JP2002064833A - 固体撮像素子および固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 静止画記録と動画表示とを行うことができる
固体撮像装置においては、動画表示時に電荷の垂直加算
および水平加算を行うことにより、比較的明るい動画を
表示することができるが、従来の色フィルタアレイを用
いた場合には互いに異なる色を有する色フィルタがその
上方に配置されている複数の光電変換素子それぞれから
読み出された電荷同士を加算することになる結果、複雑
な信号処理を行うことが必要になってＳ／Ｎ比を改善す
ることが困難になる。 【解決手段】 光電変換素子列方向および光電変換素子
行方向のいずれの方向についても基本的に第１の繰返し
パターンの下に複数色の色フィルタを配列する一方で、
電荷の垂直加算および水平加算を行って信号処理上１つ
の画素として扱うことのできる少なくとも４個の光電変
換素子それぞれの上方に同色の色フィルタが配置される
ように、前記第１の繰返しパターンから外れて配置され
たパターン外色フィルタを配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する分野】本発明は固体撮像素子および固体
撮像装置、ならびに色フィルタアレイの形成方法に係
り、特に、カラー撮像用の固体撮像素子および固体撮像
装置、ならびにカラー撮像用の色フィルタアレイの形成
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＣＣＤ（電荷結合素子）の量産技術が確
立されて以来、ＣＣＤ型の固体撮像素子をエリア・イメ
ージセンサとして利用した固体撮像装置が急速に普及し
ている。今日では、カラー撮像用の固体撮像素子および
固体撮像装置が種々の分野で利用されている。

【０００３】エリア・イメージセンサに利用される固体
撮像素子では、１枚の半導体基板の一表面側に多数個の
光電変換素子が複数行、複数列に亘って行列状に形成さ
れる。光電変換素子の総数は、例えば数１０万〜数１０
０万個に達する。光電変換素子としては、一般に、フォ
トダイオードが利用される。

【０００４】光電変換素子に光が入射すると、この光電
変換素子に電荷が蓄積される。光電変換素子に蓄積され
た電荷は、同じ半導体基板に形成されている垂直電荷転
送路および水平電荷転送路を経て出力部へ転送され、こ
こで画像信号（信号電圧）に変換される。

【０００５】垂直電荷転送路は、１列の光電変換素子列
に１本ずつ、この光電変換素子列に近接して配設され
る。個々の垂直電荷転送路は、対応する光電変換素子列
に沿って延在するＣＣＤによって構成される。光電変換
素子から垂直電荷転送路への電荷の読み出しを制御する
ために、１個の光電変換素子に１個ずつ、読出ゲートが
配設される。

【０００６】本明細書においては、１本の垂直電荷転送
路と、この垂直電荷転送路に対応する各読出ゲートと
を、１本の「垂直電荷転送路」と総称するものとする。

【０００７】水平電荷転送路も、ＣＣＤによって構成さ
れる。水平電荷転送路は、垂直電荷転送路それぞれの下
流端側において、これらの垂直電荷転送路の各々と電気
的に接続されている。出力部は、水平電荷転送路の一端
に電気的に接続されている。

【０００８】各垂直電荷転送路、水平電荷転送路および
出力部の動作を制御することにより、所望の画像信号
（信号電圧）を得ることができる。

【０００９】なお、本明細書においては、光電変換素子
から出力部へ転送される電荷の移動を１つの流れとみな
して、個々の部材等の相対的な位置を、必要に応じて
「何々の上流」、「何々の下流」等と称して特定するも
のとする。

【００１０】固体撮像装置は、上述した固体撮像素子の
他に、例えば駆動回路、映像信号処理回路および画像デ
ータ出力部等、ならびにこれらの構成要素のための制御
部およびパルス信号発生部等を含んで構成される。

【００１１】駆動回路は、固体撮像素子中の各垂直電荷
転送路、水平電荷転送路および出力部を駆動するための
駆動信号を生成する。映像信号処理回路は、固体撮像素
子の出力部で発生した画像信号（信号電圧）に基づいて
画像データを生成する。

【００１２】画像データ出力部は、映像信号処理回路か
ら出力された画像データを受け取り、必要に応じてこれ
を記憶し、この画像データを表示装置または記録媒体に
出力する。

【００１３】制御部は、映像信号処理回路や画像データ
出力部の動作を制御する。パルス信号発生部は、装置内
の動作の統一をとるためのパルス信号を生成し、駆動回
路、映像信号処理回路および制御部に供給する。

【００１４】カラー撮像用の固体撮像装置においては、
一般に、カラー撮像用の色フィルタアレイを備えた固体
撮像素子が利用される。カラー撮像用の色フィルタアレ
イは、原色型の色フィルタアレイと補色型の色フィルタ
アレイとに大別される。

【００１５】原色型および補色型いずれの色フィルタア
レイにおいても、カラー撮像に必要な複数色の色フィル
タが、光電変換素子列方向および光電変換素子行方向に
一定の繰返しパターンの下に配列されている。１個の光
電変換素子の上方に１個の色フィルタが位置する。

【００１６】なお、本明細書では、行列状に形成された
多数個の光電変換素子の配列方向のうちで、その方向の
一端に水平電荷転送路が形成されている配列方向を「光
電変換素子列方向」といい、この方向の光電変換素子の
配列を「光電変換素子列」という。光電変換素子列に交
差する方向を「光電変換素子行方向」といい、この方向
の光電変換素子の配列を「光電変換素子行」という。

【００１７】カラー撮像用の色フィルタアレイにおける
色フィルタの配列方式としては、原色型の色フィルタア
レイではベイヤー配列が多用されており、補色型の色フ
ィルタアレイではフィールド色差順次方式が多用されて
いる。近年では、ベイヤー配列を４５°程度回転させた
配列に相当するハニカム配列も利用されている。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】固体撮像素子を利用し
た近年の電子スチルカメラでは、一般に、静止画を記録
する静止画モードと動画表示を行う動画モードとを使用
者が選択できるように構成されている。動画表示は、例
えば、使用者が静止画の画角を決める際に利用される。

【００１９】電子スチルカメラでの動画表示は、一般
に、約４０万画素（７０４×５７６画素）のＶＧＡサイ
ズまたは約１０万画素のＣＩＦサイズで行われる。

【００２０】一方、電子スチルカメラで記録される静止
画の画素数は、近年では数１００万に達し、さらには６
００万を超えようとしている。

【００２１】例えば６００万を超える画素数の静止画を
記録することができる電子スチルカメラでＶＧＡサイズ
の動画表示を行う際には、全体の１／１６に当たる画素
に蓄積された電荷に基づいて画像データを生成すること
が必要となる。同様に、ＣＩＦサイズの動画表示を行う
際には、全体の１／６４に当たる画素に蓄積された電荷
に基づいて画像データを生成することが必要となる。動
画の撮像時には、一般的には、光電変換素子行を１／２
以上間引きながら固体撮像素子を駆動させる。

【００２２】動画の画像データの生成に寄与する光電変
換素子の数が減少すると、特に屋内での撮像時には、表
示される動画が暗くなり、見づらくなる。

【００２３】個々の光電変換素子の感度を向上させるこ
とができれば、屋内で動画表示を行っても、比較的明る
い画像を得ることが可能である。

【００２４】しかしながら、光電変換素子の数が数１０
０万ないしそれ以上の固体撮像素子において、チップサ
イズを増大させることなく個々の光電変換素子の感度を
向上させることは困難である。

【００２５】複数の光電変換素子を信号処理上１つの画
素として扱って画像データを生成する、すなわち、光電
変換素子列方向に互いに近接する２以上の光電変換素子
それぞれに蓄積された電荷同士を、信号処理上、加算
（垂直加算）して、画像データを生成することにより、
比較的明るい画像を得ることが可能である。

【００２６】また、最近では、光電変換素子行方向に互
いに近接する２以上の光電変換素子それぞれに蓄積され
た電荷同士を、信号処理上、加算（水平加算）して、動
画の画像データ得ることも提案されている。

【００２７】ただし、従来の色フィルタアレイを備えた
固体撮像装置において、複数の光電変換素子それぞれか
ら読み出された電荷同士を垂直加算および／または水平
加算して画像データを生成しようとすると、映像信号処
理回路で複雑な信号処理を行うことが必要になる。ま
た、Ｓ／Ｎ比を改善することが困難になる。

【００２８】本発明の目的は、複数の光電変換素子を信
号処理上１つの画素として扱うことが容易な固体撮像素
子を提供することである。

【００２９】本発明の他の目的は、複数の電荷同士を垂
直加算および水平加算して画像データを得ることが容易
な固体撮像装置を提供することである。

【００３０】本発明の更に他の目的は、複数の光電変換
素子を信号処理上１つの画素として扱うことを容易にす
るカラー撮像用の色フィルタアレイの形成方法を提供す
ることである。

【００３１】

【課題を解決するための手段】本発明の一観点によれ
ば、半導体基板と、前記半導体基板の一表面側に複数
行、複数列に亘って行列状に形成された多数個の光電変
換素子と、１列の光電変換素子列に１本ずつ該光電変換
素子列に近接して前記半導体基板に形成された複数本の
垂直電荷転送路と、前記複数本の垂直電荷転送路の各々
に電気的に接続された水平電荷転送路と、前記水平電荷
転送路の一端に電気的に接続された出力部と、前記多数
個の光電変換素子それぞれの上方に１個ずつ形成された
多数個の色フィルタによって構成されるカラー撮像用の
色フィルタアレイであって、光電変換素子列方向および
光電変換素子行方向のいずれの方向についても基本的に
第１の繰返しパターンの下に複数色の色フィルタが配列
され、電荷の垂直加算および水平加算を行って信号処理
上１つの画素として扱うことのできる少なくとも４個の
光電変換素子それぞれの上方に形成された同色の色フィ
ルタによって構成される加算用色フィルタユニットを複
数個含み、該複数個の加算用色フィルタユニットのうち
の一部または全部が、個々の色フィルタの色に着目した
ときに前記第１の繰返しパターンから外れて配置された
パターン外色フィルタを少なくとも１個含む色フィルタ
アレイとを有する固体撮像素子が提供される。

【００３２】本発明の他の観点によれば、半導体基板
と、前記半導体基板の一表面側に複数行、複数列に亘っ
て行列状に形成された多数個の光電変換素子と、１列の
光電変換素子列に１本ずつ該光電変換素子列に近接して
前記半導体基板に形成された複数本の垂直電荷転送路
と、前記複数本の垂直電荷転送路の各々に電気的に接続
された水平電荷転送路と、前記水平電荷転送路の一端に
電気的に接続された出力部と、前記多数個の光電変換素
子それぞれの上方に１個ずつ形成された多数個の色フィ
ルタによって構成されるカラー撮像用の色フィルタアレ
イであって、光電変換素子列方向および光電変換素子行
方向のいずれの方向についても基本的に第１の繰返しパ
ターンの下に複数色の色フィルタが配列され、電荷の垂
直加算および水平加算を行って信号処理上１つの画素と
して扱うことのできる少なくとも４個の光電変換素子そ
れぞれの上方に形成された同色の色フィルタによって構
成される加算用色フィルタユニットを複数個含み、該複
数個の加算用色フィルタユニットのうちの一部または全
部が、個々の色フィルタの色に着目したときに前記第１
の繰返しパターンから外れて配置されたパターン外色フ
ィルタを少なくとも１個含む色フィルタアレイとを有す
る固体撮像素子と、前記複数本の垂直電荷転送路の各
々、前記水平電荷転送路および前記出力部を駆動するた
めの駆動信号を生成することができる駆動回路と、前記
出力部で発生した信号電圧に基づいて画像データを生成
することができる映像信号処理回路とを備えた固体撮像
装置が提供される。

【００３３】本発明の更に他の観点によれば、一表面側
に多数個の光電変換素子が複数行、複数列に亘って行列
状に形成された半導体基板を用意する工程と、前記多数
個の光電変換素子それぞれの上方に１個ずつ配置された
多数個の色フィルタによって構成されるカラー撮像用の
色フィルタアレイを形成する工程であって、光電変換素
子列方向および光電変換素子行方向のいずれの方向につ
いても基本的に所定の繰返しパターンの下に複数色の色
フィルタが配列され、電荷の垂直加算および水平加算を
行って信号処理上１つの画素として扱うことのできる少
なくとも４個の光電変換素子それぞれの上方に形成され
た同色の色フィルタによって構成される加算用色フィル
タユニットを複数個含み、該複数個の加算用色フィルタ
ユニットのうちの一部または全部が、個々の色フィルタ
の色に着目したときに前記繰返しパターンから外れて配
置されたパターン外色フィルタを少なくとも１個含む色
フィルタアレイを形成する工程とを含む色フィルタアレ
イの形成方法が提供される。

【００３４】電荷同士の垂直加算または水平加算を行う
ことができる固体撮像装置を設計する際には、電荷同士
を加算すべき光電変換素子が予め決定される。上述の加
算用色フィルタユニットの各々は、これら電荷同士を加
算すべき光電変換素子の上方に形成される。各加算用色
フィルタユニットの下方に形成されている光電変換素子
の各々から読み出された電荷のみを利用して、動画デー
タまたは静止画データを得ることが可能である。

【００３５】このとき、１つの加算用色フィルタユニッ
トの下方に形成されている光電変換素子から読み出され
た電荷同士を固体撮像素子内で垂直加算および水平加算
して１つの電荷を得、この電荷を出力部へ転送するよう
にすれば、次の利点が得られる。

【００３６】すなわち、個々の加算用色フィルタユニッ
トが互いに同色の色フィルタによって構成されているこ
とから、出力部で発生した画像信号（信号電圧）に映像
信号処理回路で複雑な信号処理を施さなくても、所望の
動画データまたは静止画データを得ることができる。加
算用色フィルタユニットの下に形成されている複数の光
電変換素子を、信号処理上、１つの画素として扱うこと
が容易である。また、Ｓ／Ｎ比を改善することが容易に
なる。さらに、少なくとも４つの電荷同士を垂直加算お
よび水平加算して１つの電荷を得るので、比較的明るい
画像を表示することが容易になる。

【００３７】１つの加算用色フィルタユニットの下方に
形成されている光電変換素子の各々から読み出された電
荷を別々に出力部へ転送し、これらの電荷に基づいて出
力部が発生する画像信号（信号電圧）同士を映像信号処
理回路内で垂直加算および水平加算して１つの信号を得
た場合においても、同様の利点が得られる。

【００３８】高精細な静止画の画像データを得る場合に
は、例えば全ての光電変換素子から電荷が読み出され
る。ただし、パターン外色フィルタの下方に形成されて
いる光電変換素子から読み出された電荷は、高精細な静
止画の画像データの生成には利用されない。高精細な静
止画の画像データは、第１の繰返しパターンに含まれる
色フィルタそれぞれの下方に形成されている光電変換素
子に蓄積された電荷のみを利用して生成される。このと
き、例えば映像信号処理回路内での演算により、パター
ン外色フィルタの形成箇所に本来の色の色フィルタ、す
なわち、第１の繰返しパターンに含まれる色の色フィル
タが形成されているものとして、高精細な静止画の画像
データが生成される。

【００３９】固体撮像装置に記録される高精細な静止画
の画素数をＳとし、垂直加算および水平加算して生成す
る画像データの１フレーム分の画素数をＶとしたとき、
これらの比Ｖ／Ｓがあまりに大きいと、高精細な静止画
の画質が低下する。比Ｖ／Ｓは、下記の式（Ｉ）を満た
すように選択することが好ましい。Ｖ×Ｋ／Ｓは、０．
１以下であることが好ましい。

【００４０】

【数１】

【００４１】

【発明の実施の形態】図１は、実施例による固体撮像装
置の概略を示すブロック図である。同図に示すように、
本実施例の固体撮像装置１００は、撮像光学系１、固体
撮像素子１０、駆動回路５０、映像信号処理回路６０、
画像データ出力部７０、表示部７５、記録部７６、制御
部８０、モードセレクタ８５およびパルス信号発生部９
０を備えている。

【００４２】撮像光学系１は、固体撮像素子１０上に光
学像を結像させる。この撮像光学系１は、例えば光学レ
ンズ、絞り、オプティカルローパスフィルタ等を含んで
構成される。図中の矢印Ｌは光を示す。

【００４３】固体撮像素子１０は、撮像光学系１が結像
した光学像を電気信号に変換する。この固体撮像素子１
０は、光電変換素子、垂直電荷転送路、水平電荷転送
路、出力部および色フィルタアレイを含んで構成され
る。固体撮像素子１０の詳細については、後述する。

【００４４】駆動回路５０は、固体撮像素子１０の撮像
動作に必要な駆動信号を固体撮像素子１０に供給する。
この駆動回路５０は、例えば垂直ドライバ、水平ドライ
バ、ＤＣ電源等を含んで構成される。

【００４５】映像信号処理回路６０は、固体撮像素子１
０で生成された画像信号を受け取り、これに種々の処理
を施して画像データを生成する。この映像信号処理回路
６０は、例えばアナログ／デジタル変換器、ＣＤＳ回路
（相関二重サンプリング回路）、色分離回路、ディレー
ライン等を含んで構成される。

【００４６】画像データ出力部７０は、映像信号処理回
路６０から出力された画像データを受け取り、例えば、
この画像データをフレームメモリ等の記憶媒体に記憶す
る。

【００４７】表示部７５は、画像データ出力部７０から
供給される画像データに基づいて、静止画または動画を
表示する。この表示部７５は、例えば液晶ディスプレイ
等の表示装置を含んで構成される。

【００４８】記録部７６は、画像データ出力部７０から
供給される画像データを、例えばメモリカード等の記録
媒体に記録する。

【００４９】制御部８０は、駆動回路５０、映像信号処
理回路６０および画像データ出力部７０の動作を制御す
る。この制御部８０は、例えば中央演算処理装置（ＣＰ
Ｕ）によって構成される。

【００５０】モードセレクタ８５は、固体撮像装置１０
０の撮像モードを選択するための選択スイッチである。
固体撮像装置１００は、例えば、少なくとも２つの撮像
モード、すなわち、静止画記録を行う静止画モードと、
動画表示を行う動画モードとを有する。モードセレクタ
８５は、固体撮像装置１００の使用者によって操作され
る。

【００５１】パルス信号発生回路９０は、装置内の動作
タイミングの統一をとるためのパルス信号を生成し、駆
動回路５０、映像信号処理回路６０および制御部８０に
供給する。このパルス信号発生回路９０は、例えば、一
定の周期でパルスを発生する原発振、タイミングジェネ
レータ等を含んで構成される。

【００５２】固体撮像装置１００を構成する固体撮像素
子１０は、複数の光電変換素子に蓄積された電荷同士を
固体撮像素子１０内で垂直加算および水平加算できるタ
イプの固体撮像素子である。以下、固体撮像素子１０の
構成について、実施例を挙げて説明する。

【００５３】図２は、固体撮像素子１０に係る第１の実
施例による固体撮像素子１０ａを概略的に示す平面図で
ある。同図に示すように、固体撮像素子１０ａは、半導
体基板１１、多数個の光電変換素子１５、複数本の垂直
電荷転送路２０、水平電荷転送路３０および出力部３５
を有する。図２においては図示を省略した光遮蔽膜、色
フィルタアレイおよびマイクロレンズアレイが、半導体
基板１の上方に形成されている。

【００５４】多数個の光電変換素子１５は、半導体基板
１１の一表面側に複数行、複数列に亘って正方行列状に
配設されている。図示されている光電変換素子１５の数
は、部分的に見えているものを除き、４５個である。実
際の固体撮像装置では、光電変換素子１５の総数が例え
ば数１００万個を超える。

【００５５】ＣＣＤによって構成される垂直電荷転送路
２０が、１列の光電変換素子列に１本ずつ配設されてい
る。

【００５６】個々の垂直電荷転送路２０は、対応する光
電変換素子列に近接して半導体基板１１に形成された垂
直電荷転送チャネル２１を含む。垂直電荷転送チャネル
２１は、例えば半導体基板１１に帯状に形成されたｎ型
領域によって構成される。個々の垂直電荷転送チャネル
２１は、対応する光電変換素子列に沿って延在する。

【００５７】各垂直電荷転送チャネル２１と平面視上交
差する２種類の垂直転送電極２２、２３が、１行の光電
変換素子行に各１本ずつ配設されている。

【００５８】垂直転送電極２２の各々は、各垂直電荷転
送チャネル２１と平面視上交差しつつ、対応する光電変
換素子行に沿ってその下流側に延在する。垂直転送電極
２３の各々は、各垂直電荷転送チャネル２１と平面視上
交差しつつ、対応する光電変換素子行に沿ってその上流
側に延在する。各垂直転送電極２３は、対応する光電変
換素子１５それぞれの図２での右側方において、読出ゲ
ート２４を構成する。

【００５９】１行の光電変換素子行に対応する垂直転送
電極２２、２３は、左端の光電変換素子列に含まれる光
電変換素子１５を除き、この光電変換素子行中の光電変
換素子１５の各々を平面視上取り囲む。

【００６０】最も下流の垂直転送電極２３の下流側に、
１本の第１補助転送電極２４が配設されている。第１補
助転送電極２４も、各垂直電荷転送チャネル２１と平面
視上交差しつつ、光電変換素子行方向に延在する。

【００６１】第１転送制御電極２６、第２転送制御電極
２７、第３転送制御電極２８および第４転送制御電極２
９が、第１補助転送電極２４の下流側にこの順番で配設
されている。第１〜第４の転送制御電極２６〜２９も、
各垂直電荷転送チャネル２１と平面視上交差しつつ、光
電変換素子行方向に延在する。

【００６２】これらの電極２２〜２４、２６〜２９は、
いずれも、電気的絶縁膜（図２においては図示せず。）
を介して半導体基板１１の上方に形成されている。垂直
転送電極２２、第１補助転送電極２４および第４転送制
御電極２９は、半導体基板１１上の第１レベルに設けら
れた第１ポリシリコン層によって形成される。垂直転送
電極２３、第１転送制御電極２６および第３転送制御電
極２８は、半導体基板１１上の第１レベルよりも上の第
２レベルに設けられた第２ポリシリコン層によって形成
される。第２転送制御電極２７は、半導体基板１１上の
第２レベルよりもさらに上の第３レベルに設けられた第
３ポリシリコン層によって形成される。個々の電極２２
〜２４、２６〜２９は、電気的絶縁膜（熱酸化膜）によ
って覆われている。

【００６３】垂直電荷転送チャネル２１の各々において
各電極２２〜２４、２６〜２９と平面視上交差する各領
域のうち、その上に電気的絶縁膜のみを介して電極２２
〜２４、２６〜２９が形成されている領域は、その上の
電極２２〜２４、２６〜２９と共に１つの電荷転送段を
構成する。

【００６４】垂直転送電極２２、２３および第１補助転
送電極２４は、垂直電荷転送チャネル２１の各々と１つ
ずつ電荷転送段を構成する。

【００６５】一方、第１転送制御電極２６は、特定のパ
ターンで選択された所定個の垂直電荷転送チャネル２１
とのみ電荷転送段を構成する。そのために、第１転送制
御電極２６は、光電変換素子行方向に所定の間隔で形成
された複数個の電荷転送段形成部２６ａを有する。

【００６６】１個の電荷転送段形成部２６ａは、１本の
垂直電荷転送チャネル２１と電荷転送段を構成する。左
端の電荷転送段形成部２６ａは、左から数えて４番目の
垂直電荷転送チャネル２１と電荷転送段を構成する。図
２での左から数えて２番目以降の各電荷転送段形成部２
６ａ（図示されていない。）は、７本おきの垂直電荷転
送チャネル２１と電荷転送段を構成する。

【００６７】第２転送制御電極２７も、特定のパターン
で選択された所定個の垂直電荷転送チャネル２１とのみ
電荷転送段を構成する。そのために、第２転送制御電極
２７は、光電変換素子行方向に所定の間隔で形成された
複数個の電荷転送段形成部２７ａを有する。

【００６８】１個の電荷転送段形成部２７ａは、１本の
垂直電荷転送チャネル２１と電荷転送段を構成する。左
端の電荷転送段形成部２７ａは、左から数えて５番目の
垂直電荷転送チャネル２１と電荷転送段を構成する。左
から数えて２番目以降の各電荷転送段形成部２６ａ（た
だし、図示されていない。）は、７本おきの垂直電荷転
送チャネル２１と電荷転送段を構成する。

【００６９】第３転送制御電極２８も、特定のパターン
で選択された所定個の垂直電荷転送チャネル２１とのみ
電荷転送段を構成する。そのために、第３転送制御電極
２８は、光電変換素子行方向に所定の間隔で形成された
複数個の電荷転送段形成部２８ａを有する。

【００７０】左端の電荷転送段形成部２８ａは、左から
数えて１番目、２番目および３番目の各垂直電荷転送チ
ャネル２１と電荷転送段を構成する。左から数えて２番
目以降の電荷転送段形成部２８ａの各々は、光電変換素
子行方向に相隣る６本の垂直電荷転送チャネル２１のそ
れぞれと電荷転送段を構成する。２番目以降の各電荷転
送段形成部２８ａは、その左隣の電荷転送段形成部２８
ａとの間に２本の垂直電荷転送チャネル２１を置いて、
形成されている。

【００７１】第４転送制御電極２９は、垂直電荷転送チ
ャネル２１の各々と１つずつ電荷転送段を構成する。第
４転送制御電極２９における電荷転送段形成部を参照符
号２９ａで示す。

【００７２】垂直電荷転送路２０の各々は、光電変換素
子列方向に連なった多数の電荷転送段によって構成され
ている。

【００７３】各垂直電荷転送路２０の下流端は、水平電
荷転送路３０に電気的に接続されている。水平電荷転送
路３０は、１本の水平電荷転送チャネル３１と、多数本
の水平転送電極３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄとを有
する２相駆動型のＣＣＤによって構成されている。

【００７４】水平電荷転送チャネル３１は、例えば、半
導体基板１１にｎ型領域とｎ⁺ 型領域とを交互に繰り返
し形成することによって形成される。ｎ⁺ 型領域におけ
るｎ型不純物の濃度は、ｎ型領域におけるｎ型不純物の
濃度よりも高い。

【００７５】各水平転送電極３２ａ、３２ｃは、水平電
荷転送用チャネル３１中のｎ⁺ 型領域上に、電気的絶縁
膜を介して形成されている。各水平転送電極３２ｂ、３
２ｄは、水平電荷転送チャネル３１中のｎ型領域上に、
電気的絶縁膜を介して形成されている。

【００７６】１本の垂直電荷転送路２０あたり、水平転
送電極３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄが１本ずつ形成
されている。水平転送電極３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３
２ｄは、出力部３５側からこの順番で繰返し配列してい
る。水平転送電極３２ｂ、３２ｄの各々は第１ポリシリ
コン層によって形成され、水平転送電極３２ａ、３２ｃ
の各々は第２ポリシリコン層によって形成される。個々
の水平転送電極３２ａ〜３２ｄは、電気的絶縁膜（熱酸
化膜）によって覆われている。

【００７７】水平転送電極３２ａ、３２ｃは、図中右隣
の水平電荷転送電極３２ｂ、３２ｄと電気的に接続され
ている。

【００７８】１本の水平転送電極３２ａまたは３２ｃと
その右隣の水平転送電極３２ｂまたは３２ｄとは、これ
らの電極によって平面視上覆われている水平電荷転送チ
ャネル３１の一領域と共に、１つの水平電荷転送段を構
成する。

【００７９】個々の水平電荷転送段における水平転送電
極３２ａまたは３２ｃとその下のｎ ⁺ 型領域とは１つの
ポテンシャル・ウェル領域として機能し、水平転送電極
３２ｂまたは３２ｄとその下のｎ型領域とは１つのポテ
ンシャル・バリア領域として機能する。

【００８０】出力部３５は、水平電荷転送路３０の左端
に接続されている。この出力部３５は、水平電荷転送路
３０から送られてきた電荷を例えばフローティング容量
（図示せず。）によって信号電圧に変換し、この信号電
圧をソースホロワ回路（図示せず。）等を利用して増幅
する。検出（変換）された後のフローティング容量の電
荷は、図示を省略したリセットトランジスタを介して電
源（図示せず。）に吸収される。この出力部３５は、例
えば、特願平１１−２８７３３２号明細書の第００８４
段〜００９１段において図４（ｂ）を参照しつつ説明さ
れている出力部と同様にして構成することができる。

【００８１】図２には、垂直電荷転送路２０の各々を１
６相の垂直駆動信号φＶ１〜φＶ１６と４相の制御信号
φＣ１〜φＣ４とによって駆動させ、水平電荷転送路３
０を２相の水平駆動信号φＨ１、φＨ２によって駆動さ
せる際の配線例を付記してある。

【００８２】各垂直転送電極２２、２３が１６のグルー
プに分けられ、グループ毎に異なる垂直駆動信号φＶ１
〜φＶ１６が供給される。１つのグループは、１５本お
きに選択された垂直転送電極２２、２３によって構成さ
れる。第１補助転送電極２４は、これらのグループのい
ずれか１つに含まれる。

【００８３】制御信号φＣ１は第１転送制御電極２６に
供給され、制御信号φＣ２は第２転送制御電極２７に供
給される。制御信号φＣ３は第３転送制御電極２８に供
給され、制御信号φＣ４は第４転送制御電極２９に供給
される。

【００８４】水平駆動信号φＨ１は水平転送電極３２
ａ、３２ｂの各々に供給され、水平駆動信号φＨ２は水
平転送電極３２ｃ、３２ｄの各々に供給される。

【００８５】これらの駆動信号φＶ１〜φＶ１６、φＨ
１〜φＨ２および制御信号φＣ１〜φＣ４の波形は、固
体撮像素子１０ａの撮像モードに応じて異なる。

【００８６】静止画モードのとき、固体撮像素子１０ａ
はインターレース走査の下に駆動される。電荷の垂直加
算および水平加算は行われない。

【００８７】このとき、光電変換素子１５の各々が２つ
のグループ、すなわち偶数行の光電変換素子１５と奇数
行の光電変換素子１５とに分けられ、グループ単位で電
荷の読み出しおよび転送が行われる。駆動信号φＶ１〜
φＶ１６、φＨ１〜φＨ２および制御信号φＣ１〜φＣ
４は、インターレース走査に応じた波形を有する。

【００８８】固体撮像装置１００は、全ての光電変換素
子１５それぞれに蓄積された電荷に基づいて、静止画の
画像データを生成する。

【００８９】動画モードのとき、固体撮像素子１０ａは
１／４間引き走査の下に駆動される。全光電変換素子行
のうちの１／４の光電変換素子行を対象に、光電変換素
子から電荷が読み出される。また、電荷の垂直加算およ
び水平加算が行われる。

【００９０】このとき、全光電変換素子１５が、例えば
図２中の左下隅を基準にして８行８列毎にグループ化さ
れる。このグループ化によって生じるグループの数は、
固体撮像装置１００が行う動画表示の画素数に対応す
る。

【００９１】これらのグループ毎に、その中央部に２行
２列に亘って位置する計４個の光電変換素子１５に蓄積
された電荷が垂直加算および水平加算され、動画の画像
データの生成に供される。これら４個の光電変換素子１
５は、信号処理上、１つの画素として扱われる。図２に
おいては、動画モードの際に電荷の垂直加算および水平
加算が行われる４個の光電変換素子を、参照符号「１５
ａ₁ 」、「１５ａ₂ 」、「１５ａ₃ 」、「１５ａ₄ 」で
示している。

【００９２】駆動信号φＶ１〜φＶ１６、φＨ１〜φＨ
２および制御信号φＣ１〜φＣ４は、１／４間引き走査
ならびに上記の垂直加算および水平加算に応じた波形を
有する。

【００９３】固体撮像装置１００は、全光電変換素子１
５の１／１６の光電変換素子１５に蓄積された電荷に基
づいて、動画の画像データを生成する。

【００９４】静止画モードおよび動画モードのいずれの
モードにおいても、１行の光電変換素子行を構成する光
電変換素子１５の各々から読み出された電荷は、電荷転
送段形成部２６ａ、２７ａ、２８ａを含んで構成される
電荷転送段の各々へ、同じタイミングで転送される。

【００９５】図３は、動画モードの際の駆動信号φＶ１
〜φＶ１６の波形を示す。同図に示すように、光電変換
素子１５に蓄積された電荷を対応する垂直電荷転送路２
０に読み出すための読出パルスＲは、駆動信号φＶ９、
φＶ１１に含まれる。

【００９６】光電変換素子１５から電荷を読み出す前
に、駆動信号φＶ９〜φＶ１１がハイレベルＨになり、
他の駆動信号はローレベルＬになる。個々の垂直電荷転
送路２０において駆動信号φＶ９〜φＶ１１の供給を受
けている電荷転送段の各々に、ポテンシャル・ウェルが
形成される。これらのポテンシャル・ウェルは光電変換
素子列方向に互いに連なる３連のポテンシャル・ウェル
を構成する。

【００９７】この後、駆動信号φＶ９、φＶ１１に読出
パルスＲが重畳される。水平電荷転送路３０側から数え
て第５行および第４行の光電変換素子１５それぞれに蓄
積されていた電荷が、対応する垂直電荷転送路２０に形
成されている３連のポテンシャル・ウェルに読み出され
る。各垂直電荷転送路２０において、第５行および第４
行の光電変換素子１５から読み出された２個の電荷同士
が垂直加算される。

【００９８】光電変換素子１５ａ₁ から読み出された電
荷と光電変換素子１５ａ₂ から読み出された電荷とが垂
直加算され、光電変換素子１５ａ₃ から読み出された電
荷と光電変換素子１５ａ₄ から読み出された電荷とが垂
直加算される。以下、光電変換素子１５ａ₁ 、１５ａ₂
から読み出された電荷同士が垂直加算されて生じた電荷
を「電荷Ｑ１」、光電変換素子１５ａ₃ 、１５ａ₄ から
読み出された電荷同士が垂直加算されて生じた電荷を
「電荷Ｑ２」ということがある。

【００９９】その後、駆動信号φＶ１〜φＶ１６が図示
のように変化する。３連のポテンシャル・ウェルが下流
側に１電荷転送段分伸長して４連のポテンシャル・ウェ
ルになった後、その上流端の１電荷転送段がポテンシャ
ル・バリアに転じて３連のポテンシャル・ウェルにな
る、という動作が繰返し行われる。各垂直電荷転送路２
０内の電荷が順次下流に転送され、電荷転送段形成部２
６ａ、２７ａ、２８ａを含んで構成される電荷転送段の
各々へ同じタイミングで転送される。

【０１００】図３中の時刻Ｔ₁ のとき、各垂直電荷転送
路２０において最も下流の垂直転送電極２２、最も下流
の垂直転送電極２３および第１補助転送電極２４を含ん
で構成される３つの電荷転送段は、３連のポテンシャル
・ウェルを形成している。第５行および第４行の光電変
換素子１５から読み出され、垂直加算された電荷の各々
は、対応する垂直電荷転送路２０におけるこの３連のポ
テンシャル・ウェルに分布している。

【０１０１】制御信号φＣ１〜φＣ３の波形を制御し
て、電荷転送段形成部２６ａ、２７ａ、２８ａを含んで
構成される電荷転送段それぞれのポテンシャルを、電荷
が分布している上記３連のポテンシャル・ウェルのポテ
ンシャルより高くする。電荷転送段形成部２６ａ、２７
ａ、２８ａを含んで構成される電荷転送段それぞれに電
荷が転送される。

【０１０２】なお、本明細書においては、電圧を印加し
たときに形成される電位の井戸が深い領域程「ポテンシ
ャルが高い」といい、電位の井戸が浅い領域程「ポテン
シャルが低い」という。

【０１０３】制御信号φＣ１〜φＣ４の波形を、電荷転
送段形成部２６ａ、２７ａ、２８ａ、２９ａを含んで構
成される電荷転送段それぞれのポテンシャルＰ１、Ｐ
２、Ｐ３、Ｐ４の関係がＰ２＜Ｐ４＜Ｐ１＝Ｐ３となる
ように制御する。駆動信号φＨ２の波形を、水平転送電
極３２ｃを含んで構成されるポテンシャル・ウェル領域
のポテンシャルＰｈ１がＰｈ１＞Ｐ４となるように制御
する。

【０１０４】図４に示すように、電荷転送段形成部２７
ａを含んで構成される電荷転送段に分布していた電荷Ｑ
２が、水平電荷転送路３０へ転送される。電荷転送段形
成部２６ａを含んで構成される電荷転送段に分布してい
る電荷Ｑ１、および、電荷転送段形成部２８ａを含んで
構成される電荷転送段に分布している電荷Ｑ３は、これ
らの電荷転送段に留まる。

【０１０５】なお、図４に示した構成要素のうちで図２
において既に示した構成要素については、図２で用いた
参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。
図４においても、図２と同様に、電極２４、２６〜２９
および３２ｃと半導体基板１１との間に介在する電気的
絶縁膜、ならびに、各電極２４、２６〜２９および３２
ｃを覆っている電気的絶縁膜の図示を省略している。

【０１０６】駆動信号φＨ１、φＨ２の波形を制御し
て、水平電荷転送路３０内の電荷Ｑ２を２水平電荷転送
段分、下流側に転送する。電荷Ｑ２が、電荷転送段形成
部２６ａを含んで構成される電荷転送段の下流に相当す
る水平電荷転送段に移動する。

【０１０７】制御信号φＣ１〜φＣ４の波形を、電荷転
送段形成部２６ａ、２７ａ、２８ａ、２９ａを含んで構
成される電荷転送段それぞれのポテンシャルＰ１、Ｐ
２、Ｐ３、Ｐ４の関係がＰ１＜Ｐ４＜Ｐ２＝Ｐ３となる
ように制御する。駆動信号φＨ２の波形を、水平転送電
極３２ｃを含んで構成されるポテンシャル・ウェル領域
のポテンシャルＰｈ１がＰｈ１＞Ｐ４となるように制御
する。

【０１０８】図５に示すように、電荷転送段形成部２６
ａを含んで構成される電荷転送段に分布していた電荷Ｑ
１が、水平電荷転送路３０へ転送される。このとき、電
荷転送段形成部２７ａを含んで構成される電荷転送段に
は電荷が分布していない。電荷転送段形成部２８ａを含
んで構成される電荷転送段に分布している電荷Ｑ３は、
この電荷転送段に留まる。

【０１０９】なお、図５に示した構成要素のうちで図２
において既に示した構成要素については、図２で用いた
参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。
図５においても、図２と同様に、電極２４、２６〜２９
および３２ｃと半導体基板１１との間に介在する電気的
絶縁膜、ならびに、各電極２４、２６〜２９および３２
ｃを覆っている電気的絶縁膜の図示を省略している。

【０１１０】図５に示すように、また、上述したよう
に、電荷Ｑ１が転送される水平電荷転送段には、先に水
平電荷転送路３０に転送されていた電荷Ｑ２が分布して
いる。したがって、この水平電荷転送段において、２つ
の電荷Ｑ１、Ｑ２が水平加算される。以下、電荷Ｑ１、
Ｑ２が水平加算されて生じた電荷を「電荷Ｑ４」という
ことがある。

【０１１１】水平電荷転送路３０内には、電荷Ｑ４と同
様に垂直加算および水平加算によって生じた多数の電荷
が分布する。

【０１１２】この後、駆動信号φＨ１、φＨ２の波形を
制御して、水平電荷転送路３０内の電荷を出力部３５へ
転送する。

【０１１３】出力部３５は、これらの電荷に基づいて、
画像信号（信号電圧）を出力する。図１に示した映像信
号処理回路６０は、この画像信号（信号電圧）を利用し
て、動画の画像データを生成する。

【０１１４】電荷転送段形成部２８ａを含んで構成され
る電荷転送段の各々に転送された電荷Ｑ３は、動画の画
像データの生成に寄与しない。これらの電荷Ｑ３は、例
えば、動画の画像データの生成に利用される電荷を出力
部３５へ転送し終えた後に水平電荷転送路３０へ転送さ
れ、出力部３５において画像信号（信号電圧）に変換さ
れる。この画像信号（信号電圧）は、映像信号処理回路
６０において画像データの生成に使用されることなく、
ここで廃棄される。あるいは、例えば、水平電荷転送路
３０へ転送されることなく、半導体基板１１に形成され
た電荷排出用ドレインに排出される。

【０１１５】図６は半導体基板１１に形成された電荷排
出用ドレインＤを概略的に示す。同図に示すように、電
荷排出用ドレインＤは、電荷転送段形成部２８ａを含ん
で構成される各電荷転送段の近傍に１個づつ形成され
る。電荷転送段形成部２８ａは所定の垂直電荷転送チャ
ネル２１の上方に１つずつ形成される。電荷転送段形成
部２８ａを含んで構成される電荷転送段から電荷排出用
ドレインＤへの電荷の排出を制御するための制御ゲート
電極３７が例えば第３ポリシリコン層によって形成され
る。制御ゲート電極３７は、電荷排出用ドレインＤの各
々と、この電荷排出用ドレインＤに対応する垂直電荷転
送チャネル２１とをそれぞれ部分的に覆う所定個の制御
ゲート部３７ａを有する。

【０１１６】各電荷排出用ドレインＤの電位を例えば＋
５Ｖとし、制御ゲート電極３７に例えば＋８Ｖ程度の電
圧を印加することにより、電荷転送段形成部２８ａを含
んで構成される電荷転送段の各々に分布している電荷を
対応する電荷排出用ドレインＤに排出することができ
る。

【０１１７】前述したように、固体撮像素子１０ａは、
光遮蔽膜、色フィルタアレイおよびマイクロレンズアレ
イを備えている。

【０１１８】光遮蔽膜は、光電変換素子１５以外の領域
において無用の光電変換が行われるのを防止する。色フ
ィルタアレイは、カラー撮像を可能にする。マイクロレ
ンズアレイは、個々の光電変換素子１５での光の利用効
率を向上させる。

【０１１９】図７は、固体撮像素子１０ａにおける１個
の光電変換素子１５とその周辺を概略的に示す断面図で
ある。

【０１２０】同図には、図２において図示を省略した光
遮蔽膜４１、色フィルタアレイ４５およびマイクロレン
ズアレイ４８が示されている。

【０１２１】図７における光遮蔽膜４１よりも半導体基
板１１側の領域は、図２に示したＡ−Ａ線に沿った断面
に相当する。図７に示した構成要素のうちで図２に示し
た構成要素に対応するものには図２で用いた参照符号と
同じ参照符号を付して、その説明を省略する。

【０１２２】図７に示すように、固体撮像素子１０ａを
構成するシリコン等の半導体基板１１は、ｎ型半導体基
板１１ａと、この上に形成されたｐ型不純物添加領域１
１ｂとを有する。

【０１２３】個々の光電変換素子１５は、例えば、ｐ型
不純物添加領域１１ｂの所定箇所にｎ型不純物添加領域
１５ａを設け、その上にｐ⁺ 型不純物添加領域１５ｂを
設けることによって形成された埋込型のフォトダイオー
ドである。ｎ型不純物添加領域１５ａの各々は、電荷蓄
積領域として機能する。

【０１２４】各垂直電荷転送チャネル２１は、例えば、
ｐ型不純物添加領域１１ｂの所定箇所にｎ型不純物添加
領域を設けることによって形成される。

【０１２５】個々の光電変換素子１５（ｎ型不純物添加
領域１５ａ）における図７での右側縁部に沿って、ｐ型
不純物添加領域１１ｂが露出している。ｐ型不純物添加
領域１１ｂにおけるこの領域が、読出ゲート用のチャネ
ル領域２４ａとして利用される。チャネル領域２４ａの
各々は、対応する光電変換素子１５の右側縁部のほぼ中
央からその下流端にかけて延在する。電荷転送チャネル
２１とこれに対応する光電変換素子１５とは、チャネル
領域２４ａを介して隣接する。

【０１２６】チャネル領域２４ａが形成されている箇所
を除き、チャネルストップ領域１７が各光電変換素子１
５の周囲を取り囲んでいる。このチャネルストップ領域
１７は、光電変換素子１５同士、および、光電変換素子
１５とこれに対応しない電荷転送チャネル２１とを電気
的に分離する。チャネルストップ領域１７は、例えば、
ｐ型不純物添加領域１１ｂの所定箇所にｐ⁺ 型不純物添
加領域を設けることによって形成される。

【０１２７】なお、各不純物添加領域は、例えばイオン
注入とその後のアニールとによって形成することができ
る。ｐ型不純物添加領域１１ｂは、例えばエピタキシャ
ル成長法によって形成することもできる。ｐ⁺ 型不純物
添加領域におけるｐ型不純物の濃度はｐ型不純物添加領
域におけるｐ型不純物の濃度よりも高い。

【０１２８】電気的絶縁膜１８が、半導体基板１１にお
ける一表面上、すなわち、上述した各種の不純物添加領
域が形成されている側の表面（各種の不純物添加領域の
表面を含む。）上に形成されている。

【０１２９】電気的絶縁膜１８は、例えば、酸化ケイ素
等の電気絶縁性酸化物や、窒化ケイ素等の電気絶縁性窒
化物を用いて形成される。この電気的絶縁膜１８は、例
えば、１つの電気絶縁性酸化物層からなる単層構造、電
気絶縁性酸化物層とその上に形成された電気絶縁性窒化
物層との２層積層構造、または、電気絶縁性酸化物層と
その上に形成された電気絶縁性窒化物層とその上に形成
された電気絶縁性酸化物層との３層積層構造を有する。

【０１３０】各垂直転送電極２２、２３、第１補助転送
電極２４、第１〜第４転送制御電極２６〜２９および各
水平転送電極３２ａ〜３２ｄは、電気的絶縁膜１８上に
形成されている。図７においては、垂直転送電極２３の
みが見えている。各電極２２〜２４、２６〜２９、３２
ａ〜３２ｄは、それぞれ別個に、電気的絶縁膜（熱酸化
膜）４０によって覆われている。

【０１３１】垂直転送電極２３の一領域は、チャネル領
域２４ａを平面視上覆って、このチャネル領域２４ａと
ともに読出ゲート２４を構成する。垂直転送電極２３に
読出パルスを印加すると、チャネル領域２４ａにチャネ
ルが誘起され、光電変換素子１５（ｎ型不純物添加領域
１５ａ）とこれに対応する電荷転送チャネル２１とが導
通する。

【０１３２】光遮蔽膜４１は、光電変換素子１５（ｐ⁺
型不純物添加領域１５ｂ）それぞれの上に１個ずつ所定
形状の開口部４１ａを有し、これらの箇所を除き、電気
的絶縁膜１８およびその上に形成されている各種の電極
を覆っている。各開口部４１ａは、光電変換素子１５に
おけるｐ⁺ 型不純物添加領域１５ｂの外周面よりも平面
視上の内側において開口している。

【０１３３】光遮蔽膜４１は、例えばアルミニウム、ク
ロム、タングステン、チタン、モリブデン等の金属から
なる薄膜や、これらの金属の２種以上からなる合金薄
膜、あるいは、前記の金属同士または前記の金属と前記
の合金とを含む群から選択された２種以上を組み合わせ
た多層金属薄膜等によって形成される。

【０１３４】保護膜４２が、光遮蔽膜４１上および開口
部４１ａから露出している電気的絶縁膜１８上に形成さ
れている。この保護膜４２は、例えばシリコン窒化物、
シリコン酸化物、ＰＳＧ（ホスホシリケートガラス）、
ＢＰＳＧ（ボロホスホシリケートガラス）、ポリイミド
等によって形成される。

【０１３５】第１の平坦化膜４３が、保護膜４２を覆っ
ている。第１の平坦化膜４３はマイクロレンズ用の焦点
調節層としても利用される。必要に応じて、第１の平坦
化膜４３中にインナーレンズが形成される。

【０１３６】第１の平坦化膜４３は、例えばフォトレジ
スト等の透明樹脂を例えばスピンコート法によって所望
の厚さに塗布することによって形成される。

【０１３７】色フィルタアレイ４５は、第１の平坦化膜
４３上に形成される。この色フィルタアレイ４５は、カ
ラー撮像を可能にする複数種の色フィルタを所定のパタ
ーンで形成したものである。カラー撮像用の色フィルタ
アレイとしては、原色型の色フィルタアレイ、および、
補色型の色フィルタアレイがある。

【０１３８】原色型の色フィルタアレイおよび補色型の
色フィルタアレイのいずれにおいても、個々の光電変換
素子１５の上方に色フィルタが１個ずつ配設される。図
７においては、１個の緑色フィルタ４５Ｇと、２個の青
色フィルタ４５Ｂとが見えている。

【０１３９】色フィルタアレイ４５は、例えば、所望色
の顔料もしくは染料を含有させた樹脂（カラーレジン）
の層を、フォトリソグラフィ法等の方法によって所定箇
所に形成することによって作製することができる。

【０１４０】第２の平坦化膜４６が、色フィルタアレイ
４５上に形成されている。第２の平坦化膜４６は、例え
ばフォトレジスト等の透明樹脂を例えばスピンコート法
によって所望の厚さに塗布することによって形成され
る。

【０１４１】マイクロレンズアレイ４８は、第２の平坦
化膜４６上に形成されている。このマイクロレンズアレ
イ４８は、個々の光電変換素子１５の上方に１個ずつ配
設されたマイクロレンズ４８ａによって構成される。

【０１４２】これらのマイクロレンズ４８ａは、例え
ば、屈折率が概ね１．３〜２．０の透明樹脂（フォトレ
ジストを含む。）からなる層をフォトリソグラフィ法等
によって所定形状に区画した後、熱処理によって各区画
の透明樹脂層を溶融させ、表面張力によって角部を丸め
込ませた後に冷却すること等によって得られる。

【０１４３】固体撮像素子１０ａは、前述した垂直加算
および水平加算を行って動画の画像データが容易に得ら
れるように、特徴的な色フィルタアレイ４５を有してい
る。

【０１４４】図８は、固体撮像素子１０ａにおける色フ
ィルタアレイ４５の一部を示す。同図においては、赤色
フィルタを記号Ｒで示し、緑色フィルタを記号Ｇで示
し、青色フィルタを記号Ｂで示している。図面を解りや
すくするために、個々の色フィルタの輪郭線を省略して
いる。

【０１４５】図中の左下隅の色フィルタＲが、図２にお
ける左下隅の光電変換素子１５の上方に位置する。

【０１４６】同図に示した色フィルタアレイ４５では、
赤色フィルタＲ、緑色フィルタＧおよび青色フィルタＢ
が、基本的に、所定の繰返しパターンの下に配列されて
いる。本明細書においては、色フィルタ配列の基本的な
繰返しパターンを「第１の繰返しパターン」という。色
フィルタアレイ４５における第１の繰返しパターンは、
ベイヤー配列に則った繰返しパターンである。

【０１４７】基本的に、光電変換素子列方向Ｃｄに緑色
フィルタＧと赤色フィルタＲとを交互に繰返し配列した
色フィルタ列と、光電変換素子列方向Ｃｄに青色フィル
タＢと緑色フィルタＧとを交互に繰返し配列した色フィ
ルタ列とが、交互に形成されている。光電変換素子行方
向Ｒｄについても同様である。

【０１４８】ただし、この色フィルタアレイ４５は、ベ
イヤー配列における色フィルタの繰返しパターン（第１
の繰返しパターン）から外れて配置された所定個のパタ
ーン外色フィルタを含んでいる。図８には、計１０個の
パターン外色フィルタが示されている。図８において
は、パターン外色フィルタそれぞれに下線を付してあ
る。

【０１４９】これらのパターン外色フィルタは、色フィ
ルタアレイ４５中の全色フィルタを８行８列単位で格子
状に区切ったときの各区画の中央付近に配置されてい
る。図８中の一点鎖線が各区画の輪郭を示す。

【０１５０】動画モードの際には、各区画の中央部に位
置する４個の色フィルタそれぞれの下方の光電変換素子
１５ａ₁ 〜１５ａ₄ （図２参照）に蓄積された電荷同士
が垂直加算および水平加算され、前述した１つの電荷Ｑ
４となって、出力部３５（図２参照）に転送される。

【０１５１】図８では、各区画におけるこれら４個の色
フィルタを破線で括っている。また、本明細書において
は、各区画におけるこれら４個の色フィルタを「加算用
色フィルタユニット」という。図８には３種類の加算用
色フィルタユニットＵｇ、Ｕｒ、Ｕｂが計４個示されて
いる。

【０１５２】いずれの加算用色フィルタユニットＵｇ、
Ｕｒ、Ｕｂも、同色の色フィルタによって構成されてい
る。いずれのパターン外色フィルタも、加算用色フィル
タユニットＵｇ、ＵｒまたはＵｂに含まれている。

【０１５３】色フィルタアレイ４５全体では、緑色フィ
ルタＧによって構成される加算用色フィルタユニットＵ
ｇ、赤色フィルタＲによって構成される加算用色フィル
タユニットＵｒおよび青色フィルタＢによって構成され
る加算用色フィルタユニットＵｂが、それぞれ所定数ず
つ含まれている。

【０１５４】これらの加算用色フィルタユニットＵｇ、
Ｕｒ、Ｕｂは、当該加算用色フィルタユニットを構成す
る色フィルタの色に着目したとき、赤、緑および青の加
算用色フィルタユニットが所定の繰返しパターンを形成
するように配列されている。本明細書においては、色フ
ィルタアレイ中での加算用色フィルタユニットの繰返し
パターンを「第２の繰返しパターン」という。色フィル
タアレイ４５における第２の繰返しパターンは、ベイヤ
ー配列に則った繰返しパターンである。

【０１５５】個々の加算用色フィルタユニットＵｇ、Ｕ
ｒ、Ｕｂが同色の色フィルタによって構成されているの
で、出力部３５で発生した画像信号（信号電圧）に映像
信号処理回路６０（図１参照）で複雑な映像信号処理を
施さなくても、所望の動画用画像データを得ることがで
きる。個々の加算用色フィルタユニットＵｇ、Ｕｒ、Ｕ
ｂの下に形成されている４個の光電変換素子を、信号処
理上、１つの画素として扱うことが容易である。また、
Ｓ／Ｎ比を改善することが容易になる。さらに、４個の
光電変換素子１５ａ₁ 〜１５ａ₄ に蓄積された電荷同士
を垂直加算および水平加算して１つの電荷として扱って
いる、すなわち、光電変換素子１５ａ₁〜１５ａ₄ を、
信号処理上、１つの画素として扱っているので、比較的
明るい動画を表示することが容易になる。

【０１５６】静止画モードの際には、例えば全ての光電
変換素子１５から電荷が読み出される。ただし、パター
ン外色フィルタの下方に形成されている光電変換素子１
５ａ ₁ 〜１５ａ₄ に蓄積された電荷は、静止画の画像デ
ータの生成には利用されない。静止画の画像データは、
第１の繰返しパターンに含まれる色フィルタそれぞれの
下方に形成されている光電変換素子１５に蓄積された電
荷のみを利用して生成される。このときの画像データの
生成は、例えば映像信号処理回路６０内での演算によ
り、パターン外色フィルタの形成箇所に本来の色の色フ
ィルタ、すなわち、第１の繰返しパターンに含まれる色
の色フィルタが形成されているものとして、行われる。

【０１５７】図８に示した色フィルタアレイ４５におけ
るパターン外色フィルタの割合は、１０／２５６で約４
％である。静止画の画素数をＳ（ただし、全ての光電変
換素子１５から電荷を読み出すものとする。）、垂直加
算および水平加算して生成する画像データ（動画デー
タ）の１フレーム分の画素数をＶとすると、比Ｖ／Ｓ
は、４／２５６で約１．６％である。１個の加算用色フ
ィルタユニットにおける色フィルタ数は４であるので、
前述した式（Ｉ）におけるＫは４である。したがって、
Ｖ×Ｋ／Ｓは１６／２５６で６．２５％である。すなわ
ち、本実施例の固体撮像素子１０ａは、前述した式
（Ｉ）を満たす。

【０１５８】次に、固体撮像素子１０に係る第２の実施
例による固体撮像素子について、図９、図１０および図
１１を用いて説明する。

【０１５９】図９は、第２の実施例による固体撮像素子
１０ｂを概略的に示す平面図である。同図に示した構成
要素は全て図２に示されているので、これらの構成要素
には図２で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその
説明を省略する。

【０１６０】図９と図２との比較から明らかなように、
固体撮像素子１０ｂにおいては、光電変換素子１５ａ
₂ 、１５ａ₄ の位置が、固体撮像素子１０ａに比べて１
光電変換素子行分、下流側にずれている。

【０１６１】図１０は、動画モードの際の駆動信号φＶ
１〜φＶ１６の波形を示す。同図に示した項目は図３に
示した項目と共通するので、ここでは各項目の説明を省
略する。図１０に示すように、読出パルスＲは、駆動信
号φＶ９、φＶ１３に含まれる。

【０１６２】光電変換素子１５から電荷を読み出す前
に、駆動信号φＶ９、φ１０、φＶ１３がハイレベルＨ
になり、他の駆動信号はローレベルＬになる。個々の垂
直電荷転送路２０において駆動信号φＶ９、φ１０、φ
Ｖ１３の供給を受けている電荷転送段の各々に、ポテン
シャル・ウェルが形成される。

【０１６３】この後、駆動信号φＶ９、φＶ１３に読出
パルスが重畳される。図示の例では駆動信号φＶ９、φ
Ｖ１３に同じタイミングで読出パルスが重畳されている
が、これらの読出パルスを異なるタイミングで駆動信号
φＶ９、φＶ１３に重畳することもできる。

【０１６４】水平電荷転送路３０側から数えて第５行目
および第３行面の光電変換素子１５それぞれに蓄積され
ていた電荷が、対応する垂直電荷転送路２０に形成され
ているポテンシャル・ウェルに読み出される。

【０１６５】第５行の光電変換素子１５それぞれに蓄積
されていた電荷は、対応する垂直電荷転送路２０におい
て駆動信号φＶ９、φ１０の供給を受けている２つの電
荷転送段に亘って形成された２連のポテンシャル・ウェ
ルに読み出される。第３行の光電変換素子１５それぞれ
に蓄積されていた電荷は、対応する垂直電荷転送路２０
において駆動信号φＶ１３の供給を受けている１つの電
荷転送段に形成された１連のポテンシャル・ウェルに読
み出される。

【０１６６】駆動信号φＶ９〜φＶ１２が図示のように
変化する。駆動信号φＶ１３は、暫くの間、ハイレベル
Ｈを維持する。時刻Ｔ₀ のとき、個々の垂直電荷転送路
２０において駆動信号φＶ１１〜φＶ１４の供給を受け
ている４つの電荷転送段に亘る４連のポテンシャル・ウ
ェルが形成される。

【０１６７】このとき、第５行の光電変換素子１５から
対応する垂直電荷転送路２０に読み出されていた電荷
は、この４連のポテンシャル・ウェルに分布する。同様
に、第３行の光電変換素子１５から対応する垂直電荷転
送路２０に読み出されていた電荷も、この４連のポテン
シャル・ウェルに分布する。各垂直電荷転送路２０にお
いて、第５行および第３行の光電変換素子１５それぞれ
に蓄積されていた２個の電荷同士が垂直加算される。

【０１６８】光電変換素子１５ａ₁ から読み出された電
荷と光電変換素子１５ａ₂ から読み出された電荷とが垂
直加算されて、電荷Ｑ１が生じる。光電変換素子１５ａ
₃ から読み出された電荷と光電変換素子１５ａ₄ から読
み出された電荷とが垂直加算されて、電荷Ｑ２が生じ
る。

【０１６９】その後、図３を用いて説明した固体撮像素
子１０ａと同様に駆動信号φＶ１〜φＶ１６、φＨ１、
φＨ２および制御信号φＣ１〜φＣ４が変化する。

【０１７０】電荷Ｑ２が水平電荷転送路３０へ転送され
た後に電荷Ｑ１が水平電荷転送路３０へ転送され、水平
電荷転送路３０内で電荷Ｑ１と電荷Ｑ２とが水平加算さ
れて電荷Ｑ４が生じる。出力部３５が、垂直加算および
水平加算によって生じた電荷に基づいて、画像信号（信
号電圧）を出力する。図１に示した映像信号処理回路６
０が、この画像信号（信号電圧）を利用して、動画の画
像データを生成する。

【０１７１】電荷転送段形成部２８ａを含んで構成され
る電荷転送段の各々に転送された電荷Ｑ３は、動画の画
像データの生成に利用されることなく、廃棄される。

【０１７２】動画モードの際に第５行および第３行の光
電変換素子１５から電荷を読み出す固体撮像素子１０ｂ
は、前述した固体撮像素子１０ａとは異なる色フィルタ
アレイを有している。

【０１７３】図１１は、固体撮像素子１０ｂにおける色
フィルタアレイ１４５の一部を示す。この色フィルタア
レイ１４５では、個々の加算用色フィルタユニットＵ
ｇ、Ｕｒ、Ｕｂを構成する色フィルタが以下のように選
択されている。

【０１７４】すなわち、全色フィルタを８行８列単位で
格子状に区切り、これらの区画それぞれにおける左上隅
の色フィルタを第１行第１列の色フィルタ、右下隅の色
フィルタを第８行第８列の色フィルタとしたとき、各区
画における第４行第４列、第６行第４列、第４行第５列
および第６行第５列の各色フィルタによって、加算用色
フィルタユニットＵｇ、ＵｒまたはＵｂが構成されてい
る。

【０１７５】この点を除けば、色フィルタアレイ１４５
の構成は図８に示した色フィルタアレイ４５の構成と同
様である。多数個の赤色フィルタＲ、緑色色フィルタ
Ｇ、青色色フィルタＢがベイヤー配列に則った第１の繰
返しパターンの下に配列している。このため、図１１に
おいては図８で用いた参照符号と同じ参照符号を用いて
色フィルタアレイ１４５の各構成要素を示し、共通する
構成要素についてはその説明を省略する。

【０１７６】動画モードの際には、各区画において加算
用色フィルタユニットＵｇ、ＵｒまたはＵｂを構成する
４個の色フィルタそれぞれの下方の光電変換素子１５ａ
₁ 〜１５ａ₄ （図９参照）に蓄積された電荷同士が垂直
加算および水平加算されて、前述した１つの電荷Ｑ４と
なる。

【０１７７】色フィルタアレイ１４５全体では、緑色フ
ィルタＧによって構成される加算用色フィルタユニット
Ｕｇ、赤色フィルタＲによって構成される加算用色フィ
ルタユニットＵｒおよび青色フィルタＢによって構成さ
れる加算用色フィルタユニットＵｂが、それぞれ所定数
ずつ含まれている。

【０１７８】これらの加算用色フィルタユニットＵｇ、
Ｕｒ、Ｕｂは、第２の繰返しパターンの下に配置されて
いる。色フィルタアレイ１４５における第２の繰返しパ
ターンも、ベイヤー配列に則った繰返しパターンであ
る。

【０１７９】図８に示した色フィルタアレイ４５と同様
の理由から、出力部３５で発生した画像信号（信号電
圧）に映像信号処理回路６０（図１参照）で複雑な映像
信号処理を施さなくても、所望の動画用画像データを得
ることができる。個々の加算用色フィルタユニットＵ
ｇ、Ｕｒ、Ｕｂの下に形成されている４個の光電変換素
子を、信号処理上、１つの画素として扱うことが容易で
ある。また、Ｓ／Ｎ比を改善することが容易になる。さ
らに、比較的明るい動画を表示することが容易になる。

【０１８０】静止画モードの際には、第１の実施例によ
る固体撮像素子１０ａを用いた場合と同様に、第１の繰
返しパターンに含まれる色フィルタそれぞれの下方に形
成されている光電変換素子１５に蓄積された電荷のみを
利用して、画像データが生成される。このときの画像デ
ータの生成は、例えば映像信号処理回路６０内での演算
により、パターン外色フィルタの形成箇所に本来の色の
色フィルタ、すなわち、第１の繰返しパターンに含まれ
る色の色フィルタが形成されているものとして、行われ
る。

【０１８１】図８に示した色フィルタアレイ４５におけ
るパターン外色フィルタの割合は、１０／２５６で約４
％である。静止画の画素数をＳ（ただし、全ての光電変
換素子１５から電荷を読み出すものとする。）、垂直加
算および水平加算して生成する画像データ（動画デー
タ）の１フレーム分の画素数をＶとすると、比Ｖ／Ｓ
は、４／２５６で約１．６％である。１個の加算用色フ
ィルタユニットにおける色フィルタ数は４であるので、
前述した式（Ｉ）におけるＫは４である。したがって、
Ｖ×Ｋ／Ｓは１６／２５６で６．２５％である。すなわ
ち、本実施例の固体撮像素子１０ｂは、前述した式
（Ｉ）を満たす。

【０１８２】次に、固体撮像素子１０に係る第３の実施
例による固体撮像素子について、図１２、図１３および
図１４を用いて説明する。

【０１８３】図１２は、第３の実施例による固体撮像素
子１０ｃを概略的に示す平面図である。同図に示すよう
に、固体撮像素子１０ｃにおいては、多数個の光電変換
素子１５が画素ずらし配置されている。この点で、固体
撮像素子１０ｃは、第１または第２の実施例による固体
撮像素子１０ａ、１０ｂと大きく異なる。

【０１８４】他に下記(1) 〜(9) の点でも、固体撮像素
子１０ｃは固体撮像素子１０ａ、１０ｂと異なる。 (1) 各光電変換素子１５の平面視上の形状がほぼ八角形
である。 (2) 個々の垂直電荷転送チャネル２１が、対応する光電
変換素子列に沿って蛇行しつつ延在する。 (3) 垂直転送電極２２、２３の各々が、対応する光電変
換素子行に沿って蛇行しつつ延在する。 (4) 第１補助転送電極２４の下流側に第２補助転送電極
２５が配設されている。 (5) 個々の読出ゲート２４が、対応する光電変換素子１
５の左上の辺に沿って構成されている。 (6) 動画モードの際に電荷が読み出される光電変換素子
１５ａ₁ 〜１５ａ₄ が、図１２での左下隅の光電変換素
子１５を基準（第１行第１列）にしたときの第９行第７
列、第７行第７列、第９行第９列および第７行第９列に
配置されている。 (7) 第１転送制御電極２６における左端の電荷転送段形
成部２６ａが、左から数えて７番目の垂直電荷転送チャ
ネル２１と電荷転送段を構成し、左から数えて２番目以
降の各電荷転送段形成部２６ａ（図示されていない。）
が、７本おきの垂直電荷転送チャネル２１と電荷転送段
を構成する。 (8) 第２転送制御電極２７における左端の電荷転送段形
成部２７ａが、左から数えて９番目の垂直電荷転送チャ
ネル２１と電荷転送段を構成し、左から数えて２番目以
降の各電荷転送段形成部２７ａ（図示されていない。）
が、７本おきの垂直電荷転送チャネル２１と電荷転送段
を構成する。 (9) 第３転送制御電極２８が２種類の電荷転送段形成部
２８ａ₁ 、２８ａ₂ を有する。

【０１８５】左端の電荷転送段形成部２８ａ₁ は、左か
ら数えて１〜６番目の各垂直電荷転送チャネル２１と電
荷転送段を構成し、左から数えて２番目以降の各電荷転
送段形成部２８ａ₁ は、その左隣の電荷転送段形成部２
８ａ₁ との間に３本の垂直電荷転送チャネル２１を置い
て、５本の垂直電荷転送チャネル２１と電荷転送段を構
成する。

【０１８６】左端の電荷転送段形成部２８ａ₂ は、左か
ら数えて８番目の垂直電荷転送チャネル２１と電荷転送
段を構成し、左から数えて２番目以降の各電荷転送段形
成部２８ａ₂ （図示されていない。）は、その左隣の電
荷転送段形成部２８ａ₂ との間に７本の垂直電荷転送チ
ャネル２１を置いて、１本の垂直電荷転送チャネル２１
と電荷転送段を構成する。

【０１８７】これらの相違点を除けば、図１２に示した
固体撮像素子１０ｃは、図２または図９に示した固体撮
像素子１０ａ、１０ｂと同様の構成を有する。

【０１８８】このため、図１２に示した構成要素のうち
で図２または図９に示した構成要素と共通するものにつ
いては、図２または図９で用いた参照符号と同じ参照符
号を付してその説明を省略する。

【０１８９】本実施例による固体撮像素子１０ｃの特徴
の１つである「画素ずらし配置」とは、奇数番目に当た
る光電変換素子列の各光電変換素子に対し、偶数番目に
当たる光電変換素子列の光電変換素子の各々が、光電変
換素子列内での光電変換素子のピッチの約１／２、列方
向にずれ、奇数番目に当たる光電変換素子行の各光電変
換素子に対し、偶数番目に当たる光電変換素子行の光電
変換素子の各々が、光電変換素子行内での光電変換素子
のピッチの約１／２、行方向にずれ、光電変換素子列の
各々が奇数行または偶数行の光電変換素子のみを含むよ
うな、多数個の光電変換素子の配置を意味する。「画素
ずらし配置」は、複数行、複数列に亘って行列状に形成
された多数個の光電変換素子の一形態である。

【０１９０】「光電変換素子列内での光電変換素子のピ
ッチの約１／２」とは、１／２を含む他に、製造誤差、
設計上もしくはマスク製作上起こる画素位置の丸め誤差
等の要因によって１／２からはずれてはいるものの、得
られる固体撮像装置の性能およびその画像の画質からみ
て実質的に１／２と同等とみなすことができる値をも含
むものとする。「光電変換素子行内での光電変換素子の
ピッチの約１／２」についても同様である。

【０１９１】固体撮像素子１０ｃにおいて新たに配設さ
れた第２補助転送電極２５は、垂直電荷転送チャネル２
１の各々と１つずつ電荷転送段を構成する。これらの電
荷転送段は、それぞれが別個の垂直電荷転送路２０を構
成する。第２補助転送電極２５は、第１ポリシリコン層
によって形成されている。図示を省略した電気的絶縁膜
（熱酸化膜）が、第２補助転送電極２５を覆っている。

【０１９２】上述した構成を有する固体撮像素子１０ｃ
は、静止画モードのときには、第１または第２の実施例
による固体撮像素子１０ａ、１０ｂと同様にインターレ
ース走査の下に駆動される。電荷の垂直加算および水平
加算は行われない。

【０１９３】動画モードのとき、固体撮像素子１０ｃ
は、第１または第２の実施例による固体撮像素子１０
ａ、１０ｂと同様に１／４間引き走査の下に駆動され
る。また、電荷の垂直加算および水平加算が行われる。
動画モードの際の読出パルスＲは、駆動信号φＶ７、φ
Ｖ９に重畳される。

【０１９４】図１３は、動画モードの際の駆動信号φＶ
１〜φＶ１６の波形を示す。

【０１９５】図１３と図３との比較から明らかなよう
に、読出パルスＲが重畳される駆動信号を基準にして駆
動信号同士の波形の相互関係をみると、図１３に示した
駆動信号φＶ１〜φＶ１６の相互関係は、図３に示した
駆動信号φＶ１〜φＶ１６での相互関係と同様である。

【０１９６】固体撮像素子１０ｃにおいては、第１の実
施例による固体撮像素子１０ａと同様にして、各垂直電
荷転送路２０内および水平電荷転送路３０内を電荷が転
送される。垂直電荷転送路２０内で電荷の垂直加算が行
われて、電荷Ｑ１、Ｑ２が生じる。水平電荷転送路３０
内で電荷Ｑ１、Ｑ２の水平加算が行われて、電荷Ｑ４が
生じる。

【０１９７】ただし、水平電荷転送路３０に転送された
電荷Ｑ２は、電荷Ｑ１が水平電荷転送路３０へ転送され
てくる前に、４水平電荷転送段分、下流側に転送され
る。

【０１９８】出力部３５が、垂直加算および水平加算に
よって生じた電荷に基づいて、画像信号（信号電圧）を
出力する。図１に示した映像信号処理回路６０が、この
画像信号（信号電圧）を利用して、動画の画像データを
生成する。

【０１９９】電荷転送段形成部２８ａ₁ 、２８ａ₂ を含
んで構成される電荷転送段の各々に転送された電荷は、
動画の画像データの生成に利用されることなく廃棄され
る。

【０２００】固体撮像素子１０ｃは、第１または第２の
実施例による固体撮像素子１０ａ、１０ｂとは異なる色
フィルタアレイを有している。

【０２０１】図１４は、固体撮像素子１０ｃにおける色
フィルタアレイ２４５の一部を示す。この色フィルタア
レイ２４５では、基本的に、赤色フィルタＲ、緑色フィ
ルタＧおよび青色フィルタＢがハニカム配列に則った第
１の繰返しパターンの下に配列されている。この点で、
色フィルタアレイ２４５は図８に示した色フィルタアレ
イ４５と大きく異なる。ハニカム配列は、ベイヤー配列
を４５°程度回転させた配列に相当する。

【０２０２】また、後述するように、個々の加算用色フ
ィルタユニットＵｇ、Ｕｒ、Ｕｂを構成する各色フィル
タの配設位置および各パターン外色フィルタの配設位置
が、色フィルタアレイ４５と大きく異なる。

【０２０３】これらの点を除けば、色フィルタアレイ２
４５の構成は色フィルタアレイ４５の構成と同様であ
る。このため、図１４においては図８で用いた参照符号
と同じ参照符号を用いて色フィルタアレイ２４５の各構
成要素を示し、共通する構成要素についてはその説明を
省略する。

【０２０４】色フィルタアレイ２４５において加算用色
フィルタユニットを構成する各色フィルタは、色フィル
タアレイ２４５を４５°程度回転させてベイヤー配列に
戻した状態でこれらを８行８列単位で格子状に区切った
ときの各区画における下記(1) および(2) の位置に配設
された色フィルタである。(1) 色フィルタアレイ２４５
を４５°程度回転させてハニカム配列の状態に戻した状
態で各区画をみたときに、光電変換素子行方向に延在す
る対角線上中央部の２箇所。(2) 上記(1) の２箇所それ
ぞれの２行下流側に位置する計２箇所。

【０２０５】各加算用色フィルタユニットＵｇ、Ｕｒ、
Ｕｂは、その色に着目したときに、ハニカム配列に則っ
た第２の繰返しパターンの下に配置されている。

【０２０６】動画モードの際には、各区画において加算
用色フィルタユニットＵｇ、Ｕｒ、Ｕｂを構成する４個
の色フィルタそれぞれの下方の光電変換素子１５ａ₁ 〜
１５ａ₄ （図１２参照）に蓄積された電荷同士が垂直加
算および水平加算されて、前述した１つの電荷Ｑ４とな
る。

【０２０７】図８に示した色フィルタアレイ４５と同様
の理由から、出力部３５で発生した画像信号（信号電
圧）に映像信号処理回路６０（図１参照）で複雑な映像
信号処理を施さなくても、所望の動画用画像データを得
ることができる。個々の加算用色フィルタユニットＵ
ｇ、Ｕｒ、Ｕｂの下に形成されている４個の光電変換素
子を、信号処理上、１つの画素として扱うことが容易で
ある。また、Ｓ／Ｎ比を改善することが容易になる。さ
らに、比較的明るい動画を表示することが容易になる。

【０２０８】静止画モードの際には、第１の実施例によ
る固体撮像素子１０ａを用いた場合と同様に、第１の繰
返しパターンに含まれる色フィルタそれぞれの下方に形
成されている光電変換素子１５に蓄積された電荷のみを
利用して、画像データが生成される。このときの画像デ
ータの生成は、例えば映像信号処理回路６０内での演算
により、パターン外色フィルタの形成箇所に本来の色の
色フィルタ、すなわち、第１の繰返しパターンに含まれ
る色の色フィルタが形成されているものとして、行われ
る。

【０２０９】図１４に示した色フィルタアレイ４５にお
けるパターン外色フィルタの割合は、８／２５６〜１０
／２５６で約３〜４％である。静止画の画素数をＳ（た
だし、全ての光電変換素子１５から電荷を読み出すもの
とする。）、垂直加算および水平加算して生成する画像
データ（動画データ）の１フレーム分の画素数をＶとす
ると、比Ｖ／Ｓは、４／２５６で約１．６％である。１
個の加算用色フィルタユニットにおける色フィルタ数は
４であるので、前述した式（Ｉ）におけるＫは４であ
る。したがって、Ｖ×Ｋ／Ｓは１６／２５６で６．２５
％である。すなわち、本実施例の固体撮像素子１０ｃ
は、前述した式（Ｉ）を満たす。

【０２１０】以上、実施例による固体撮像装置および固
体撮像素子について説明したが、本発明は上述した実施
例に限定されるものではない。種々の変更、改良、組み
合わせ等が可能である。

【０２１１】特に、固体撮像素子内で電荷を垂直加算お
よび水平加算するうえで必要となる電極構成および色フ
ィルタアレイの構成をそれぞれ除いた残りの構成は、種
々変更可能である。

【０２１２】また、固体撮像素子の駆動方法は、その電
極構成に応じて適宜選定可能である。水平電荷転送路を
４相駆動型のＣＣＤによって構成することもできる。

【０２１３】さらに、固体撮像素子内で電荷を垂直加算
および水平加算するうえで必要となる電極構成自体も、
適宜変更可能である。例えば、特願平１１−１６１２４
６号明細書に記載された発明に係る垂直加算および水平
加算を可能にする電極構成を採用することもできる。

【０２１４】勿論、固体撮像素子内での電荷同士の垂直
加算および水平加算は、必須の要件ではない。１つの加
算用色フィルタユニットの下方に形成されている光電変
換素子の各々から読み出された電荷を別々に出力部へ転
送し、これらの電荷に基づいて出力部が発生する画像信
号（信号電圧）同士を映像信号処理回路内で垂直加算お
よび水平加算して１つの信号を得てもよい。映像信号処
理回路内で垂直加算および水平加算を行った場合におい
ても、固体撮像素子内で電荷同士の垂直加算および水平
加算を行った場合と同様の利点が得られる。

【０２１５】色フィルタアレイは、原色型の色フィルタ
アレイであってもよいし、補色型の色フィルタアレイで
あってもよい。ベイヤー配列やハニカム配列は、原色型
の色フィルタアレイにおける色フィルタの配列パターン
の一形態である。

【０２１６】原色型の色フィルタアレイでは、ベイヤー
配列以外に、インターライン型、ＧストライプＲＢ市松
型、ＧストライプＲＢ完全市松型、ストライプ型、斜め
ストライプ型等の配列パターンが知られている。これら
の配列パターンを４５°程度回転させれば、多数個の光
電変換素子が画素ずらし配置された固体撮像素子に適用
することが可能な原色型の色フィルタアレイを得ること
ができる。

【０２１７】補色型の色フィルタアレイでは、フィール
ド色差順次型、フレーム色差順次型、ＭＯＳ型、改良Ｍ
ＯＳ型、フレームインタリーブ型、フィールドインタリ
ーブ型、ストライプ型等の配列パターンが知られてい
る。これらの配列パターンを４５°程度回転させれば、
多数個の光電変換素子が画素ずらし配置された固体撮像
素子に適用することが可能な補色型の色フィルタアレイ
を得ることができる。

【０２１８】パターン外色フィルタの色を何色にするか
は、色フィルタアレイにおける色フィルタの基本的な配
列パターン（第１の繰返しパターン）、色フィルタアレ
イ中での加算用色フィルタユニットの配置パターン（第
２の繰返しパターン）等に応じて適宜選定可能である。
第１の繰返しパターンと第２の繰返しパターンとは、同
じであってもよいし、異なっていてもよい。

【０２１９】加算用色フィルタユニットの配置は、どの
光電変換素子に蓄積された電荷同士を垂直加算および水
平加算して画像データを得るかに応じて、適宜選定され
る。どの光電変換素子に蓄積された電荷同士を垂直加算
および水平加算して画像データを得るかは、適宜選択可
能である。

【０２２０】加算用色フィルタユニットの下の各光電変
換素子に蓄積された電荷同士を垂直加算および水平加算
して生成する画像データは、動画データに限定されるも
のではなく、静止画データであってもよい。例えば、パ
ーソナルコンピュータや携帯用端末に取り込むための静
止画データを、加算用色フィルタユニットの下の各光電
変換素子に蓄積された電荷同士を垂直加算および水平加
算して生成することもできる。

【０２２１】なお、上述した色フィルタアレイは、ＭＯ
Ｓ型固体撮像素子のようにＣＣＤによって構成された電
荷転送路を備えていない固体撮像素子に対しても適用す
ることが可能である。

【０２２２】その他、種々の変更、改良、組み合わせ等
が可能であることは当業者に自明であろう。

【０２２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
複数の光電変換素子を信号処理上１つの画素として扱う
ことが容易になり、複数の電荷同士を垂直加算および水
平加算して容易に画像データを得ることが可能になる。
したがって、例えば固体撮像装置において動画表示の際
の画素数に対する静止画記録の際の画素数の比が大きく
なっても、静止画記録と、比較的明るい動画表示とを行
うことが容易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例による固体撮像装置の概略を示すブロッ
ク図である。

【図２】第１の実施例による固体撮像素子を概略的に示
す平面図である。

【図３】図２に示した固体撮像素子を用いて動画を撮像
する際の駆動信号φＶ１〜φＶ１６の波形を示すタイミ
ングチャートである。

【図４】図２に示した固体撮像素子において垂直電荷転
送路から水平電荷転送路へ電荷が転送される際のポテン
シャル図である。

【図５】図２に示した固体撮像素子において垂直電荷転
送路から水平電荷転送路へ電荷が転送される際の他のポ
テンシャル図である。

【図６】電荷転送段に分布する電荷を排出するための電
荷排出用ドレインとその周辺を概略的に示す平面図であ
る。

【図７】図２に示した固体撮像素子における１個の光電
変換素子とその周辺を概略的に示す断面図である。

【図８】図２に示した固体撮像素子における色フィルタ
アレイの一部を示す概略図である。

【図９】第２の実施例による固体撮像素子を概略的に示
す平面図である。

【図１０】図９に示した固体撮像素子を用いて動画を撮
像する際の駆動信号φＶ１〜φＶ１６の波形を示すタイ
ミングチャートである。

【図１１】図９に示した固体撮像素子における色フィル
タアレイの一部を示す概略図である。

【図１２】第３の実施例による固体撮像素子を概略的に
示す平面図である。

【図１３】図１２に示した固体撮像素子を用いて動画を
撮像する際の駆動信号φＶ１〜φＶ１６の波形を示すタ
イミングチャートである。

【図１４】図１２に示した固体撮像素子における色フィ
ルタアレイの一部を示す概略図である。

【符号の説明】 １０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ…固体撮像素子、 １５
…固体撮像素子、 ２０…垂直電荷転送路、 ２１…垂
直電荷転送チャネル、 ２２、２３…垂直転送電極、
２４…読出ゲート、 ３０…水平電荷転送路、 ３１…
水平電荷転送チャネル、 ３２ａ〜３２ｄ…水平転送電
極、 ３５…出力部、 ４５、１４５、２４５…色フィ
ルタアレイ、 ４８…マイクロレンズアレイ。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｎ 5/335 Ｈ０４Ｎ 5/335 Ｐ Ｈ０１Ｌ 27/14 Ｄ Ｂ Ｆターム(参考） 2H048 BB02 BB07 BB08 BB47 4M118 AA01 AB01 BA08 BA13 CA03 DA03 DB06 FA06 FA13 GC08 GC14 GD03 GD04 GD07 5C024 CX38 CX41 CY11 DX01 GX03 GY04 GZ30 HX28 JX23 5C065 AA01 AA03 BB48 CC01 CC08 DD05 DD07 EE06 EE07 EE14 GG21

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板と、 前記半導体基板の一表面側に複数行、複数列に亘って行
   列状に形成された多数個の光電変換素子と、 １列の光電変換素子列に１本ずつ該光電変換素子列に近
   接して前記半導体基板に形成された複数本の垂直電荷転
   送路と、 前記複数本の垂直電荷転送路の各々に電気的に接続され
   た水平電荷転送路と、 前記水平電荷転送路の一端に電気的に接続された出力部
   と、 前記多数個の光電変換素子それぞれの上方に１個ずつ形
   成された多数個の色フィルタによって構成されるカラー
   撮像用の色フィルタアレイであって、光電変換素子列方
   向および光電変換素子行方向のいずれの方向についても
   基本的に第１の繰返しパターンの下に複数色の色フィル
   タが配列され、電荷の垂直加算および水平加算を行って
   信号処理上１つの画素として扱うことのできる少なくと
   も４個の光電変換素子それぞれの上方に形成された同色
   の色フィルタによって構成される加算用色フィルタユニ
   ットを複数個含み、該複数個の加算用色フィルタユニッ
   トのうちの一部または全部が、個々の色フィルタの色に
   着目したときに前記第１の繰返しパターンから外れて配
   置されたパターン外色フィルタを少なくとも１個含む色
   フィルタアレイとを有する固体撮像素子。
2. 【請求項２】 前記複数個の加算用色フィルタユニット
   が、該加算用色フィルタユニットを構成する前記色フィ
   ルタの色に着目したときに、カラー撮像を可能にする第
   ２の繰返しパターンの下に配置されている請求項１に記
   載の固体撮像素子。
3. 【請求項３】 半導体基板と、前記半導体基板の一表面
   側に複数行、複数列に亘って行列状に形成された多数個
   の光電変換素子と、１列の光電変換素子列に１本ずつ該
   光電変換素子列に近接して前記半導体基板に形成された
   複数本の垂直電荷転送路と、前記複数本の垂直電荷転送
   路の各々に電気的に接続された水平電荷転送路と、前記
   水平電荷転送路の一端に電気的に接続された出力部と、
   前記多数個の光電変換素子それぞれの上方に１個ずつ形
   成された多数個の色フィルタによって構成されるカラー
   撮像用の色フィルタアレイであって、光電変換素子列方
   向および光電変換素子行方向のいずれの方向についても
   基本的に第１の繰返しパターンの下に複数色の色フィル
   タが配列され、電荷の垂直加算および水平加算を行って
   信号処理上１つの画素として扱うことのできる少なくと
   も４個の光電変換素子それぞれの上方に形成された同色
   の色フィルタによって構成される加算用色フィルタユニ
   ットを複数個含み、該複数個の加算用色フィルタユニッ
   トのうちの一部または全部が、個々の色フィルタの色に
   着目したときに前記第１の繰返しパターンから外れて配
   置されたパターン外色フィルタを少なくとも１個含む色
   フィルタアレイとを有する固体撮像素子と、 前記複数本の垂直電荷転送路の各々、前記水平電荷転送
   路および前記出力部を駆動するための駆動信号を生成す
   ることができる駆動回路と、 前記出力部で発生した信号電圧に基づいて画像データを
   生成することができる映像信号処理回路とを備えた固体
   撮像装置。
4. 【請求項４】 前記複数個の加算用色フィルタユニット
   が、該加算用色フィルタユニットを構成する前記色フィ
   ルタの色に着目したときに、カラー撮像を可能にする第
   ２の繰返しパターンの下に配置されている請求項３に記
   載の固体撮像装置。
5. 【請求項５】 一表面側に多数個の光電変換素子が複数
   行、複数列に亘って行列状に形成された半導体基板を用
   意する工程と、 前記多数個の光電変換素子それぞれの上方に１個ずつ配
   置された多数個の色フィルタによって構成されるカラー
   撮像用の色フィルタアレイを形成する工程であって、光
   電変換素子列方向および光電変換素子行方向のいずれの
   方向についても基本的に所定の繰返しパターンの下に複
   数色の色フィルタが配列され、電荷の垂直加算および水
   平加算を行って信号処理上１つの画素として扱うことの
   できる少なくとも４個の光電変換素子それぞれの上方に
   形成された同色の色フィルタによって構成される加算用
   色フィルタユニットを複数個含み、該複数個の加算用色
   フィルタユニットのうちの一部または全部が、個々の色
   フィルタの色に着目したときに前記繰返しパターンから
   外れて配置されたパターン外色フィルタを少なくとも１
   個含む色フィルタアレイを形成する工程とを含む色フィ
   ルタアレイの形成方法。