする他、水平走査期間単位で行うよ
うにしてもよい。また、垂直走査期間単位での組み合わ
せの反転と水平走査期間単位での組み合わせの反転とを
組み合わせることにより、さらなる効果を期待できる。

【００３８】以上の実施の形態においては、情報電荷を
２画素単位で合成する場合を例示したが、３画素以上の
情報電荷を合成するようにしてもよい。この場合、リセ
ットクロックφr0及びサンプリングクロックφs0から分
周リセットクロックφr1及び分周サンプリングクロック
φs1を得る際の分周比率を変更することで容易に対応可
能である。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、モザイク型のカラーフ
ィルタを装着したイメージセンサでも、水平方向に複数
の画素の情報電荷を合成して取り出すようにすることが
できる。この際、色成分の混合がないため、出力される
画像信号に対する信号処理が的確に施される。また、再
生画面の解像度に影響を与えにくい色信号を複数の画素
の情報電荷が合成された出力から得るようにし、再生画
面の解像度に直接影響する輝度信号を１画素の情報電荷
を独立に読み出した出力から得るようにしている。この
ため、カラー撮像において、解像度を低下させることな
く再生画面上の色の再現性を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の固体撮像装置の構成を示すブロック図
である。

【図２】モザイク型のカラーフィルタの構成を示す平面
図である。

【図３】イメージセンサの蓄積部と水平転送部との接続
部分の構造の一例を示す平面図である。

【図４】本発明のイメージセンサで用いる信号処理回路
の一部を示すブロック図である。

【図５】図４の信号処理回路の動作を説明するタイミン
グ図である。

【図６】本発明の固体撮像装置の第１の動作を説明する
タイミング図である。

【図７】本発明の固体撮像装置の第２の動作を説明する
タイミング図である。

【図８】モザイク型のカラーフィルタが装着されたイメ
ージセンサから出力される画像信号の色成分の配列を示
すタイミング図である。

【図９】本発明の固体撮像装置の第３の動作を説明する
タイミング図である。

【図１０】従来の固体撮像装置の構成を示すブロック図
である。

【図１１】従来の固体撮像装置の第１の動作を説明する
タイミング図である。

【図１２】従来の固体撮像装置の第２の動作を説明する
タイミング図である。

【符号の説明】

１、１１イメージセンサ１ｉ、１１ｉ撮像部１ｓ、１１ｓ蓄積部１ｈ、１１ｈ水平転送部１ｄ、１１ｄ出力部２、１２駆動回路２ｆ、１２ｆフレームクロック発生部２ｖ、１２ｖ垂直クロック発生部２ｈ、１２ｈ水平クロック発生部２ｒ、１２ｒリセットクロック発生部２ｓ、１２ｓサンプリングクロック発生部３、１３タイミング制御回路４、１４サンプルホールド回路５、１５分周回路１２ｕ補助クロック発生部２１ａ、２１ｂ垂直転送チャネル２２、２４チャネル分離領域２３水平転送チャネル２５ａ〜２５ｄ、２６ａ、２６ｂ転送電極２７ａ〜２７ｄ補助電極３１Ａ／Ｄ変換回路３２、３３ラッチ回路３４減算回路３５選択回路

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】カラーフィルタの各セグメントにそれぞ
れ対応付けられて行列配置される複数の受光画素が各列
毎に複数の垂直転送部に結合され、複数の垂直転送部の
各出力が水平転送部の各ビットに結合されると共に、水
平転送部の出力電荷量が出力部で電圧値に変換されて出
力されるイメージセンサと、上記複数の受光画素に発生
する情報電荷を上記複数の垂直転送部へ転送した後、上
記複数の垂直転送部から１水平ライン毎に上記水平転送
部へ転送し、さらに上記水平転送部から１画素単位で上
記出力部へ転送すると共に、上記出力部に蓄積される情
報電荷を上記水平転送部の転送動作に同期して排出及び
リセットする駆動回路と、上記出力部から出力される蓄
積電荷量に応じた電圧値を上記水平転送部の転送動作に
同期して取り出す検出回路と、を備え、上記駆動回路
は、上記複数の垂直転送部に蓄積される情報電荷の転送
動作において、１水平ライン分の情報電荷に対する上記
水平転送部への転送動作及び上記水平転送部から上記出
力部への転送動作の一連の転送動作を奇数列と偶数列と
で交互に行うと共に、上記出力部のリセット動作の周期
を上記水平転送部の転送動作の周期の整数倍に設定し
て、上記出力部に複数画素分の情報電荷を蓄積し、上記
検出回路は、上記水平転送部の転送動作に同期して上記
出力部の出力をサンプリングし、１画素分の情報電荷量
に対応する出力及び複数画素分の情報電荷量に対応する
出力を得ることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】上記検出回路の検出電位の内、複数画素
分の情報電荷が上記出力部に蓄積されたときに検出され
る上記リセット動作の直前の最終電位に基づいて色信号
を生成し、１画素分の情報電荷が上記出力部に蓄積され
るときの電位及び上記複数画素分の情報電荷が上記出力
部に順次画素単位で蓄積される過程で前記出力部の出力
電位が段階的に変化する際の各電位の差より生成される
各受光画素の情報電荷に対応する電位に基づいて輝度信
号を生成する信号処理回路をさらに備えたことを特徴と
する請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】上記駆動回路は、垂直走査及び水平走査
される上記イメージセンサの各垂直走査期間毎、あるい
は、各水平走査期間毎に、上記出力部のリセット動作の
タイミングを上記水平転送部の転送動作の１周期分ずつ
ずらすことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装
置。