专利名称：摄像元件的驱动装置和摄像装置的驱动方法
技术领域：
本发明涉及摄像元件的驱动装置、摄像元件的驱动方法、摄像装置
以及摄像元件，详细地说，涉及具有RGB拜尔排列的滤色器的X—Y扫 描型的摄像元件、摄像元件的驱动装置、摄像元件的驱动方法、摄像装 置以及摄像元件。
背景技术：
本申请要求2007年12月26日提交的在先日本专利申请第2007 — 333432号的优先权。在此以引证的方式并入该在先申请的内容。本发明 的范围不受在本申请中所述的特定实施方式的任何要求的限制。
近年，提供了能够逬行HD (High Definition,高清晰)运动图像等 的高速运动图像记录的数码相机。并且，在单反数码相机中，为了能进 行高速连拍和实时浏览而使用CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor,互补型金属氧化物半导体)传感器的数码相机不断增加。 在这种单反数码相机中，像素数为10 12M，该像素数远多于HD运动 图像所需要的2M。因此，CMOS传感器对像素信号进行间疏或相加运算 后再输出。
例如，在日本特开2005—244995号公报(2005年9月8日公开)
中公开了将构成相同色的滤色器的像素与一个输出电路连接而成的摄像 装置。如图7A、 7B所示，该摄像装置相加与G (绿色)像素101a、 101b 对应的信号，将其作为G像素101的信号输出，并且相加与B (蓝色) 像素102a、 102b对应的信号，将其作为B像素102的信号来输出。艮(l， 分别相加垂直方向的2像素的信号后输出。
这样在上述现有技术所公开的摄像装置中，将两个像素信号分别相 加后再输出，然而在CMOS传感器的情况下，当进行垂直方向的相加时，由于将分离位置的像素信号与1个FD (Floating Diffiision，浮动扩散部 件)连接所以难以构成像素，另外即使能构成像素也难以小型化。尽管 还考虑了在传感器输出后相加的方法，然而在该情况下输出速率变慢， 存在当要以标准速率输出时必须使时钟高速化这样的问题。
发明内容
本发明的目的是提供为了进行适合HD运动图像等的高速读出而采 用简单结构进行像素相加后输出的摄像元件的驱动装置、摄像元件的驱 动方法、摄像装置以及摄像元件。
本发明涉及具有RGB拜尔排列的滤色器的X—Y扫描型的摄像元件 的驱动装置，该驱动装置具有驱动部，该驱动部在水平扫描中，对在对 角方向上邻接的相同色2像素所共用的第1 FD (FloatingDiffiision，浮动 扩散部件)同时传送上述相同色2像素的电荷，由此将该相同色2像素 的电荷相加后读出，而且对在对角方向上邻接的不同色2像素所共用的 第2FD传送上述不同色2像素中的任一色像素的电荷后读出。
本发明涉及具有RGB拜尔排列的滤色器的X—Y扫描型的摄像元件 的驱动方法，该驱动方法具有以下步骤在水平扫描中，对在对角方向 上邻接的相同色2像素所共用的第1 FD (FloatingDiffiision，浮动扩散部 件)同时传送上述相同色2像素的电荷，由此将该相同色2像素的电荷 相加后读出，而且对在对角方向上邻接的不同色2像素所共用的第2 FD 传送上述不同色2像素中任一色像素的电荷后读出。
本发明涉及使用了具有RGB拜尔排列的滤色器的X—Y扫描型的摄 像元件的摄像装置，该摄像装置具有摄像元件，其具有在对角方向上 邻接的2像素所共用的FD (Floating Diffusion,浮动扩散部件)；控制部， 其在上述摄像元件的水平扫描中按每一不同色进行读出控制；图像处理 部，其处理由上述控制部读出的信号；以及记录部，其记录由上述图像 处理部所处理的图像数据。
本发明涉及具有RGB拜尔排列的滤色器的X—Y扫描型的摄像元 件，该摄像元件具有第1FD (Floating Diffosion，浮动扩散部件)，其
5分别经由第1传送晶体管和第2传送晶体管与在对角方向上邻接的G的
2像素的各个像素连接，并被上述G的2像素所共用；复位用第1晶体
管，其与上述第1FD连接；第l放大用晶体管，其与上述第1FD连接;
第2 FD，其分别经由第3传送晶体管和第4传送晶体管与在对角方向上 邻接的R和B的2像素的各个像素连接，并被上述R和B的像素所共用； 复位用第2晶体管，其与上述第2FD连接；第2放大用晶体管，其与上 述第2FD连接；以及信号读出部，其与上述第1放大用晶体管和第2放 大用晶体管连接，上述第l传送晶体管、上述第2传送晶体管、上述第3 传送晶体管以及上述第4传送晶体管分别与独立进行传送控制的传送控 制线连接。
根据本发明，可提供为了进行适合HD运动图像等的高速读出而采 用简单结构进行像素相加后输出的摄像元件的驱动装置、摄像元件的驱 动方法、摄像装置以及摄像元件。
尤其根据第i发明，在高速读出的情况下，可实现在垂直方向上不
用离散就能进行色分离的高速驱动。根据第2发明，对角方向的析像度 不产生方向性的差。根据第3发明，邻接的像素共用第1FD，所以可实 现小型化。根据第4发明，当限于G像素时，成为大致正方的4像素相 加。根据第5发明，可使用IOM左右的摄像元件来记录HD运动图像。
根据第6发明，在高速读出的情况下，可实现在垂直方向不用离散 就能进行色分离的高速驱动。根据第7发明，可提高元件的小型化和像 素相加时的自由度。根据第8发明，在相加读出时，可针对G进行拜尔 状像素排列，因此有利于析像度。
根据第9发明，可提高摄像元件的小型化和像素相加时的自由度。 根据第IO发明，在相加读出时，可针对G (绿色)进行拜尔状像素排列， 因而有利于析像度。
图1是示出本发明第1实施方式的单反数码相机的电气系统的电路 框图。图2A—图2D示出本发明第1实施方式的单反数码相机的摄像元件 的像素的滤色器的配置，图2A示出滤色器的结构和FD的连接结构，图 2B示出G的FD连接，图2C示出FD连接后的G各像素的重心位置、 与R和B像素的重心位置之间的关系，图2D示出图2C的另一例。
图3A和图3B是示出本发明第1实施方式的单反数码相机的摄像元 件的像素结构的图，图3A示出各像素的配置，图3B是电路图。
图4A和图4B是示出在本发明第1实施方式中摄像元件的曝光和读 出的时序图，图4A是全像素读出的时刻，图4B是HD用读出的时刻。
图5是示出在本发明第1实施方式中在HD用读出时刻的水平2像 素相加的状况图。
图6A—图6D示出本发明第2实施方式的单反数码相机的摄像元件 的像素的滤色器的配置，图6A示出滤色器的结构和FD的连接结构，图 6B示出G的FD连接，图6C示出FD连接后的G各像素的重心位置、 与R和B像素的重心位置之间的关系，图6D示出图6C的另一例。
图7A和图7B示出现有的摄像元件的像素的滤色器的配置，图7A 示出滤色器的配置，图7B示出相加后的像素位置。
具体实施例方式
以下，参照附图对采用本发明的摄像装置的优选实施方式进行说明。 本发明第1实施方式的摄像装置是单反数码相机，该单反数码相机能够 针对由CMOS图像传感器型的摄像元件所取得的被摄体像的图像数据， 在显示装置上以运动图像显示被摄体，并且能够根据释放按钮的操作将 静态图像数据和HD运动图像记录在记录介质内。
图1是示出第1实施方式的单反数码相机的电气结构的框图。摄影 镜头1是使被摄体成像的光学系统，通过该摄影镜头1使被摄体像成像 在摄像部3内的摄像元件6上。摄像元件6是CMOS图像传感器，该摄 像元件6是能够通过指定X—Y地址来进行积蓄电荷读出的X—Y地址 扫描型摄像元件。摄像元件6的详细结构使用图2和图3进行后述。
摄像部3的输出端与图像处理部11连接。图像处理部11对所读出的图像信号进行Y校正、白平衡、颜色校正等各种图像处理，并进行用 于在显示部12上执行实时浏览显示的实时浏览处理、用于将图像数据记
录在存储卡13内的压縮处理、以及用于将从存储卡13所读出的图像数 据显示在显示部12上的解压縮处理。
与图像处理部11连接的显示部12配置在相机机身的背面等上，除 了进行实时浏览显示以及记录在存储卡13内的静态图像和运动图像的图 像数据的再现显示以外，还进行单反数码相机的摄影模式等的信息显示、 菜单画面等的显示。存储卡13由可电改写的非易失性存储器构成，并进 行根据相机操作部14中的释放按钮的操作而拍摄的静态图像和HD运动 图像等图像数据的记录。
另外，摄像部3的输出端与AE/AF控制部5连接。该AE/AF控制 部5根据从摄像部3所输出的图像信号来测定被摄体的亮度。并且， AE/AF控制部5提取图像信号的高频分量，通过调节摄影镜头1来进行 对焦，以使高频分量成为最大。相机操作部14是释放按钮、摄影模式转 盘等由摄影者操作的操作部件。
相机控制部10由包含MPU (Micro Processing Unit,微处理单元) 的ASIC等构成，与所述的摄像部3、 AE/AF控制部5、图像处理部ll、 存储卡13、相机操作部14连接，相机控制部10从这些部件输入信息， 来对它们进行控制。相机控制部10向摄像部3发送全像素读出和HD运 动图像读出等像素读出用控制信号，摄像部3根据该控制信号进行像素 信号的存储和读出等控制。
下面，说明本实施方式中的摄像部3内的摄像元件6。图2示出摄 像元件6的像素的滤色器的配置，图2A示出滤色器的结构和FD(Floating Diffusion,浮动扩散部件)的连接结构，图2B示出G (绿色像素)的FD 的连接，图2C示出FD连接后的G各像素的重心位置、与R和B像素 的重心位置之间的关系，图2D示出图2C的另一例。
如图2A所示，摄像元件6的滤色器由RGB (分别表示红色、绿色、 蓝色)的各个色的滤波器构成，并在X—Y方向上进行拜尔排列。另外， 对应于各个滤色器，由CMOS构成光电二极管及其读出电路，通过X—Y扫描，可从光电二极管依次读出像素信号。另外在图2A中，使R和B 或者G和G连接的直线表示FD用的连接线。
如图2B所示，FD用的连接线在上段两行中将左上和右下的各像素 (具体地说是Gr和Gb、 R和B)连接，在随后的两行中将右上和左下的 各像素(具体地说是Gr和Gb、 R和B)连接。接着，在随后的两行中进 行与上段两行相同的连接。即，在本实施方式中，共用FD的2像素的连 接方向为每行相互不同的方向。在采用这种FD用的连接线的情况下，根 据R和B的读出定时，具有图2C或图2D所示的像素输出的关系。
图3A和图3B是示出摄像元件6的像素结构的电路图，图3A示出 各像素的配置，图3B是电路图。如图3A所示，在n行上排列有RGRG… 的各像素，在n+l行上排列有GBGB…的各像素，在n+2行上排列有 RGRG…的各像素，在n+3行上排列有GBGB…的各像素。
图3B所示的光电二极管Grll配置在G (绿色)的滤色器的下部， 并产生与受光量对应的电荷。该光电二极管Gdl的正极接地，负极经由 传送用晶体管TTrll与FD(Floating Diffosion，浮动扩散)用电容器FD11 的一端连接。
并且，电容器FDll与放大用晶体管ATrll的栅极连接。在该放大用 晶体管ATrll的漏极和栅极之间连接有复位用晶体管RTrll，并且，放大 用晶体管ATrll的源极与垂直输出线连接。所述的传送用晶体管TTrll 的栅极与Gr传送控制线n连接，复位用晶体管RTrll的栅极与复位线n 连接，放大用晶体管ATrll的漏极与电压VDD连接。
光电二极管Gb21配置在G (绿色)的滤色器的下部，并产生与受光 量对应的电荷。该光电二极管Gb21的正极接地，负极经由传送用晶体管 TTr21与所述的FD用电容器FDll的一端连接。然后，传送用晶体管TTr21 的栅极与Gb传送控制线n+l连接。另外，如图3A所示，光电二极管 Grll和光电二极管Gb21在对角方向邻接。
在与光电二极管Grll相同的行n上邻接配置有光电二极管R12。并 且，在该光电二极管R12的对角方向邻接配置有光电二极管B22。该光 电二极管R12和光电二极管B22按照与光电二极管Grll和光电二极管Gb21相同的关系与FD用电容器FD12、放大用晶体管ATrl2以及复位用 晶体管RTrl2连接。
复位线n与复位用晶体管RTrll、 RTrl2、 RTrl3、 RTrl4…连接，Gr 传送控制线n与传送用晶体管TTrll、 TTd3…连接，R传送控制线n与 传送用晶体管R12、 R14…连接，Gb传送控制线n+l与传送用晶体管 TTr21、 TTr23…连接，B传送控制线n+1与传送用晶体管TTr22、 TTr24 连接。
同样，n+2行与光电二极管R31、 Gr32、 R33、 Gr34连接，并且n + 3行与光电二极管B41、 Gb42、 B43、 Gb44连接。并且，这些光电二 极管与FD用电容器FD31、 FD32、 FD33、 FD34、复位用晶体管RTr31、 RTr32、 RTr33、 RTr34、以及放大用晶体管ATr31 、 ATr32、 ATr33、 ATr34 连接。这些元件的连接关系与n行和n+l行相同。
下面，说明这样构成的本实施方式的动作。首先，采用图4A来说明 在静态图像记录的场合等所使用的全像素读出的情况。在该情况下，不 进行像素相加，而按每1行读出全像素的信号。首先，在时刻tl时，在 对复位线n施加高(H)电平的同时，对Gr传送控制线n和R传送控制 线n施加高电平，进行电子快门的复位。
当复位线n为高电平时，复位用晶体管RTrll、RTrl2、RTrl3、RTr14… 导通，FD用电容器FDll、 FD12、 FD13、 FD14…被充电至电压VDD。 并且，当Gr传送控制线n和R传送控制线n为高电平时，传送用晶体管 TTrll、 TTrl2、 TTrl3、 TTrl4、…导通，对n行的光电二极管Grll、 R12、 Grl3、 R14、…的负极侧施加电压VDD。
当施加给复位线n、 Gr传送控制线n以及R传送控制线n的高电平 变化为低(L)电平时，复位用晶体管RTrll等和传送用晶体管TTrll等 截止，n行的光电二极管Grll、 R12、 Grl3、 R14、…根据受光量开始电 荷积蓄。
接下来，当到达时刻t2时，对复位线n施加高电平，同时对Gb传 送控制线n+l和B传送控制线n+l也施加高电平，进行电子快门的复 位。由此，复位用晶体管RTrll等导通，FD用电容器FDll等被充电至电压VDD。并且，Gb传送控制线n+l和B传送控制线n+l为高电平， 由此传送用晶体管TTr21、 TTr22、 TTr23、 TTr24、…导通，对n + l行的 光电二极管Gb21、 B22、 Gb23、 B24、…的负极侧施加电压VDD。
当施加给复位线n、 Gb传送控制线n+1以及B传送控制线n+l的 高电平变化为低电平时，复位用晶体管RTrll等和传送用晶体管TTr21 等截止，n+l行的光电二极管Gb21、 B22、 Gb23、 B24、…开始电荷积 蓄。
接下来，在时刻t3时，对复位线n+2施加高电平，同时对Gr传送 控制线n+2和R传送控制线n+2也施加高电平，进行电子快门的复位。 由此，复位用晶体管RTr31等导通，FD用电容器FD31等被充电至电压 VDD。并且，Gr传送控制线n+2和R传送控制线n+2为高电平，由此 传送用晶体管TTr31、 TTr32、 TTr33、 TTr34、…导通，对n+2行的光电 二极管R31、 Gr32、 R33、 Gr34、…的负极侧施加电压VDD。
当施加给复位线n+2、 Gr传送控制线n+2以及R传送控制线n+2 的高电平变化为低电平时，复位用晶体管RTr31等和传送用晶体管TTr31 等截止，n+2行的光电二极管R31、 Gr32、 R33、 Gr34、…开始电荷积 蓄。
接下来，在时刻t4时，对复位线n+2施加高电平，同时对Gb传送 控制线n+3和B传送控制线n+3也施加高电平，进行电子快门的复位。 由此，复位用晶体管RTr31等导通，FD用电容器FD31等被充电至电压 VDD。并且，Gb传送控制线n+3和B传送控制线n+3为高电平，由此 传送用晶体管TTr41、 TTr42、 TTr43、 TTr44、…导通，对n+3行的光电 二极管B41、 Gb42、 B43、 Gb44、…的负极侧施加电压VDD。
当施加给复位线n+2、 Gb传送控制线n+3以及B传送控制线n+3 的高电平变化为低电平时，复位用晶体管RTr31等和传送用晶体管TTr41 等截止，n+3行的光电二极管B41、 Gb42、 B43、 Gb44、…开始电荷积 蓄。
这样，在时刻tl时，配置于行n上的光电二极管Grll、 R12、 Grl3、 RM、…幵始电荷积蓄，当到达时刻t2时，配置于行n+l上的光电二极
ii管Gb21、 B22、 Gb23、 B24、…开始电荷积蓄。然后，当到达时刻t3时， 配置于行n+2上的光电二极管R31、 Gr32、 R33、 Gr34、…开始电荷积 蓄，当到达时刻t4时，配置于行n+3上的光电二极管B41、 Gb42、B43、 Gb44、…开始电荷积蓄。以后，邻接的行的光电二极管列依次开始电荷 积蓄。
然后，当到达时刻t5时，对复位线n施加高电平，以使配置在n行 上的光电二极管Grll等开始像素信号的读出动作。由此，复位用晶体管 RTrll等导通，FD用电容器FDll等被充电至电压VDD。这是因为，虽 然通过上次复位而充电至电压VDD，但之后由于放电等而存在FD用电 容器FD11等的电压下降的情况，所以当读出像素信号时，对FD用电容 器FD11等的充电电压初始化。
接下来，在使复位用晶体管RTrll等截止之后，当到达时刻t6时， 对Gr传送控制线n和R传送控制线n施加高电平。由此，传送用晶体管 TTrll、 TTrl2、 TTrl3、 TTrl4、…导通，FD用电容器FDll、 FD12、 FD13、 FD14的电压根据光电二极管Grll、 R12、 Grl3、 R14、…的光电转换电 荷而变化。即，光电二极管Grll的负极的电压根据受光量而变化，当传 送用晶体管TTrll等导通时，FD用电容器FDll变化至与光电二极管Gdl
等的负极电压对应的电压。
FD用电容器FDll等的电压由放大晶体管ATrll等放大，并输出到 垂直输出线。另外，在图3B中未作明示，不过在放大晶体管ATdl等的 源极与各垂直输出线之间连接有用于列选择的控制用晶体管，相应于其 传送定时，使该晶体管导通，并输出到垂直输出线。
在n行的像素信号的读出动作结束后，当到达时刻t7时，对复位线 n施加高电平，以使配置在n+l行上的光电二极管Gb21等幵始像素信 号的读出动作。由此，复位用晶体管RTrll等导通，FD用电容器FDll 等被充电至电压VDD，进行了初始化。
接下来，在使复位用晶体管RTrll等截止后，当到达时刻t8时，对 Gb传送控制线n+l和B传送控制线n+l施加高电平。由此，传送用晶 体管TTr21、 TTr22、 TTr23、 TTr24、…导通，FD用电容器FDll、 FD12、FD13、 FD14的电压根据光电二极管Gb21、 B22、 Gb23、 B24、…的光电 转换电荷而变化。FD用电容器FDll等的电压由放大晶体管ATrll等进 行放大，并输出到垂直输出线。
这样，FD用电容器FD11等兼用作在配置于行n上的光电二极管 Grll、 R12、 Grl3、 R14…读出时使用的FD用电容器、以及在配置于行 n+1上的光电二极管Gb21、 B22、 Gb23、 B24…读出时使用的FD用电 容器。
当到达时刻t9时，对复位线n+2施加高电平，以使配置在n+2行 上的光电二极管R31、 Gr32、 R33、 Gr34…等开始像素信号的读出动作。 接下来，在使复位线n+2成为低电平后，当到达时刻tlO时，对Gr传送 控制线n+2和R传送控制线n+2施加高电平。由此，FD用电容器FD31 等的电压根据光电二极管R31等的光电转换电压而变化，该电压由放大 用晶体管ATr31等进行放大，并输出到各垂直输出线。
当到达时刻tll时，对复位线n+2施加高电平，以使配置在n+3 行上的光电二极管B41、 Gb42、 B43、 Gb44…等开始像素信号的读出动 作。接下来，在使复位线n+2成为低电平后，当到达时刻tl2时，对Gb 传送控制线n+3和B传送控制线n+3施加高电平。由此，FD用电容器 FD31等的电压根据光电二极管B41等的光电转换电压而变化，该电压由 放大用晶体管ATr31等进行放大，并输出到各垂直输出线。
这样，FD用电容器FD31等兼用作在配置于行n+2上的光电二 极管R31、 Gr32、 R33、 Gr34…读出时使用的FD用电容器、以及在配置 于行n+3上的光电二极管B41、 Gb42、 B43、 Gb44…读出时使用的FD 用电容器。
在本实施方式中，在时刻t6，结束配置于行n上的光电二极管Gdl、 R12、 Grl3、 R14…的电荷积蓄，并且进行像素信号的读出，在时刻t8, 结束配置于行n+l上的光电二极管Gb21、 B22、 Gb23、 B24…的电荷积 蓄，并且进行像素信号的读出。然后，在时刻t10,结束配置于行n+2 上的光电二极管R31、 Gr32、 R33、 Gr34…的电荷积蓄，并且进行像素信 号的读出，在时刻tl2，结束配置于行n+3上的光电二极管B41、 Gb42、B43、 Gb44…的电荷积蓄，并且进行像素信号的读出。以后，依次结束 邻接的行的光电二极管列的电荷积蓄，并且进行像素信号的读出。
下面，采用图4B来说明在HD运动图像记录的场合等使用的HD用 读出的情况。在该情况下，每两行进行像素信号的读出，此时，针对G 像素进行2像素的相加，并且针对R像素和B像素间疏并读出其中任一 方。首先，在时刻t21，对复位线n施加高电平，同时对Gr传送控制线n、 R传送控制线n、 Gb传送控制线n+l、以及B传送控制线n+l施加高 电平，进行电子快门的复位。
当复位线n为高电平时，复位用晶体管RTrll 、RTrl2、RTrl3、RTr14… 导通，FD用电容器FDll、 FD12、 FD13、 FD14…充电至电压VDD。并 且，当Gr传送控制线n、 R传送控制线n、 Gb传送控制线n+1以及B 传送控制线n+l为高电平时，传送用晶体管TTrll、 TTrl2、 TTrl3、 TTrl4…、TTr21、 TTr22、 TTr23、 TTr24…导通，对n行的光电二极管 Grll、 R12、 Grl3、 R14…、以及n+l行的光电二极管Gb21、 B22、 Gb23、 B24…的负极侧施加电压VDD。
当施加给复位线n、 Gr传送控制线n、 R传送控制线n、 Gb传送控 制线n+l以及B传送控制线n+l的高电平变化为低电平时，复位用晶 体管RTrll等以及传送用晶体管TTrll等和TTr21等截止，n行的光电二 极管Grll、 R12、 Grl3、 R14…、以及n+1行的光电二极管Gb21 、 B22、 Gb23、 B24…开始电荷积蓄。
接下来，当到达时刻t22时，对复位线n+2施加高电平，同时对 Gr传送控制线n+2、 R传送控制线n+2、 Gb传送控制线n+3以及B 传送控制线n+3也施加高电平，进行电子快门的复位。
当复位线n+2为高电平时，复位用晶体管RTr31、 RTr32、 RTr33、 RTr34…导通，FD用电容器FD31、FD32、FD33、FD34…充电至电压VDD。 并且，当Gr传送控制线n+2、 R传送控制线n+2、 Gb传送控制线n+3 以及B传送控制线n+3为高电平时，传送用晶体管TTr31、TTr32、TTr33、 TTr34…、TTr41、 TTr42、 TTr43、 TTr44…导通，对n+2行的光电二极 管R31、 Gr32、 R33、 Gr34…、以及n+3行的光电二极管B41 、 Gb42、B43、 Gb44…的负极侧施加电压VDD。
当施加给复位线n+2、 Gr传送控制线n+2、 R传送控制线n+2、 Gb传送控制线n+3以及B传送控制线n+3的高电平变化为低电平时， 复位用晶体管RTr31等以及传送用晶体管TTr31等和TTr41等截止，n十 2行的光电二极管R31、 Gr32、 R33、 Gr34…、以及n+3行的光电二极 管B41、 Gb42、 B43、 Gb44…开始电荷积蓄。
接下来，当到达时刻t23时，对复位线n施加高电平，以使配置在n 行上的光电二极管Grll等以及配置在n+l行上的光电二极管Gb21等开 始像素信号的读出动作。由此，复位用晶体管RTrll等导通，FD用电容 器FDll等充电至电压VDD。
接下来，在使复位用晶体管RTrll等截止之后，当到达时刻t24时， 对Gr传送控制线n、 R传送控制线n以及Gb传送控制线n十1施加高电 平。由此，传送用晶体管TTrll、 TTii2、 TTrl3、 TTrl4…、TTr21、 TTr23… 导通，FD用电容器FDll、 FD12、 FD13、 FD14…的电压根据光电二极管 Grll、 R12、 Grl3、 R14、…、Gb21、 Gb23…的光电转换电荷而变化。
艮卩，利用FD用电容器FD11使与Gr像素和Gb像素对应的光电二 极管Grll与光电二极管Gb21的光电转换电荷相加。FD用电容器FD12 连接至与R像素对应的光电二极管R12、和与B像素对应的光电二极管 B22。在时刻t24的定时，R传送控制线n成为高电平，B传送控制线n + 1仍为低电平，因而仅光电二极管R12的光电转换电荷移动到FD用电 容器FDll，这里的电压由放大用晶体管ATrl2等进行放大，并输出到垂 直输出线。
这样，在时刻t24， n行和n+l行上的两个G像素信号进行相加并 输出到垂直输出线，另一方面，在R像素信号和B像素信号内，间疏B 像素信号，输出R像素信号。
接下来，当到达时刻t25时，对复位线n+2施加高电平，以使配置 在n+2行上的光电二极管Gr32等以及配置在n+3行上的光电二极管 B41等开始像素信号的读出动作。由此，复位用晶体管RTr31等导通， FD用电容器FD31等充电至电压VDD。接下来，在使复位用晶体管RTr31等截止后，当到达时刻t26时， 对Gr传送控制线n+2、 Gb传送控制线n+3以及B传送控制线n+3施 加高电平。由此，传送用晶体管TTr32、 TTr34、…、TTr41、 TTr42、 TTr43、 TTr44…导通，FD用电容器FD31、 FD32、 FD33、 FD34…的电压根据光 电二极管Gr32、 Gr34、、 B41、 Gb42、 B43、 Gb44…的光电转换电荷 而变化。
艮P，利用FD用电容器FD32使与Gr像素和Gb像素对应的光电二 极管Gr32和光电二极管Gb42的光电转换电荷相加。FD用电容器FD31 连接至与R像素对应的光电二极管R31、和与B像素对应的光电二极管 B41。在时刻t26的定时，B传送控制线n+3成为高电平，R传送控制线 n+2仍为低电平，因而仅光电二极管B41的光电转换电荷移动到FD用 电容器FD31 ， FD用电容器FD31的电压由放大用晶体管ATr31进行放大，
并输出到垂直输出线。
这样，在时刻t26，使n+2行和n+3行上的两个G像素信号相加 并输出到垂直输出线。另一方面，在R像素信号和B像素信号内，间疏 R像素信号，输出B像素信号。
之后，依次将两个G像素信号相加并输出到垂直输出线，并且交替 地间疏R像素信号和B像素信号，并输出到垂直输出线。当各行的读出 结束时，为了拍摄下一帧的图像，而与时刻t21、 t22同样，使复位控制 线和传送控制线成为高电平、即进行电子快门的复位，并重复所述动作。
接下来，采用图5说明两个G像素信号的相加以及R或B像素信号 的间疏动作。图中，m行对应于图3和图4中的n行和n+l行，m+l 行对应于n+2行和n+3行。
在m行的读出时，R像素信号被输出到垂直输出线L1， 2像素的G 像素信号被输出到垂直输出线L2， R像素信号被输出到垂直输出线L3， 2像素的G像素信号被输出到垂直输出线L4。输出到这些垂直输出线 L1 L4的像素信号被输入到作为水平相加部的列CDS，并通过该列CDS 进行水平扫描中的加法运算。然后，利用AD (模拟数字)转换器将列 CDS的输出转换成数字信号。如图5所示，在m行的读出时，读出4像素的G像素信号和2像素的R像素信号。
在m +1行的读出时，2像素的G像素信号被输出到垂直输出线LI ， B像素信号被输出到垂直输出线L2， 2像素的G像素信号被输出到垂直 输出线L3， B像素信号被输出到垂直输出线L4。输出到这些垂直输出线 L1 L4的像素信号通过列CDS相加后，利用AD (模拟数字)转换器转 换成数字信号，并从摄像元件6输出。在m+l行的读出时，读出4像素 的G像素信号和2像素的B像素信号。
在m+2行的读出时，与m行的读出时一样，读出4像素的G像素 信号和2像素的R像素信号。并且，在m+3行的读出吋，与m十l行的 读出时一样，读出4像素的G像素信号和2像素的B像素信号，在m十 4行的读出时，与m行的读出时一样，读出4像素的G像素信号和2像 素的R像素信号。这样，交替地读出4像素的G像素信号和2像素的R 像素信号或B像素信号。
如以上说明那样，在本发明的第1实施方式中，在以HD运动图像 等进行高速运动图像记录的情况下，对R像素信号或B像素信号交替地 进行间疏，并使G像素信号加上像素信号后输出。因此，可采用与HD 运动图像相称的像素数，另外，因为对受亮度信号影响的G像素信号进 行加法运算，所以能够获得S/N良好的HD运动图像等。
并且，本实施方式中，用于在n行和n+l行上进行像素信号相加的 组合的方向、与用于在n+2行和n+3行上进行像素信号相加的组合的 方向互不相同。即，关于共用FD用电容器的两个像素在每列不同的方向 上邻接。因此，在相加读出时，可针对G进行拜尔状像素排列，因而有 利于析像度。另外，由于每列都不同，所以具有在倾斜析像度上不产生 方向性差这样的效果。
下面，说明本发明的第2实施方式。如图2所示，第l实施方式的 RGB的各像素针对共用FD用电容器的两个像素，在每列都不同的方向 上邻接。如图6A 图6D所示，第2实施方式的RGB的各像素针对共用 FD用电容器的两个像素，即使列改变也在相同的方向上邻接。
图6A示出滤色器的结构和FD (FloatingDiffusion,浮动扩散)的连
17接结构，图6B示出G (绿色像素)的FD连接，图6C示出FD连接后的 G各像素的重心位置与R和B像素的重心位置之间的关系，图6D示出 图6C的另一例。摄像元件6的滤色器配置与图2相同，在X—Y方向上 进行拜尔排列。与图3相同，对应于各滤色器，通过CMOS结构来配置 光电二极管及其读出电路，并可利用X—Y扫描，从光电二极管依次读 出像素信号。
图6A中的连接R和B或者G和G的直线表示FD用的连接线，如 上所述，其连接方向即使列改变也相同。在第2实施方式中，除了该FD 用的连接线的方向性以外与第1实施方式相同，因而省略详细的说明。
如以上说明那样，在本发明的各实施方式中，为了进行适合HD运 动图像等的高速读出，可采用小型且简单的结构进行像素相加并输出， 以便分别独立地进行传送控制。
另外，本发明各实施方式中的传送用晶体管、复位用晶体管以及放 大用晶体管的结构不限于各实施方式所示的结构，只要是能进行电荷积
蓄和读出的电路结构，就能够进行适当地变更。并且，在各实施方式中， 在静态图像摄影时进行滚动复位，不过在通过机械快门对静态图像进行 曝光控制的情况下，可以一并进行复位。
并且，在本发明的各实施方式中，使用单反数码相机进行了说明， 不过也可以是小型数码相机，另外除了数码相机以外，移动电话和便携 式信息终端(PDA, Personal Digital Assist,个人数字助理)等中内置的 摄像装置，显然也能够应用本发明。
并且，本发明不限于上述各实施方式，可在实施阶段中，在不背离 发明主旨的范围内对构成要素进行变形来使其具体化。并且，通过对上 述各实施方式中公开的多个构成要素进行适当组合，可形成各种发明。 例如，可以删除各实施方式所示的全部构成要素中的若干构成要素。而 且，可以对不同的实施方式中的构成要素进行适当组合。
权利要求
1. 一种具有RGB拜尔排列的滤色器的X—Y扫描型摄像元件的驱动装置，该驱动装置具有驱动部，该驱动部在水平扫描中，对在对角方向上邻接的相同色2像素所共用的第1FD浮动扩散部件同时传送上述相同色2像素的电荷，由此将该相同色2像素的电荷相加后读出，而且对在对角方向上邻接的不同色2像素所共用的第2FD传送上述不同色2像素中的任一色像素的电荷后读出。
2. 根据权利要求1所述的摄像元件的驱动装置，其中， 共用上述第1 FD的上述2像素分别在每列不同的方向上邻接。
3. 根据权利要求l所述的摄像元件的驱动装置，其中， 共用上述第1 FD的、在上述对角方向上邻接的相同色2像素是G像素，在上述对角方向上邻接的不同色2像素是R和B像素。
4. 根据权利要求1所述的摄像元件的驱动装置，其中， 该驱动装置还具有水平加法部，该水平加法部对上述水平扫描中相加后读出的相同色2像素的电荷中、在水平方向上邻接的上述电荷进行 相加，而且对上述水平扫描中读出的上述不同色2像素的相同色彼此间 的像素电荷中、在水平方向上邻接的上述电荷进行相加后读出。
5. 根据权利要求4所述的摄像元件的驱动装置，其中， 上述读出的电荷用于HD高清晰运动图像信号。
6. —种具有RGB拜尔排列的滤色器的X—Y扫描型摄像元件的驱 动方法，该驱动方法具有以下步骤在水平扫描中，对在对角方向上邻接的相同色2像素所共用的第1 FD浮动扩散部件同时传送上述相同色2像素的电荷，由此将该相同色2 像素的电荷相加后读出，而且对在对角方向上邻接的不同色2像素所共 用的第2 FD传送上述不同色2像素中任一色像素的电荷后读出。
7. —种摄像装置，其使用了具有RGB拜尔排列的滤色器的X—Y 扫描型摄像元件，该摄像装置具有摄像元件，其具有在对角方向上邻接的2像素所共用的FD浮动扩 散部件；控制部，其在上述摄像元件的水平扫描中按每一不同色进行读出控制；图像处理部，其处理由上述控制部读出的信号；以及 记录部，其记录由上述图像处理部所处理的图像数据。
8. 根据权利要求7所述的摄像装置，其中， 在上述对角方向上邻接的2像素在每列不同的方向上邻接。
9. 一种具有RGB拜尔排列的滤色器的X—Y扫描型摄像元件，该 摄像元件具有第1 FD浮动扩散部件，其分别经由第1传送晶体管和第2传送晶体 管与在对角方向上邻接的G的2像素中的各个像素连接，并被上述G的 2像素所共用；复位用第1晶体管，其与上述第1 FD连接； 第l放大用晶体管，其与上述第1FD连接；第2FD，其分别经由第3传送晶体管和第4传送晶体管与在对角方 向上邻接的R和B的2像素中的各个像素连接，并被上述R和B的像素 所共用；复位用第2晶体管，其与上述第2FD连接； 第2放大用晶体管，其与上述第2FD连接；以及 信号读出部，其与上述第1放大用晶体管和第2放大用晶体管连接， 上述第1传送晶体管、上述第2传送晶体管、上述第3传送晶体管 以及上述第4传送晶体管分别与独立进行传送控制的传送控制线连接。
10. 根据权利要求9所述的摄像元件，其中，共用上述第1 FD的上述2像素分别在每列不同的方向上邻接。
全文摘要
本发明提供为了进行适合HD运动图像等的高速读出而采用简单结构进行像素相加后输出的摄像元件的驱动装置、摄像元件的驱动方法、摄像装置以及摄像元件。该摄像元件的驱动装置是具有RGB拜尔排列的滤色器的X-Y扫描型的摄像元件(6)的驱动装置，该驱动装置具有驱动部，该驱动部在水平扫描中，对在对角方向上邻接的相同色2像素(Gr和Gb)所共用的FD(Floating Diffusion，浮动扩散部件)(11)同时传送相同色2像素(Gr和Gb)的电荷，由此将其相加后读出，而且对在对角方向上邻接的不同色2像素(R和B)所共用的FD(12)传送不同色2像素(R和B)中任一色像素的电荷后读出。
文档编号H04N9/07GK101472186SQ20081018505
公开日2009年7月1日 申请日期2008年12月26日 优先权日2007年12月26日
发明者本田努, 田中哲, 羽田和宽 申请人:奥林巴斯映像株式会社