CN100541809C - 固体成像装置 - Google Patents

Abstract

一种固体成像装置，包括多个滤色器。该多个滤色器分别以上述多个感光部的垂直方向的2像素×水平方向的4像素为一个单位，在上述垂直方向的第1行的、上述水平方向和第1和第3各像素上配置第1色，在上述水平方向的第2像素上配置第2色，在上述水平方向的第4像素上配置第3色，并且在上述垂直方向的第2行的、上述水平方向的第1和第3的各像素上配置上述第1色，在上述水平方向的第2像素上配置第3色，在上述水平方向的第4像素上配置上述第2色。

Description

固体成像装置

相关申请的交叉引用

本申请基于在先的下述的日本申请，并且要求该日本申请的优先权，该日本申请的申请号为JP2006-053298，其申请日为2006年2月28日，该申请的整体内容在这里供参考而引用。

技术领域

本发明涉及固体成像装置。更具体地说，本发明涉及用于带有照相机的移动电话或数字照相机以及摄像机等的、CMOS(互补金属-氧化物-半导体)型的彩色图像传感器。

背景技术

最近，在CCD(电荷耦合器件)型和CMOS型的彩色图像传感器中，许多传感器中的色再现性良好的原色滤色器为Bayer排列。另外，在数字照相机或移动电话等所采用的图像传感器的场合，为了多像素化，像素尺寸为2μm级的前半段这样的类型为主流。在开发水平方面，还发表有小于2μm的像素尺寸的类型。但是，如果像素尺寸变小，则可聚集于1个像素上的光量减少。由此，灵敏度显著变差，低照度的画质大幅度地变差。

为了改善这样的细微像素的灵敏度变差的情况，针对垂直方向的2个光电二极管(PD)中的每个，设置1个输出电路。像这样，已提出了通过形成共用2个光电二极管的，所谓的垂直2像素1单元结构，实质上增加光电二极管的面积(像素尺寸)的方法(比如，JP特开平10-150182号文献)。

另一方面，作为便携电话用的传感器组件，伴随电话机的厚度的减小、高度的降低，要求带有光学透镜的小型组件。在该小型组件的场合，在像素区域，特别是周边部，从光学透镜射出的光从倾斜方向射入光电二极管。为了应对来自倾斜方向的入射光，在过去，比如，将铝(Al)等的挡光膜、滤色器、以及微型透镜从光电二极管的正上方沿入射光的方向错位的方式设置。

但是，在采用上述垂直2像素1单元结构的场合，由于光电二极管之间的分离状态不均匀等的原因，故不能够等间距地设置光电二极管。由此，如果光的入射角在20度以上，则射入各单元中的一个的、更加靠近像素区域的上部或下部的一侧的光电二极管的光的一部分由读出选通器所遮挡。于是，由于可聚集的光量进一步减少，故光电二极管的信号量减小。特定的光电二极管的信号量的减小成为输出画面上的着色或横线的发生等的原因。

特别是在微小像素的场合，因制造误差的影响，容易发生输出画面的上部或下部的着色。即，微型透镜、挡光膜、或读出选通器等的错位对着色的发生造成较大影响。

另外，在装载于便携电话中的传感器组件的场合，通常，光学透镜是由低价格的材料制作。由此，因光学透镜的色差，即使在采用在不共用光电二极管的1像素1单元结构的情况下，仍容易在输出画面的上部，或下部产生着色。

本发明是为了解决上述的问题而提出的，本发明的目的在于提供即使在行之间具有信号差的情况下，仍可抑制输出画面上的着色，可提高画质的固体成像装置。

发明内容

根据本发明的第1方面，提供一种固体成像装置，该固体成像装置包括：多个感光部，该多个感光部以二维方式设置于半导体衬底上，各个感光部分别形成一个像素；多个聚光部，该多个聚光部分别设置于上述多个感光部的上方；设置于上述多个感光部和上述多个聚光部之间的多个滤色器，在上述多个滤色器中，分别以上述多个感光部的垂直方向的2像素×水平方向的4个像素为1个单位，在上述垂直方向的第1行的、沿上述水平方向的第1和第3各像素上设置第1色，在上述水平方向的第2像素上设置第2色，在上述水平方向的第4像素上设置第3色，在上述垂直方向的第2行的、沿上述水平方向的第1和第3的各像素上设置上述第1色，在上述水平方向的第2像素上设置上述第3色，在上述水平方向的第4像素上设置上述第2色；以及在产生通过上述多个感光部读出的、上述垂直方向的2n(其中，n表示自然数)行的输出信号的同时产生1个水平图像信号的信号处理部。

附图说明

图1为表示本发明的第1实施例的单芯片照相机的结构实例的方框图；

图2为表示图1所示的单芯片照相机的固体成像元件的像素区域的一个实例的电路图；

图3为表示图2所示的固体成像元件的结构实例的剖视图；

图4为表示固体成像元件的结构实例的平面图；

图5为表示固体成像元件的另一结构实例的平面图；

图6是为了说明图1所示的单芯片照相机的信号处理部的色分离电路的处理而表示的图；

图7为表示本发明的第2实施例的单芯片照相机的结构实例的方框图；

图8为表示本发明的第3实施例的单芯片照相机的结构实例的方框图；

图9为表示本发明的第4实施例的单芯片照相机的结构实例的方框图；

图10为表示本发明的第5实施例的单芯片照相机的结构实例的方框图；

图11为表示本发明的第6实施例的单芯片照相机的结构实例的方框图；

图12为表示图1所示的单芯片照相机的固体成像元件的像素区域的另一实例的电路图。

具体实施方式

参照附图，对本发明的实施例进行描述。应注意到，附图是示意性的，在这里所示的尺寸比例与实际的不同。这些尺寸伴随附图而不同，尺寸的比例也是这样。下面的实施例涉及具体实现本发明的技术构思的装置和方法，该技术构思并不具体指定本发明的部件的材料、形状、结构、或配置。可在不脱离权利要求请求保护的本发明的范围的情况下，进行各种改变和改进。

(第1实施例)

图1表示本发明的第1实施例的采用CMOS型的彩色图像传感器(固体成像装置)的、数字照相机或摄像机这样的单芯片照相机的基本结构。另外，在这里，对滤色器采用红(R)、绿(G)、蓝(B)原色滤色器的场合进行描述。

像图1所示的那样，该单芯片照相机包括光学透镜(摄像光学系统)10，红外隔断滤色器11，以及放大型的CMOS彩色图像传感器20。红外隔断滤色器11用于隔断来自光学透镜10的射出光中包含的红外光。

图像传感器20由比如装载于单芯片上的固体成像元件201和信号处理部202构成。在固体成像元件201的像素区域211上，呈二维状设置多个三原色的滤色器220。滤色器220分别具有以相应的垂直(行)方向2像素×水平(列)方向4像素为一个单位的，相当于共计8个像素的尺寸。在本实施例的场合，在滤色器220中的、比如垂直方向的第1行的水平方向的第1和第3的各像素设置作为第1色的G11滤色器、G12滤色器，在水平方向的第2像素设置作为第2色的R1滤色器，在水平方向的第4像素设置作为第3色的B1滤色器。另外，在比如垂直方向的第2行的、水平方向的第1和第3各像素设置作为第1色的G21滤色器、G22滤色器，在水平方向的第2像素设置作为第3色的B2滤色器，在水平方向的第4像素设置第2色的R2滤色器。此外，在本实施例中，将1个光电二极管(感光部)用作1个像素(单一像素)。另外，R1滤色器和B1滤色器与B2滤色器和R2滤色器也可相反地配置。

这样的排列的滤色器220按照每个单位，反复地设置于上述像素区域211上(将其称为“G条带RB完全相间配置”)。即，G11、G21滤色器和G12、G22滤色器分别呈纵向条带状设置于水平方向的第1、3、...列的像素中。另一方面，R1、R2滤色器和B1、B2滤色器分别按照相互交叉的方式交替地设置于水平方向的第2、第4、...列的像素中。

信号处理部202包括定时发生部202a的模块，模拟/数字转换电路(在下面称为“A/D转换器”)202b的模块，行存储器202c的模块，色分离电路202d的模块，白平衡电路202e的模块，亮度信号处理电路202f的模块，与彩色信号处理电路202g的模块。

定时发生部202a产生用于使固体成像元件201的像素区域211工作的脉冲。另外，定时发生部202a向其它的各模块供给工作所需的脉冲。A/D转换器202b将固体成像元件201的输出变换为数字输出。行存储器202c逐行地保持来自A/D转换器202b的数字输出信号。色分离电路202d对2行的信号进行加法运算处理，产生公知的R、G、B的各信号(1水平图像信号)。白平衡电路202e调整R，G，B的各信号的电平，实现公知的白平衡处理(Rw，Gw，Bw的生成)。亮度信号处理电路202f采用2行的信号，通过公知的方法，产生亮度控制信号Y’。彩色信号处理电路202g根据白平衡处理信号Rw、Gw、Bw和亮度控制信号Y’，进行γ补偿、轮廓强调、透镜遮光(shading)校正、色平衡调整等的公知的处理，产生Y信号(亮度信号)、R-YL信号和B-YL信号。

在这里，对固体成像元件201的结构具体进行描述。图2表示像素区域211的基本结构。在像素区域211，按照二维方式设置多个光电变换单元PDC。在本实施例的场合，比如，像图2所示的那样，各光电变换单元PDC形成垂直2像素1单元结构。即，针对按照二维方式设置的多个光电二极管PDn(其中，n为自然数)中的垂直方向的2个光电二极管PD1、PD2中的每个，设置1个放大电路(输出电路)212，分别构成1个光电变换单元PDC。通过形成垂直2像素1单元结构，可实质上增加光电二极管的面积，改善细微像素的灵敏度的恶化。

放大电路212由5个晶体管，比如，输出放大器用晶体管Ta，选择开关用晶体管Ts，复位晶体管Tr，以及信号电荷读出用选通晶体管Tg1、Tg2构成。主要地，各光电变换单元PDC由形成放大电路212的5个晶体管Ta、Ts、Tr、Tg1、Tg2，与2个光电二极管PD1、PD2构成。比如，光电二极管PD1、PD2的各阳极分别接地。在光电二极管PD1、PD2的各阴极上，分别连接晶体管Tg1、Tg2的源极。在晶体管Tg1、Tg2的各栅极(TG栅极)上，分别施加脉冲TG1、TG2。在晶体管Tg1，Tg2的各漏极上，公共地连接晶体管Ta的栅极和晶体管Tr的漏极。另外，该公共点连接点构成检测部FD。在晶体管Tr的栅极上施加脉冲RESET，在源极上施加电源电压VDD。晶体管Ta的漏极与晶体管Ts的漏极连接，而在源极上施加上述电源电压VDD。晶体管Ts的源极与垂直信号线VLIN连接，在栅极上施加脉冲SEL。

在像素区域211的下部(或上部)上，沿水平方向并排设置源极跟随(sourcefollower)电路用的负载晶体管TLM。负载晶体管TLM的各漏极分别与上述垂直信号线VLIN连接，各源极接地。在负载晶体管TLM的各栅极上，公共地施加控制流过上述垂直信号线VLIN的恒定电流量用的电压VLM(比如，1V)。

下面，对上述方案的信号电荷的读出动作进行描述。首先，启动脉冲SEL，使规定的、由晶体管Ts和负载晶体管TLM形成的源极跟随电路动作。在光电二极管PD1中累积通过光电变换获得的信号电荷之后、在对其进行读出之前，使脉冲REST启动一定期间，以去除检测部FD的暗电流等的噪音信号。由此，将检测部FD的电位设定在电源电压VDD(比如，2.8V)。另一方面，向垂直信号线VLIN输出在形成基准的检测部FD中没有信号的状态的电压(复位电平)。在该状态，在最初的读出行时，启动脉冲TG1，由此，使晶体管Tg1导通。像这样，将累积于光电二极管PD1中的信号电荷读出到检测部FD中。同样，在下次的读出时，启动脉冲TG2，由此，使晶体管Tg2导通。像这样，将累积于光电二极管PD2中的信号电荷读出到检测部FD中。于是，检测部FD的电压(信号电荷+复位电平)被垂直信号线VLIN读出。该复位电平可通过取与在先的复位电平的差分而去除。将该动作称为低噪音处理动作(CDS(Correlated Double Sampling：相关二重取样处理)动作)。

图3表示固体成像元件201的剖面结构。图3(a)所示的部分基本与沿图2中的IIIa-IIIa线的剖面(1光电变换单元PDC)基本相对应。另外，在这里，给出像素区域211的周边部(特别地，来自光学透镜101的光倾斜射入的上部)的实例。

如图3所示，比如，在P型半导体衬底211a的表面形成由N型的扩散层211b形成的多个光电二极管PDn(在本实例的场合，多个光电二极管PD1、PD2交替地非连续地设置)。在多个光电二极管PD1、PD2的上表面上，分别形成由用于应对泄漏电流的P型的扩散层构成的阻挡(shield)层211c。另外，在与形成光电变换单元PDC的光电二极管PD1、PD2相互之间相对应的、上述P型半导体衬底211a的表面上，分别形成构成将信号电荷变换为电压的上述检测部FD的N型的扩散层211d。在N型扩散层211d和上述光电二极管PD1、PD2之间，分别设置固定距离。另外，在与形成光电二极管PD1和检测部FD之间相对应的、上述P型半导体衬底211a的表面上，分别隔着绝缘膜(图中未示出)，设置信号电荷读出用晶体管Tg1的TG栅极。同样，在与光电二极管PD2和检测部FD之间相对应的、上述P型半导体衬底211a的表面上，分别隔着绝缘膜(图中末示出)，设置信号电荷读出用晶体管Tg2的TG栅极。另外，在光电变换单元PDC的相互之间、与光电二极管PD2和光电二极管PD1之间相对应的上述P型半导体衬底211a的表面部上，分别形成元件分离用的绝缘膜(比如，LOCOS氧化膜)211e。

另外，在上述P型半导体衬底211a的表面上，隔着用于吸收其表面上的台阶的平滑层211f，形成用于控制光的入射的多个挡光膜(比如，Al)211g。该挡光膜211g也用作用于供给电源电压VDD的布线。在挡光膜211g的上方，还隔着上述平滑层211f，连续地设置上述多个滤色器220。在滤色器220的上方，还隔着用于改善滤色器220的厚度差的上述平滑层211f，连续地设置多个微型透镜(聚光部)211h。形成该微型透镜211h，以便使射入像素区域211的光(来自光学透镜10的射出光)有效地集中于各光电二极管PD1，PD2。

在像素区域211的、特别是周边部，从光学透镜10射出的光从倾斜方向，射入光电二极管PD1、PD2。为了与来自该倾斜方向的入射光相对应，上述挡光膜211g、上述滤色器220和上述微型透镜211h按照其位置从光电二极管PD1、PD2的正上方沿入射光的方向错开的方式设置。

按照本实施例的方案，可在像素区域211的信号电荷读出用晶体管Tg1，Tg2的各栅极上形成突起。

图4表示像素区域211中的光电变换单元PDC的结构实例。在这里，按照局部透过的方式表示。在本实施例的场合，由于为垂直2像素1单元结构，故形成以检测部FD为中心，从其上下(垂直)方向的各光电二极管PD1、PD2读出信号电荷的结构。即，在沿垂直方向邻接的2个光电二极管PD1、PD2之间，沿水平方向并排地设置信号电荷读出用晶体管Tg1、Tg2的各TG栅极。另外，在该TG栅极的相互之间，设置检测部FD。

晶体管Tg1的TG栅极的局部(TG1a)呈突起状，以大致延伸到光电二极管PD1的聚光区域的中心的方式设置。同样，晶体管Tg2的TG栅极的局部(TG2a)呈突起状，以大致延伸到光电二极管PD2的聚光区域的中心的方式设置。在采用这样的结构的场合，可更加容易读出累积于光电二极管PD1、PD2中的信号电荷。另外，可以以更大的深度形成光电二极管PD1、PD2，可增加饱和电荷量。

图5表示像素区域211中的光电变换单元PDC的另一结构实例。也可像本实例的场合那样，按照比如，以相对于沿垂直方向邻接的2个光电二极管PD1、PD2使检测部FD的电容(面积)进一步减少的方式，倾斜地设置信号电荷读出用晶体管Tg1、Tg2的各TG栅极。由此，还可提高电荷电压变换增益，减少后级的信号处理部202处的噪音的影响。另外，在TG栅极的一部分(TG1a，TG2a)为设置有大致延伸到光电二极管PD1、PD2的聚光区域的中心的突起的结构的场合，可更加容易地读出累积于光电二极管PD1、PD2中的信号电荷。

下面对上述结构中的单芯片照相机的信号处理的动作进行描述。比如，像图1所示的那样，来自光学透镜10的射出光通过红外切断滤色器11，射入固体成像元件201的像素区域211中。在像素区域211中，分别通过了滤色器220的光由相应的光电二极管PD1、PD2进行光电变换。固体成像元件201的输出信号通过A/D变换器202b变换为数字输出。该数字输出信号输入到行存储器202c中，并且与下一行信号并行地输入到色分离电路202d和亮度信号处理电路202f中。

在色分离电路202d中，对2行的信号进行加法运算，形成1个水平图像信号(R，G，B的各信号)。即，在本实施例的场合，R信号通过第1行的R1的信号和第2行的R2的信号的加法运算而形成，B信号通过第1行的B1的信号和第2行的B2的信号的加法运算而形成，G信号通过第1行的G11、G12的信号和第2行的G21、G22的信号的加法运算而形成。由此，比如，像图6中的虚线所示的那样，在像素区域211的周边部的、特别是上部(或下部)的光电二极管PD1、PD2的第奇数行和第偶数行之间，产生信号差(灵敏度差)，即使在该情况下，仍可抑制R、G、B的各信号的行之间的信号差。

在图1所示的白平衡电路202e中，进行通常的彩色信号处理，比如，将R、G、B的各信号的电平累加的白平衡处理，产生白平衡处理信号Rw、Gw、Bw。

在亮度信号处理电路202f中，2行的信号按照每隔垂直2像素×水平2像素的4个像素的顺序而进行加法运算，最终，形成亮度控制信号Y’。即，在本实施例的场合，沿水平方向，在每移动1个像素的同时，反复进行各信号的加法运算动作(G+G+R+B的运算)，由此，计算加法运算信号Y1、Y2、Y3、Y4。比如，加法运算信号Y1通过各信号的加法运算动作(G11+G21+R1+B2)，加法运算信号Y2通过各信号的加法运算动作(R1+B2+G12+G22)，加法运算信号Y3通过各信号的加法演算动作(G12+G22+B1+R2)，加法运算信号Y4通过各信号的加法动作(B1+R2+G11+G21)，分别进行计算。另外，根据该加法运算信号Y1、Y2、Y3、Y4，产生亮度控制信号Y’。

另外，具有在对红色，蓝色等的单色的物体进行拍摄时，因垂直方向的R1，B2的列的各信号和B1，R2的列的各信号的加法运算信号电平差，有产生纵向条纹的情况。该纵向条纹可通过按照每隔垂直2像素×水平4像素的8个像素的顺序对2行的信号进行加法运算处理的方式而抑制。

在彩色信号处理电路202g中，根据来自上述亮度信号处理电路202f的亮度控制信号Y’和来自上述白平衡电路202e的白平衡处理信号Rw、Gw、Bw，进行γ补偿、轮廓强调、透镜阴影(shading)校正，色平衡调整等的处理。另外，从上述彩色信号处理电路202g，产生输出画面的形成所必需的亮度信号Y，R-YL信号和B-YL信号。

如上所述，对于将图像传感器的垂直方向的多个像素共用的元件布置，可以提供最佳的片上滤色器排列。即，作为滤色器排列，在按照以由垂直方向的2像素×水平方向的4像素形成的8像素为一个单位的3色滤色器中，第1色构成每隔一个纵列的条带，与其相邻地，第2、第3的各色分别交替地并且在第1行和第2行中错开地配置排列(所谓的，完全相间配置)。另外，通过数字处理，对2行的光电变换输出信号进行加法运算处理，由此，计算1个水平图像信号R、G、B。这样，比如，即使在第奇数行和第偶数行之间产生信号差的情况下，也可抑制R、G、B的各信号的行之间的信号差。于是，可抑制输出画面上的着色，提高画质。

在本实施例中，光电变换单元PDC为垂直2像素1单元结构。由此，比如，像图3所示的那样，光电二极管PD1、PD2之间的分离状态(间距)不同。即，在作为垂直2像素1单元结构的场合，不能够等间距地设置多个光电二极管PD1、PD2。于是，根据光电二极管PD1、PD2的光的入射角，入射光中的至少一部分被TG栅极遮挡。如果比如，光电二极管PD1、PD2的光的入射角在20度以上，则在各单元PDC中的一个(在图3的实例中，晶体管Tg1一侧)的TG栅极上射有入射光。由此，因对光电二极管PD1的入射光降低，故光电二极管PD1的信号量(电荷量)减少。于是，从整体上，R1的信号量减少。相对于该情况，在相邻的光电二极管PD2上，由于未通过TG栅极而遮挡入射光，故B2的信号量不减少。这样的现像在像素区域211的周边部附近，特别是在垂直2像素1单元结构的场合，在像素区域211的上部、或下部显著。

在此场合，即使在通过白平衡电路202e相同地调整成像区域211的中心部附近的R、G、B的各信号量并由此产生“白”的情况下，在成像区域211的上部的B信号增加，在输出画面上变蓝。反之，在成像区域211的下部，R信号增加而变红。另外，由于在成像区域211的上部和下部，G的信号量不同，故产生横线。

按照本实施例，可解决这样的问题。即，可抑制R、G、B的各信号的行间的信号差。其结果是，即使在其中一个光电二极管的入射光降低的情况下，仍可防止在输出画面上变蓝、变红、或产生横线的情况。

特别在像图4或图5所示的那样，TG栅极的一部分(TG1a，TG2a)延伸到光电二极管PD1、PD2的聚光区域的中心附近的场合，由于不依赖光的入射角，入射光(聚光区域)中的至少一部分由TG栅极遮挡，故信号量降低。即使在这样的方案的场合，仍可抑制R、G、B的各信号的行之间的信号差，可解决在输出画面上变蓝、变红、或产生横线的问题。

另外，不限于解决伴随像素区域211的周边部的信号量的差而产生的着色，还可同样地解决微型透镜、挡光膜、TG栅极等的位置偏差(制造误差)造成的着色的问题。

此外，在上述实施例中，在色分离电路202d的处理时，R、B的各信号和G的信号的加法运算处理后的虚拟空间取样点发生偏差。即，由于R的信号为R1+R2，故其虚拟空间取样点位于R1滤色器和R2滤色器的中间(在滤色器220上，G12滤色器和G22滤色器的接触点)。同样，由于B的信号为B1+B2，故其虚拟空间取样点位于B1滤色器和B2滤色器的中间(在滤色器220上，G12滤色器和G22滤色器的接触点)。相对该情况，由于G的信号为G11+G21+G12+G22，故其虚拟空间取样点位于G11滤色器和G22滤色器的中间，并且位于G21滤色器和G12滤色器的中间(在滤色器220上，R1滤色器和B2滤色器的接触点)。在这样的场合，比如，对G的信号的计算结果再与右邻的滤色器220的第1列的G的信号G11+G21进行加法运算而形成的，成为G11+G21+G12+G22+G11+G21(垂直2像素×水平3像素的共计6像素的加法运算)。通过像这样形成，可使G的信号的虚拟空间取样点与R、B的各信号的虚拟空间取样点对齐。

(第2实施例)

图7表示本发明的第2实施例的、采用CMOS型的彩色图像传感器(固体成像装置)的单芯片照相机的基本结构。在这里，光电变换单元为垂直2像素1单元结构，滤色器采用白色/透明(W)、青色(Cy)、黄色(Ye)的补色滤色器的场合进行描述。另外，与图1相同的部分采用同一标号，具体的说明省略。

像图7所示的那样，在本实施例中，滤色器221的排列为具有相当于由W、Cy、Ye形成的垂直(行)方向2像素×水平(列)方向4像素的共计8像素的尺寸的，W条带CyYe完全相间配置。即，在本实施例的场合，对滤色器21的、比如垂直方向的第1行的、水平方向的第1和第3的各像素设置作为第1色的W11滤色器、W12滤色器，在水平方向的第2像素上设置作为第2色的Cy1滤色器，在水平方向的第4像素上设置作为第3色的Ye1滤色器。另外，在比如垂直方向的第2行的、水平方向的第1和第3的各像素上设置作为第1色的W21滤色器、W22滤色器，在水平方向的第2像素上设置作为第3色的Ye2滤色器，在水平方向的第4像素上设置作为第2色的Cy2滤色器。这样的排列的滤色器221针对每个单位而反复地设置于像素区域211上。另外，Cy1滤色器Ye1和滤色器Ye2与Cy2滤色器也可为相反的配置。

另一方面，在信号处理部202的色分离电路202d中，对2行的信号进行加法运算，产生1个水平图像信号(R，G，B的各信号)。即，在本实施例的场合，R(R1)信号通过(W11-Cy1)+(W21-Cy1)的信号与(W11-Cy2)+(W22-Cy2)的信号的加法运算而形成，B信号通过(W11-Ye2)+(W21-Ye2)的信号与(W12-Ye1)+(W22-Ye1)的信号的加法运算而形成，G信号通过(Cy1+Ye2-W11)的信号和(Cy1+Ye2-W21)的信号与(Ye1+Cy2-W12)的信号和(Ye1+Cy2-W22)的信号的加法运算而形成。由此，在像素区域211的、特别是上部(或下部)，即使在光电二极管PD1、PD2的第奇数行和第偶数行之间产生信号差(灵敏度差)的情况下，仍可抑制R、G、B的各信号的行间的信号差。

在亮度信号处理电路202f中，按照每隔垂直2像素×水平2像素的4像素的顺序，对2行的信号进行加法运算，最终产生亮度控制信号Y’。即，在本实施例的场合，在沿水平方向每移动1个像素的同时，反复进行各信号的加法运算动作(W+W+Cy+Ye的运算)，由此，计算加法运算信号Y1，Y2，Y3，Y4。比如，加法运算信号Y1通过各信号的加法运算动作(W11+W21+Cy1+Ye2)而计算，加法运算信号Y2通过各信号的加法运算动作(Cy1+Ye2+W12+W22)而计算，加法运算信号Y3通过各信号的加法运算动作(W12+W22+Ye1+Cy2)而计算，加法运算信号Y4通过各信号的加法运算动作(Ye1+Cy2+W11+W21)而计算。接着，根据该加法运算信号Y1、Y2、Y3、Y4，产生亮度控制信号Y’。

像这样，在采用滤色器221的情况下，与上述第1实施例的场合相同，在像素区域211的、特别是上部(或下部)，即使在光电二极管PD1、PD2的第奇数行和第偶数行之间产生信号差(灵敏度差)的情况下，仍可抑制R、G、B的各信号的行间的信号差。于是，可抑制输出图像上的着色，提高画质。

另外，在要采用滤色器221的场合，与采用原色的滤色器220的方式相比较，可获得2倍的RB信号，2.5倍的亮度信号Y，可述一步提高灵敏度。

(第3实施例)

图8表示本发明的第3实施例的、采用CMOS型的彩色图像传感器(固体成像装置)的单芯片照相机的基本结构。在这里，对光电变换单元为垂直2像素1单元结构，滤色器采用白色/透明(W)，红色(R)，蓝色(B)的补色滤色器的场合进行描述。另外，与图1相同的部分采用同一标号，具体的说明省略。

如图8所示，在本实施例中，滤色器222的排列为具有相当于由W，R，B形成的垂直(行)方向2像素×水平(列)方向4像素的共计8像素的尺寸的、W条带RB完全相间配置。即，在本实施例的场合，在滤色器222的、比如垂直方向的第1行的、水平方向的第1和第3的各像素上设置作为第1色的W11滤色器、W12滤色器，在水平方向的第2像素上设置作为第2色的R1滤色器，在水平方向的第4像素上设置作为第3色的B1滤色器。另外，在比如垂直方向的第2行的、水平方向的第1和第3的各像素上设置作为第1色的W21滤色器、W22滤色器，在水平方向的第2像素上设置作为第3色的B2滤色器，在水平方向的第4像素上设置作为第2色的R2滤色器。这样的排列的滤色器222按每个单位而反复地设置于像素区域211上。另外，R1滤色器和B1滤色器与B2滤色器和R2滤色器也可为相反的配置。

另一方面，在信号处理部202的色分离电路202d中，对2行的信号进行加法运算，产生1个水平图像信号(R，G，B的各信号)。即，在本实施例的场合，R信号通过R1的信号和R2的信号的加法运算而产生，B信号通过B1的信号和B2的信号的加法运算而产生，G信号通过W11-(R1+B2)的信号与W21-(R1+B2)的信号和W12-(B1+R2)的信号以及W22-(B1+R2)的信号的加法运算而产生。由此，在像素区域211的、特别是上部(或下部)，即使在光电二极管PD1、PD2的第奇数行和第偶数行之间产生信号差(灵敏度差)的情况下，仍可抑制R、G、B的各信号的行间的信号差。

在亮度信号处理电路202f中，按照每隔垂直2像素×水平2像素的4像素的顺序，对2行的信号进行加法运算，最终产生亮度控制信号Y’。即，在本实施例的场合，在沿水平方向每移动1个像素的同时，反复进行各信号的加法运算动作(W+W+R+B的运算)，由此，计算加法运算信号Y1，Y2，Y3，Y4。比如，加法运算信号Y1通过各信号的加法运算动作(W11+W21+R1+B2)而计算，加法运算信号Y2通过各信号的加法运算动作(R1+R2+W12+W22)而计算，加法运算信号Y3通过各信号的加法运算动作(W12+W22+B1+R2)而计算，加法运算信号Y4通过各信号的加法运算动作(B1+R2+W11+W21)而计算。接着，根据该加法运算信号Y1、Y2、Y3、Y4，产生亮度控制信号Y’。

像这样，在采用滤色器221的情况下，与上述第1实施例的场合相同，在像素区域211的、特别是上部(或下部)，即使在光电二极管PD1、PD2的第奇数行和第偶数行之间产生信号差(灵敏度差)的情况下，仍可抑制R，G，B的各信号的行间的信号差。于是，可抑制输出图像上的着色，提高画质。

(第4实施例)

图9表示本发明的第4实施例的、采用CMOS型的彩色图像传感器(固体成像装置)的单芯片照相机的基本结构。在这里，对光电变换单元为垂直2像素1元件结构，滤色器采用白色/透明(W)、品红(Mg)、黄色(Ye)的滤色器的场合进行描述。另外，与图1相同的部分采用同一标号，具体的说明省略。

如图9所示，在本实施例中，滤色器223的排列为具有相当于由W，Mg，Ye形成的垂直(行)方向2像素×水平(列)方向4像素的共计8像素的尺寸的、W条带MgYe完全相间配置。即，在本实施例的场合，在滤色器223的、比如垂直方向的第1行的、水平方向的第1和第3的各像素上设置作为第1色的W11滤色器、W12滤色器，在水平方向的第2像素上设置作为第2色的Mg1滤色器，在水平方向的第4像素上设置作为第3色的Ye1滤色器。另外，在比如垂直方向的第2行的、水平方向的第1和第3的各像素上设置作为第1色的W21滤色器、W22滤色器，在水平方向的第2像素上设置作为第3色的Y2滤色器，在水平方向的第4像素上设置作为第2色的Mg2滤色器。这样的排列的滤色器223按每个单位而反复地设置于像素区域211上。另外，Mg1滤色器和Ye1滤色器与Ye2滤色器和Mg2滤色器也可为相反的配置。

另一方面，在信号处理部202的色分离电路202d中，对2行的信号进行加法运算，产生1个水平图像信号(R，G，B的各信号)。即，在本实施例的场合，R信号通过(Mg1+Ye2)-W11+(Mg1+Ye2)-W21的信号与(Ye1+Mg2)-W12+(Ye1+Mg2)-W22的信号的加法运算而产生，B信号通过(W11-Ye2)+(W21-Ye2)的信号与(W12-Ye1)+(W22-Ye1)的信号的加法运算而产生，G信号通过W11-Mg1的信号和W21-Mg1的信号与W12-Mg2的信号及W22-Mg2的信号的加法运算而产生。由此，在像素区域211的、特别是上部(或下部)，即使在光电二极管PD1、PD2的第奇数行和第偶数行之间产生信号差(灵敏度差)的情况下，仍可抑制R、G、B的各信号的行间的信号差。

在亮度信号处理电路202f中，按照每隔垂直2像素×水平2像素的4像素的顺序，对2行的信号进行加法运算，最终产生亮度控制信号Y’。即，在本实施例的场合，在沿水平方向每移动1个像素的同时，反复进行各信号的加法运算动作(W+W+Mg+Ye的运算)，由此，计算加法运算信号Y1、Y2、Y3、Y4。比如，加法运算信号Y1通过各信号的加法运算动作(W11+W21+Mg1+Ye2)而计算，加法运算信号Y2通过各信号的加法运算动作(Mg1+Ye2+W12+W22)而计算，加法运算信号Y3通过各信号的加法运算动作(W12+W22+Ye1+Mg2)而计算，加法运算信号Y4通过各信号的加法运算动作(Ye1+Mg2+W11+W21)而计算。接着，根据该加法运算信号Y1、Y2、Y3、Y4，产生亮度控制信号Y’。

像这样，在采用滤色器223的情况下，与上述第1实施例的场合相同，在像素区域211的、特别是上部(或下部)，即使在光电二极管PD1、PD2的第奇数行和第偶数行之间产生信号差(灵敏度差)的情况下，仍可抑制R、G、B的各信号的行之间的信号差。于是，可抑制输出图像上的着色，提高画质。

(第5实施例)

图10表示本发明的第5实施例的、采用CMOS型的彩色图像传感器(固体成像装置)的单芯片照相机的基本结构。在这里，对光电变换单元为垂直2像素1单元结构，滤色器采用白色/透明(W)、青色(Cy)、品红色(Mg)的补色滤色器的场合进行描述。另外，与图1相同的部分采用同一标号，具体的说明省略。

如图10所示，在本实施例中，滤色器224的排列为具有相当于由W，Cy，Mg形成的垂直(行)方向2像素×水平(列)方向4像素的共计8像素的尺寸的、W条带CyMg完全相间配置。即，在本实施例的场合，在滤色器224的、比如垂直方向的第1行的、水平方向的第1和第3的各像素上设置作为第1色的W11滤色器、W12滤色器，在水平方向的第2像素上设置作为第2色的Cy1滤色器，在水平方向的第4像素上设置作为第3色的Mg1滤色器。另外，在比如垂直方向的第2行的、水平方向的第1和第3的各像素上设置作为第1色的W21滤色器、W22滤色器，在水平方向的第2像素上设置作为第3色的Mg2滤色器，在水平方向的第4像素上设置作为第2色的Cy2滤色器。这样的排列的滤色器224按每个单位而反复地设置于像素区域211上。另外，Cy1滤色器和Mg1滤色器与Mg2滤色器和Cy2滤色器也可为相反的配置。

另一方面，在信号处理部202的色分离电路202d中，对2行的信号进行加法运算，产生1个水平图像信号(R，G，B的各信号)。即，在本实施例的场合，R信号通过(W11-Cy1)+(W21-Cy1)的信号与(W12-Cy2)+(W22-Cy2)的信号的加法运算而产生，B信号通过(Cy1+Mg2)-W11+(Cy1+Mg2)-W21的信号与(Mg1+Cy2)-W12+(Mg1+Cy2)-W22的信号的加法运算而产生，G信号通过W11-Mg2的信号和W21-Mg2的信号与W12-Mg1的信号及W22-Mg1的信号的加法运算而产生。由此，在像素区域211的、特别是上部(或下部)，即使在光电二极管PD1、PD2的第奇数行和第偶数行之间产生信号差(灵敏度差)的情况下，仍可抑制R、G、B的各信号的行间的信号差。

在亮度信号处理电路202f中，按照每隔垂直2像素×水平2像素的4像素的顺序，对2行的信号进行加法运算，最终产生亮度控制信号Y’。即，在本实施例的场合，在沿水平方向每移动1个像素的同时，反复进行各信号的加法运算动作(W+W+Cy+Mg的运算)，由此，计算加法运算信号Y1、Y2、Y3、Y4。比如，加法运算信号Y1通过各信号的加法运算动作(W11+W21+Cy1+Mg2)而计算，加法运算信号Y2通过各信号的加法运算动作(Cy1+Mg2+W12+W22)而计算，加法运算信号Y3通过各信号的加法运算动作(W12+W22+Mg1+Cy2)而计算，加法运算信号Y4通过各信号的加法运算动作(Mg1+Cy2+W11+W21)而计算。接着，根据该加法运算信号Y1、Y2、Y3、Y4，产生亮度控制信号Y’。

像这样，在采用滤色器224的情况下，与上述第1实施例的场合相同，在像素区域211的、特别是上部(或下部)，即使在光电二极管PD1、PD2的第奇数行和第偶数行之间产生信号差(灵敏度差)的情况下，仍可抑制R、G、B的各信号的行之间的信号差。于是，可抑制输出图像上的着色，可提高画质。

(第6实施例)

图11表示本发明的第6实施例的采用CMOS型的彩色图像传感器(固体成像装置)的单芯片照相机的基本结构。在这里，对光电变换单元为垂直2像素1单元结构，滤色器采用绿色(G)、青色(Cy)、黄色(Ye)的滤色器的场合进行描述。另外，与图1相同的部分采用同一标号，具体的说明省略。

如图11所示，在本实施例中，滤色器225的排列为具有相当于由G、Cy、Ye形成的垂直(行)方向2像素×水平(列)方向4像素的共计8像素的尺寸的，G条带CyYe完全相间的方格花纹配置。即，在本实施例的场合，在滤色器225的比如垂直方向的第1行的、水平方向的第1和第3的各像素上设置作为第1色的G11滤色器、G12滤色器，在水平方向的第2像素上设置作为第2色的Cy1滤色器，在水平方向的第4像素上设置作为第3色的Ye1滤色器。另外，在比如，垂直方向的第2行的、水平方向的第1和第3的各像素上设置作为第1色的G21滤色器、G22滤色器，在水平方向的第2像素上设置作为第3色的Ye2滤色器，在水平方向的第4像素上设置作为第2色的Cy2滤色器。这样的排列的滤色器225逐个单位地反复地设置于像素区域211上。另外，Cy1滤色器和Ye1滤色器与Ye2滤色器和Cy2滤色器也可为相反的配置。

另一方面，在信号处理部202的色分离电路202d中，对2行的信号进行加法运算，产生1个水平图像信号(R，G，B的各信号)。即，在本实施例的场合，R信号通过(Ye2-G11)+(Ye2-G21)的信号与(Ye1-G12)+(Ye1-G22)的信号的加法运算而产生，B信号通过(Cy1-G11)+(Cy1-G21)的信号与(Cy2-G12)+(Cy2-G22)的信号的加法运算而产生，G信号通过G11的信号和G21的信号与G12的信号和G22的信号的加法运算而产生。由此，在像素区域211的、特别是上部(或下部)，即使在光电二极管PD1、PD2的第奇数行和第偶数行之间产生信号差(灵敏度差)的情况下，仍可抑制R，G，B的各信号的行间的信号差。

在亮度信号处理电路202f中，按照每隔垂直2像素×水平2像素的4像素的顺序，对2行的信号进行加法运算，最终产生亮度控制信号Y’。即，在本实施例的场合，在沿水平方向每移动1个像素的同时，反复进行各信号的加法运算动作(G+G+Cy+Ye的运算)，由此，计算加法运算信号Y1、Y2、Y3、Y4。比如，加法运算信号Y1通过各信号的加法运算动作(G11+G21+Cy1+Ye2)而计算，加法运算信号Y2通过各信号的加法运算动作(Cy1+Ye2+G12+G22)而计算，加法运算信号Y3通过各信号的加法运算动作(G12+G22+Ye1+Cy2)而计算，加法运算信号Y4通过各信号的加法运算动作(Ye1+Cy2+G11+G21)而计算。接着，根据该加法运算信号Y1、Y2、Y3、Y4，产生亮度控制信号Y’。

像这样，在采用滤色器225的情况下，与上述第1实施例的场合相同，在像素区域211的、特别是上部(或下部)，即使在光电二极管PD1、PD2的第奇数行和第偶数行之间产生信号差(灵敏度差)的情况下，仍可抑制R、G、B的各信号的行之间的信号差。于是，可抑制输出图像上的着色，可提高画质。

另外，在上述各实施例中，均对光电变换单元为垂直2像素1单元结构的场合进行了描述。并不限于此，比如，还可适用于像图12所示的那样，垂直4像素1单元结构的场合。垂直4像素1单元结构的光电变换单元PDCa的一般布置与垂直2像素1单元结构的光电变换单元PDC基本相同。随便说一下，垂直4像素1单元结构的光电变换单元PDCa可通过下述方式简单地构成，该方式为：沿垂直方向设置的2个垂直2像素1单元结构的光电变换单元PDC的各检测部FD的触点之间通过比如Al布线而相互连接。即，各垂直4像素1单元结构的光电变换单元PDCa由形成放大电路212a的7个晶体管Ta、Ts、Tr、Tg1、Tg2、Tg3、Tg4与4个光电二极管PD1、PD2、PD3、PD4构成。

特别是在为垂直4像素1单元结构的光电变换单元PDCa的场合，按照4(2n)行输入的方式对信号处理部202的色分离电路202d进行处理，由此，可改善信号/噪音(SN)比。

此外，还可适用于1像素1单元结构的光电变换单元。在此场合，也可抑制光学透镜10的色差(波长的不同造成的折射率(入射角)的变化)所引起的着色。

还有，在各实施例中，均对以单芯片照相机为实例，图像传感器20由1个芯片构成的场合进行了描述，但是，并不限于此，比如，也可采用通过另一芯片构成固体成像元件201和信号处理部202的所谓的多芯片结构的图像传感器。

另外，并不限于单芯片照相机，也可同样地适用于比如带有光学透镜的便携电话用的传感器组件(小型组件)等的场合。

对于本领域的普通技述人员来说，容易得出其它的优点和改进。于是，在更宽方面，本发明并不限于在这里描述和图示的具体内容和相应实施例。因此，可在不脱离由所附的权利要求和其等同方案所限定的基本的发明构思的实质或范围的情况下进行各种改进。

Claims (15)

1.一种固体成像装置，该固体成像装置包括：

多个感光部，该多个感光部以二维方式设置于半导体衬底上，分别成为一个像素；

多个聚光部，该多个聚光部分别设置于上述多个感光部的上方；

设置于上述多个感光部和上述多个聚光部之间的多个滤色器；

在上述多个滤色器中，分别以上述多个感光部的垂直方向2像素×水平方向4个像素为1个单位，在上述垂直方向的第1行的、上述水平方向的第1和第3的各像素上设置第1色，在上述水平方向的第2像素上设置第2色，在上述水平方向的第4像素上设置第3色，并且在上述垂直方向的第2行的、上述水平方向的第1和第3的各像素上设置上述第1色，在上述水平方向的第2像素上设置上述第3色，在上述水平方向的第4像素上设置上述第2色；

根据通过上述多个感光部读出的上述垂直方向的2n行的输出信号，产生1个水平图像信号，其中，n表示自然数。

2.根据权利要求1所述的固体成像装置，其特征在于，由在上述垂直方向上邻接的2n个感光部构成1个光电变换单元，其中n表示自然数。

3.根据权利要求2所述的固体成像装置，其特征在于，上述1个光电变换单元包括读出选通器和1个检测部，该读出选通器用于通过上述2n个感光部分别读出信号电荷；该1个检测部用于将通过上述读出选通器分别读出的上述信号电荷变换为电压值。

4.根据权利要求3所述的固体成像装置，其特征在于，上述1个光电变换单元以上述1个检测部为中心，以与在其垂直方向上2个感光部邻接地设置，并且分别在上述2个感光部和上述1个检测部之间对应的水平方向上并列地设置上述读出选通器。

5.根据权利要求4所述的固体成像装置，其特征在于，上述读出选通器以其一部分延伸到上述2个感光部的聚光区域的中心附近的方式设置。

6.根据权利要求3所述的固体成像装置，其特征在于，上述1个光电变换单元在垂直方向上邻接地设置2个感光部，并且分别对于上述2个感光部沿倾斜方向设置上述读出选通器。

7.根据权利要求6所述的固体成像装置，其特征在于，上述读出选通器以其一部分延伸到上述2个感光部的聚光区域的中心附近的方式设置。

8.根据权利要求1所述的固体成像装置，其特征在于，上述多个滤色器的第1色为绿色，第2色为红色或蓝色，第3色为蓝色或红色。

9.根据权利要求1所述的固体成像装置，其特征在于，上述多个滤色器的第1色是透明，第2色为青色或黄色，第3色为黄色或青色。

10.根据权利要求1所述的固体成像装置，其特征在于，上述多个滤色器的第1色是透明，第2色为红色或蓝色，第3色为蓝色或红色。

11.根据权利要求1所述的固体成像装置，其特征在于，上述多个滤色器的第1色是透明，第2色为品红色或黄色，第3色为黄色或品红色。

12.根据权利要求1所述的固体成像装置，其特征在于，上述多个滤色器的第1色是透明，第2色为青色或品红色，第3色为品红色或青色。

13.根据权利要求1所述的固体成像装置，其特征在于，上述多个滤色器的第1色为绿色，第2色为青色或黄色，第3色为黄色或青色。

14.根据权利要求1所述的固体成像装置，其特征在于，在上述多个感光部上，分别通过上述多个聚光部和上述多个滤色器，射入来自照相机用成像光学系统的射出光。

15.根据权利要求1所述的固体成像装置，其特征在于，在与通过上述多个感光部形成的像素区域的周边部相对应的感光部的上方，按照从该感光部的正上方沿入射光的方向位置错开的方式设置有滤色器和聚光器。

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