JP4324502B2 - Ｃｃｄ型固体撮像素子及びデジタルカメラ - Google Patents

Description

本発明は、ＣＣＤ型固体撮像素子、及び、この固体撮像素子を搭載したデジタルカメラに関する。

固体撮像素子には、例えば下記特許文献１，２，３に記載されている様に、１画素で赤色（Ｒ），緑色（Ｇ），青色（Ｂ）の３原色を検出するものがある。これは、半導体基板への光侵入距離が、長波長の赤色光が最も深く、短波長の青色光が最も浅く、中間波長の緑色光がその中間であるという物理的性質に鑑み、半導体基板に深さ方向に３つのＰＮ接合（フォトダイオード）を設け、各ＰＮ接合により、入射光量を色毎に検出するというものである。しかし、１画素で３原色を検出する構成では、各色の分光感度特性がブロードになって色分離が難しいという問題がある。

そこで、本出願人が共同出願人の一人になっている特願２００３―６５６１７号では、緑色（Ｇ）を検出する第１画素と、赤色（Ｒ）及び青色（Ｂ）を検出する第２画素の２種類を設け、第２画素に深さ方向に分離する２つのＰＮ接合を設けると共に、第２画素の上に赤色光及び青色光を透過し緑色光を遮断するマゼンタ（Ｍｇ）色のカラーフィルタを積層した固体撮像素子を提案している。

この固体撮像素子は、中間波長の緑色を別の第１画素で検出し、波長の離れた赤色と青色を第２画素で検出する構成のため、色分離性能が高いという利点がある。

特開平１―１３４９６６号公報 米国特許第４６１３８９５号公報 米国特許第５９６５８７５号公報

ＣＣＤ型の固体撮像素子は、半導体基板の表面全面に受光部を設けることはできず、受光部以外に、信号読出回路である垂直転送路を、受光部に重ならない位置に設けなければならない。しかも、垂直転送路は、受光部で光電変換され発生した信号電荷量を転送できるだけの大きさが必要である。しかし、光利用効率を上げるために受光部面積を少しでも広くとり、高画質の画像データを得たいという要望が高い。

そこで、本発明は、緑色を検出する第１画素と赤色及び青色を検出する第２画素とを備える固体撮像素子において、受光部面積を広くとることができるＣＣＤ型固体撮像素子を提供することを目的とし、併せて、高画質のカラー画像を撮像することができるデジタルカメラを提供する。

本発明のＣＣＤ型固体撮像素子は、緑色光を光電変換するフォトダイオードが形成された第１画素の画素列と、赤色光を光電変換するフォトダイオード及び青色光を光電変換するフォトダイオードが形成された第２画素の画素列とが、半導体基板の表面部に交互に配列され、各画素列の間に、前記第１画素用の垂直転送路と前記第２画素用の垂直転送路とが交互に形成されたＣＣＤ型固体撮像素子において、前記第２画素用の垂直転送路の幅を前記第１画素用の垂直転送路の幅より狭くし該第２画素の受光面積を広げると共に、前記第２画素の赤色の信号電荷及び青色の信号電荷の一方または双方を前記第１画素用の垂直転送路に選択的に読み出す読出ゲートを設けたことを特徴とする。

この構成により、通常光源下での発生電荷量が少ない青色信号電荷と赤色信号電荷を読み出し転送する第２画素用垂直転送路の幅を狭めた分だけ第２画素の受光面積を広げたため、第２フィールドで読み出される信号電荷量が熱飽和拡散により減少する割合を小さくすることができる。更に、第２画素に蓄積された信号電荷量が多い場合に、転送容量の小さい第２画素用の垂直転送路ではなく転送容量が大きい第１画素用の垂直転送路で転送でき、転送破綻を無くすことができる。

本発明のＣＣＤ型固体撮像素子は、緑色光を光電変換するフォトダイオードが形成された第１画素の画素列と、赤色光を光電変換するフォトダイオード及び青色光を光電変換するフォトダイオードが形成された第２画素の画素列とが、半導体基板の表面部に交互に配列され、各画素列の間に、前記第１画素用の垂直転送路と前記第２画素用の垂直転送路とが交互に形成されたＣＣＤ型固体撮像素子において、前記第２画素の赤色の信号電荷及び青色の信号電荷の一方または双方を前記第１画素用の垂直転送路に選択的に読み出す読出ゲートを設けたことを特徴とする。

この構成により、赤色信号電荷と青色信号電荷の第２画素からの読み出し順を任意に制御でき、高画質の画像データを得ることができる。

本発明のデジタルカメラは、上記のいずれかに記載のＣＣＤ型固体撮像素子と、該ＣＣＤ型固体撮像素子を駆動制御する制御手段とを備えることを特徴とする。

この構成により、高画質のカラー画像を撮像できるデジタルカメラを提供可能となる。

本発明のデジタルカメラの前記制御手段は、ＩＳＯ感度が所定値を超える場合には、前記第２画素から赤色の信号電荷を第１フィールドで読み出し転送させると共に第２フィールドで前記青色の信号電荷を読み出し転送させ、前記ＩＳＯ感度が前記所定値以下の場合には、前記第２画素から青色の信号電荷を第１フィールドで読み出し転送させると共に第２フィールドで前記赤色の信号電荷を読み出し転送させることを特徴とする。

この構成により、赤色信号の暗電流を減らすことができ、高ＩＳＯ感度モードでの高画質化を図ることができる。

本発明のデジタルカメラの前記制御手段は、主要被写体の構成色を判別し、該判別結果により、前記第２画素から赤色の信号電荷を第１フィールドで読み出し転送させるか第２フィールドで読み出し転送させるかを決定することを特徴とする。

この構成により、主要被写体の暗電流が小さくなり、高画質化を図ることができる。

本発明のデジタルカメラは、前記第２画素の赤色の信号電荷及び青色の信号電荷の一方または双方を前記第１画素用の垂直転送路に選択的に読み出す読出ゲートを設けたＣＣＤ型固体撮像素子と、被写体の色温度を検出し該色温度が設定値以下の場合には前記第２画素の赤色の信号電荷を前記第１画素用の垂直転送路に読み出し転送させ前記色温度が前記設定値を超える場合には前記第２画素の青色の信号電荷を前記第１画素用の垂直転送路に読み出し転送させる制御手段とを備えることを特徴とする。

信号電荷量の多い色を大容量の第１画素用の垂直転送路で転送できるため、第２画素用の垂直転送路を更に狭めて第２画素の受光面積を更に広げることが可能となる。

本発明によれば、色分離性能が優れたＣＣＤ型固体撮像素子を提供できると共に、高画質のカラー画像を撮像できるデジタルカメラを提供できる。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るデジタルスチルカメラの構成図である。この実施形態ではデジタルスチルカメラを例に説明するが、デジタルビデオカメラや携帯電話機等の小型電子機器に搭載されたカメラ等の他の種類のデジタルカメラにも本発明を適用可能である。

図１に示すデジタルスチルカメラは、撮影レンズ１０と、ＣＣＤ型固体撮像素子１１と、この両者の間に設けられた絞り及びメカニカルシャッタ１２と、赤外線カットフィルタ１３と、光学ローパスフィルタ１４とを備える。デジタルスチルカメラの全体を制御するＣＰＵ１５は、フラッシュ用の発光部１６及び受光部１７を制御し、また、レンズ駆動部１８を制御して撮影レンズ１０の位置をフォーカス位置に調整し、絞り及びシッャタ駆動部１９を介し絞りの開口量を制御して露光量が適正露光量となるように調整すると共にメカニカルシャッタの閉タイミングを制御する。

また、ＣＰＵ１５は、撮像素子駆動部２０を介して、固体撮像素子１１を、詳細は後述するようにして駆動し、撮影レンズ１０を通して撮像した被写体画像を色信号として出力させる。また、ＣＰＵ１５には、操作部２１を通してユーザの指示信号が入力され、ＣＰＵ１５はこの指示に従って各種制御を行う。

操作部２１はシャッタボタンを含み、シャッタボタンが半押し状態（スイッチＳ１）になったときにフォーカス調整が為されると共に、詳細は後述するように、固体撮像素子１１の駆動方法が選択され、シャッタボタンが全押し状態（スイッチＳ２）になると、撮像が行われる。

デジタルスチルカメラの電気制御系は、固体撮像素子１１の出力に接続されたアナログ信号処理部２２と、このアナログ信号処理部２２から出力されたＲＧＢの色信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路２３とを備え、これらはＣＰＵ１５によって制御される。

更に、このデジタルスチルカメラの電気制御系は、メインメモリ２４に接続されたメモリ制御部２５と、デジタル信号処理部２６と、撮像画像をＪＰＥＧ画像に圧縮したり圧縮画像を伸張したりする圧縮伸張処理部２７と、測光データを積算してホワイトバランスのゲインを調整させる積算部２８と、着脱自在の記録媒体２９が接続される外部メモリ制御部３０と、カメラ背面等に搭載された液晶表示部３１が接続される表示制御部３２とを備え、これらは、制御バス３３及びデータバス３４によって相互に接続され、ＣＰＵ１５からの指令によって制御される。

本実施形態のＣＰＵ１５は、積算部２８による測光データ（シャッタボタンの全押し前に動画像状態で固体撮像素子１１から取り込んだ画像データ）の積算結果を用いて、例えば色温度を推定したり、この測光データ（画像データ）を解析して、後述の様に、固体撮像素子１１の駆動方法を選択する。

図１に示すデジタル信号処理部２６や、アナログ信号処理部２２，Ａ／Ｄ変換回路２３等は、これを夫々別回路としてデジタルスチルカメラに搭載することもできるが、これらを固体撮像素子１１と同一半導体基板上にＬＳＩ製造技術を用いて製造し、１つの固体撮像装置とすることもできる。

図２は、本実施形態で使用する固体撮像素子１１の表面模式図である。緑色（Ｇ）を検出する第１画素４１を配列した行に対して、赤色（Ｒ）及び青色（Ｂ）を検出する第２画素４２を配列した行を水平方向に１／２画素ピッチづつずらして配置（所謂、ハニカム画素配置）され、各画素から読み出された信号電荷を垂直方向に転送する垂直転送路４３，４４が、垂直方向の各画素４１，４２を避けるように蛇行配置される。垂直転送路４３は、第１画素４１の列の右隣に蛇行配置され、垂直転送路４４は、第２画素４２の列の右隣に蛇行配置される。

尚、本実施形態では、ハニカム画素配置のＣＣＤ型固体撮像素子１１を例に説明するが、正方格子配列のＣＣＤ型固体撮像素子にも本発明を適用可能である。

図３は、図２のIII―III線断面模式図である。ｎ型半導体基板５０の表面部にはＰウェル層５１が形成され、その上部に、第１画素４１を形成する緑色信号電荷蓄積用のｎ領域５２と、垂直転送路４３を形成するｎ領域５３とが設けられ、両者間に、読出ゲートとなるトレンチゲート５４が形成されている。ｎ領域５２の表面部にはｐ型高濃度不純物層５５が形成され、垂直転送路４３の表面部には遮光膜５６が形成される。

Ｐウェル層５１の表面部には、また、深い位置に赤色信号電荷蓄積用のｎ領域５８が形成されると共に、浅い位置に青色信号電荷蓄積用のｎ領域５９が離間して形成され、ｎ領域５９の表面部には、ｐ型高濃度不純物層６０が形成される。これらのｎ領域５８，５９が、第２画素４２を構成する。ｎ領域５８，５９とｎ領域５３とはチャネルストップ６２により分離され、ｎ領域５８，５９の右隣には、各ｎ領域５８，５９から信号電荷を読み出すトレンチゲート６３が形成される。

尚、図２のIII―III線断面位置は、青色の信号電荷を読み出す位置ではないため、図３のｎ領域５９とトレンチゲート６３との間にはチャネルストップ６４が設けられている。青色の信号電荷を読み出すトレンチゲートに隣接するｎ領域５９には、図３に示すチャネルストップ６４は無く（図示省略）、代わりに、トレンチゲート６３とｎ領域５８との間にチャネルストップが設けられる（図示省略）。

図２において、第１画素４１，第２画素４２のトレンチゲート５４，６３の脇に、読み出される信号電荷の色Ｒ，Ｇ，Ｂを記し、何色の信号が読み出されるトレンチゲートであるかを示す。また、以下で、トレンチゲートＴＧ１，ＴＧ２，…，ＴＧ８と述べた場合、同一数字が付けられた垂直転送路Ｖ１，Ｖ２，…，Ｖ８（図２の右端参照）に設けられたトレンチゲートという意味で用いる。

図３において、トレンチゲート６３の右隣には、垂直転送路４４を構成するｎ領域６５が形成され、その表面部には、遮光膜６６が設けられる。そして、第１画素４１の上には、緑色（Ｇ）の入射光を透過しその他の色の光を遮断するＧフィルタ６７が積層され、第２画素４２の上には、赤色（Ｒ）及び青色（Ｂ）の入射光を透過し、緑色（Ｇ）の入射光を遮断するマゼンタ（Ｍｇ）フィルタ６８が積層される。

第１画素４１は縦方向（垂直方向）に連続し、第２画素４２も縦方向（垂直方向）に並ぶため、緑色（Ｇ）フィルタ６７とマゼンタ（Ｍｇ）フィルタ７８とは、縦ストライプ状に形成される。この様にカラーフィルタを縦ストライプ状にすることにより、垂直転送路で転送する信号電荷は全て同一色（例えば垂直転送路４３が緑色信号電荷を転送するときは垂直転送路４３上の信号電荷は全て緑色信号電荷となる。）となり、色混合を避けることができる。

本実施形態では、図３に示すように、緑色の信号電荷を転送する垂直転送路４３の幅に比べて、赤色及び青色の信号電荷を転送する垂直転送路４４の幅を小さくし、代わりに、第２画素４２の受光面積を、第１画素４１の受光面積に比べて広くしている。

これは、太陽光や蛍光灯，電球等の一般的な光源下での撮影では、赤色の信号電荷量や青色の信号電荷量は小さいので、垂直転送路４４の転送容量はさほど必要ないという理由による。また、第２画素４２の受光面積を広くしているため、第２画素４２の青色用と赤色用の２つのフォトダイオードの飽和容量が大きくなり、この第２画素４２から信号電荷を多フィールド読みしたときの熱飽和拡散を補うことができる。

図４は、図２に示す固体撮像素子１１から赤色（Ｒ），緑色（Ｇ），青色（Ｂ）の信号電荷を読み出すタイミングチャートである。本実施形態の固体撮像素子１１では、２フィールド読出が行われる。即ち、メカニカルシャッタ１２が閉じられ、第１垂直同期信号Ｖ１が発生した後、トレンチゲートＴＧ１，ＴＧ５に読出パルスｆ１が印加されると同時に、トレンチゲートＴＧ３，ＴＧ７にも読出パルスｆ２が印加される。

これにより、垂直転送路４３には第１画素４１から緑色の信号電荷が読み出され、垂直転送路４４には第２画素４２から赤色の信号電荷が読み出される。読み出された各信号電荷は、図示しない転送パルスに従って垂直転送路４３，４４を図示しない水平転送路まで垂直方向に転送される。

その後に、第２垂直同期信号Ｖ２が発生すると、トレンチゲートＴＧ２，ＴＧ６に読出パルスｆ３が印加される。これにより、青色の信号電荷が垂直転送路４４に読み出され、図示しない転送パルスに従って水平転送路まで転送される。

この様に、本実施形態によれば、垂直転送路４４を狭くして第２画素４２の受光面積を広げたため、第２画素４２のフォトダイオード飽和容量が大きくなり、第２フィールドで第２画素４２から読み出す信号電荷量が第１フィールド中に熱飽和拡散してもその影響は小さくなる。

（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態に係る固体撮像素子の表面模式図である。第１実施形態のデジタルカメラの構成や各画素の断面構造の基本は本実施形態でも同じであるが、本実施形態では、第２画素４２の各ｎ領域５８，５９の信号電荷を、右隣の狭い垂直転送路４４ばかりでなく、左隣の広い（即ち、転送容量が大きい）垂直転送路４３にも読み出せるようにトレンチゲートを設けた点が異なる。

即ち、図３に示すチャネルストップ６２の箇所にトレンチゲートを設け、赤色または青色の信号電荷を垂直転送路４３のｎ領域５３に読み出すことができるようにしている。即ち、本実施形態の第２画素４２には、１画素に付き４つのトレンチゲートが設けられる。図５の各トレンチゲート脇には、図２と同様に、読み出される信号電荷の色Ｒ，Ｇ，Ｂを記し、何色の信号が読み出されるトレンチゲートであるかを示す。

図６は、図５に示す固体撮像素子１１から赤色（Ｒ），緑色（Ｇ），青色（Ｂ）の信号電荷を読み出すタイミングチャートである。本実施形態の固体撮像素子１１でも、２フィールド読出が行われる。即ち、メカニカルシャッタが閉じられ、第１垂直同期信号Ｖ１が発生した後、トレンチゲートＴＧ１，ＴＧ５に読出パルスｆ１が印加されると同時に、トレンチゲートＴＧ３，ＴＧ７にも読出パルスｆ２が印加される。但し、本実施形態の読出パルスｆ２の電圧は低くしている。

第２画素４２では、深い位置に赤色信号電荷蓄積用ｎ領域５８が設けられ、浅い位置に青色信号電荷蓄積用ｎ領域５９が設けられているため、低い電圧の読出パルスｆ２がトレンチゲートＴＧ３，ＴＧ７に加えられたとき、赤色の信号電荷をｎ領域５８から垂直転送路４３に読み出すことはできず、青色の信号電荷のみが垂直転送路４４に読み出される。

このため、垂直転送路４３は緑色の信号電荷のみを水平転送路まで転送し、垂直転送路４４は青色の信号電荷のみを水平転送路まで転送することになる。その後の第２垂直同期パルスＶ２後にトレンチゲートＴＧ３，ＴＧ７に高い電圧の読出パルスｆ３が印加されると、赤色の信号電荷が垂直転送路４３に読み出され、水平転送路まで転送される。このとき、青色の信号電荷は既に読出パルスｆ２により全てｎ領域５９から読み出され転送された後のため、垂直転送路４４には信号電荷は何も読み出されない。

この様に、本実施形態によれば、赤色（Ｒ）と緑色（Ｇ）と青色（Ｂ）のうちの赤色（Ｒ）と緑色（Ｇ）を幅広の垂直転送路４３で転送し、信号量の少ない青色を幅狭の垂直転送路４４で転送する構成としたため、垂直転送路の容量破綻の虞を更に無くすことができ、従って、垂直転送路４４の幅を狭くして第２画素４２の受光面積を広げることが可能となる。

（第３の実施形態）
図７（ａ），図７（ｂ）は、本発明の第３の実施形態に係るデジタルカメラにおける固体撮像素子１１の駆動タイミングチャートである。デジタルカメラの構成は図１と同様であり、固体撮像素子１１の構成は第２の実施形態の図５と同じである。本実施形態では、固体撮像素子１１の駆動方法として、図７（ａ）の駆動方法あるいは図７（ｂ）の駆動方法のいずれかを選択する構成となっている。

図７（ａ）では、メカニカルシャッタ閉後の第１垂直同期信号Ｖ１後に、トレンチゲートＴＧ１，ＴＧ５に読出パルスｆ１を印加する。これにより、幅広の垂直転送路４３に緑色（Ｇ）の信号電荷が読み出される。この信号電荷を水平転送路まで転送した後の第２垂直同期信号Ｖ２後に、トレンチゲートＴＧ３，ＴＧ７に読出パルスｆ２を印加する。これにより、赤色の信号電荷が幅広の垂直転送路４３に読み出され、青色の信号電荷が幅狭の垂直転送路４４に読み出され、転送される。

図７（ｂ）では、メカニカルシャッタ閉後の第１垂直同期信号Ｖ１後に、トレンチゲートＴＧ１，ＴＧ５に読出パルスｆ１を印加する。これにより、幅広の垂直転送路４３に緑色（Ｇ）の信号電荷が読み出される。この信号電荷を水平転送路まで転送した後の第２垂直同期信号Ｖ２後に、今度は、トレンチゲートＴＧ２，ＴＧ６に読出パルスｆ２を印加する。これにより、図７（ａ）とは逆に、青色の信号電荷が幅広の垂直転送路４３に読み出され、赤色の信号電荷が幅狭の垂直転送路４４に読み出され、転送される。

図８は、本実施形態におけるデジタルカメラのＣＰＵ１５が実行する処理手順を示すフローチャートである。先ず、シャッタボタンが半押し（スイッチＳ１オン）状態になったとき（ステップＳ１）、ＡＥ駆動をスタートさせ（ステップＳ２）、積算部２８の積算結果を解析し（ステップＳ３）、測光データの色温度を推定する（ステップＳ４）。

そして、推定した色温度が設定温度、例えば５０００Ｋより低いか否かを判定する（ステップＳ５）。色温度が低い場合には、赤色の信号電荷量が多いため、赤色の信号電荷を幅広の垂直転送路４３に読み出すべく図７（ａ）の駆動方法を選択する（ステップＳ６）。

推定した色温度が５０００Ｋより高い場合には、青色の信号電荷量が多いため、青色の信号電荷を幅広の垂直転送路４３に読み出すべく図７（ｂ）の駆動方法を選択する（ステップＳ７）。

固体撮像素子１１の駆動方法が選択された後は、シャッタボタンが全押し（スイッチＳ２オン）されるのを待機し（ステップＳ８）、全押しされない場合にはステップＳ１に戻り、全押しされた場合には撮像を行う（ステップＳ９）。そして、選択された駆動方法により信号電荷の読み出しと転送を行い（ステップＳ１０）、固体撮像素子１１から読み出したＲ，Ｇ，Ｂの３原色の画像信号を信号処理して外部メモリに記録し（ステップＳ１１）、ステップＳ１に戻る。

この様に、本実施形態では、画像データ（測光データ）の色温度によって第２画素に蓄積される電荷量の多い信号電荷を幅広すなわち転送容量の大きい垂直転送路に読み出すので、幅狭の垂直転送路４４の幅を更に狭くしても転送破綻を起こすことがなく、第２画素の受光面積を更に広くとることが可能となる。

（第４の実施形態）
図９は、本発明の第４の実施形態に係る固体撮像素子の表面模式図である。第１実施形態のデジタルカメラの構成や各画素の断面構造の基本は本実施形態でも同じであるが、本実施形態では、図５に示す第２画素４２の４つのトレンチゲートのうち、左斜め上のＧのトレンチゲートに対面するトレンチゲートを不要としている点のみ異なる。図９の各トレンチゲート脇には、図２，図５と同様に、読み出される信号電荷の色Ｒ，Ｇ，Ｂを記し、何色の信号が読み出されるトレンチゲートであるかを示す。

図１０（ａ），図１０（ｂ）は、本発明の第４の実施形態に係るデジタルカメラにおける固体撮像素子１１の駆動タイミングチャートである。本実施形態では、固体撮像素子１１の駆動方法として、図１０（ａ）の駆動方法あるいは図１０（ｂ）の駆動方法のいずれかを選択する構成となっている。

図１０（ａ）では、メカニカルシャッタ閉後の第１垂直同期信号Ｖ１後に、トレンチゲートＴＧ１，ＴＧ５に読出パルスｆ１を印加する。これにより、幅広の垂直転送路４３に緑色（Ｇ）の信号電荷が読み出される。これと同時に、トレンチゲートＴＧ２，ＴＧ６に読出パルスｆ２を印加する。これにより、幅狭の垂直転送路４４に赤色の信号電荷が読み出される。

これらの信号電荷が水平転送路まで転送された後の第２垂直同期信号Ｖ２後に、トレンチゲートＴＧ３，ＴＧ７に読出パルスｆ２を印加する。これにより、青色の信号電荷が幅狭の垂直転送路４４に読み出され、転送される。この図１０（ａ）の駆動方法は、第２画素４２から赤色信号電荷を先に読み出すため、Ｒ先読みモードという。

図１０（ｂ）では、メカニカルシャッタ閉後の第１垂直同期信号Ｖ１後に、トレンチゲートＴＧ１，ＴＧ５に読出パルスｆ１を印加する。これにより、幅広の垂直転送路４３に緑色（Ｇ）の信号電荷が読み出される。これと同時に、トレンチゲートＴＧ３，ＴＧ７に低い電圧の読出パルスｆ２を印加する。これにより、浅いｎ領域５９からのみ青色の信号電荷が幅狭の垂直転送路４４に読み出される。

これらの信号電荷が水平転送路まで転送された後の第２垂直同期信号Ｖ２後に、トレンチゲートＴＧ３，ＴＧ７に、今度は高い電圧の読出パルスｆ３を印加する。これにより、深いｎ領域５８から赤色の信号電荷が幅広の垂直転送路４３に読み出され、転送される。この図１０（ｂ）の駆動方法は、第２画素４２から青色信号電荷を先に読み出すため、Ｂ先読みモードという。

図１１は、本実施形態におけるデジタルカメラのＣＰＵ１５が実行する処理手順を示すフローチャートである。スタートすると、先ず、デジタルカメラの設定ＩＳＯ感度が所定ＩＳＯ感度以下、例えば最低ＩＳＯ感度であるか否かを判定する（ステップＳ２１）。最低ＩＳＯ感度でない場合にはステップＳ２２に進み、固体撮像素子１１の駆動方法を図１０（ａ）のＲ先読みモードに設定する。

最低ＩＳＯ感度の場合には、次に、測光データ（画像データ）の積算結果を解析し（ステップＳ２３）、測光データの色温度を推定する（ステップＳ２４）。

そして次に、推定した色温度が設定温度、例えば５０００Ｋより小さいか否かを判定し（ステップＳ２５）、色温度が５０００Ｋ以上の場合にはステップＳ２２に進んでＲ先読みモードに設定し、色温度が５０００Ｋ未満の場合にはステップＳ２６に進んでＢ先読みモード（図１０（ｂ））に設定する。

固体撮像素子１１の駆動方法が設定された後は、シャッタボタンが全押し（Ｓ２オン）されるのを待機し（ステップＳ２７）、全押しされない場合にはスタートに戻り、全押しされた場合には撮像を行う（ステップＳ２８）。そして、選択された駆動方法により信号電荷の読み出しと転送を行い（ステップＳ２９）、固体撮像素子１１から読み出したＲ，Ｇ，Ｂの３原色の画像信号を信号処理して外部メモリに記録し（ステップＳ３０）、スタートに戻る。

本実施形態では、最低ＩＳＯ感度時以外では、赤色信号電荷を先に第１フィールドで読み出すため、赤色信号の暗電流を減らすことができ、高ＩＳＯ感度モードでの高画質化を図ることができる。即ち、高ＩＳＯ感度モードでは信号電荷量は少ないため垂直転送路の容量不足による転送破綻はなく、また、肌色のノイズを減らすには、赤色信号の暗電流を減らすのが効果的である。

（第５の実施形態）
図１２は、本発明の第５の実施形態に係る処理手順を示すフローチャートである。本実施形態は基本的には第４の実施形態と同じであるが、Ｂ先読みモード（図１０（ｂ））とＲ先読みモード（図１０（ａ））の選択基準が異なる。尚、本実施形態では、垂直転送路４３，４４の幅は同一でもよい。

スタートすると、先ず、シャッタボタンが半押し（スイッチＳ１オン）になることを待機し（ステップＳ３１）、スイッチＳ１がオンになると、測光データ（画像データ）を解析し（ステップＳ３２）、画像データ中の主要被写体がどれであるかを解析する（ステップＳ３３）。

次に、主要被写体部分の画像データの積算結果から、Ｒ／Ｇの値が、閾値ＴＨより低いか否かを判定する（ステップＳ３４）。主要被写体のＲ／Ｇが閾値ＴＨより小さい場合には、ステップＳ３５に進んでＢ先読みモード（図１０（ｂ）を選択し、Ｒ／Ｇ≧ＴＨの場合には、ステップＳ３６に進んでＲ先読みモード（図１０（ａ））を選択する。

固体撮像素子１１の駆動方法が選択された後は、シャッタボタンが全押し（Ｓ２オン）されるのを待機し（ステップＳ３７）、全押しされない場合にはスタートに戻り、全押しされた場合には撮像を行う（ステップＳ３８）。そして、選択された駆動方法により信号電荷の読み出しと転送を行い（ステップＳ３９）、固体撮像素子１１から読み出したＲ，Ｇ，Ｂの３原色の画像信号を信号処理して外部メモリに記録し（ステップＳ４０）、スタートに戻る。

本実施形態によれば、スイッチＳ１時のエリア積分情報（主要被写体部分の測光データの積算結果）を用いて主要被写体を構成する色の成分量を判別し、その色を第１フィールドで読み出すため、主要被写体の画像データの暗電流が小さくなり、高画質化を図ることが可能となる。

本発明に係る固体撮像素子は、色分離性能が高く、２フィールド読出を行っても高画質の画像データを得ることができるので、デジタルカメラに搭載すると有用である。

本発明の第１の実施形態に係るデジタルカメラのブロック構成図である。 図１に示す固体撮像素子の表面模式図である。 図２のIII―III線断面模式図である。 図１に示す固体撮像素子の駆動タイミングチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る固体撮像素子の表面模式図である。 図５に示す固体撮像素子の駆動タイミングチャートである。 本発明の第３の実施形態に係る固体撮像素子の２種類の駆動方法を示すタイミングチャートである。 図７に示す２種類の駆動方法を選択切り替えする処理手順を示すフローチャートである。 本発明の第４の実施形態に係る固体撮像素子の表面模式図である。 図９に示す固体撮像素子の２種類の駆動方法を示すタイミングチャートである。 図１０に示す２種類の駆動方法を選択切り替えする処理手順を示すフローチャートである。 本発明の第５の実施形態に係る２種類の駆動方法を選択切り替えする処理手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１１ 固体撮像素子
１２ 絞り及びメカニカルシャッタ
１５ ＣＰＵ
１９ 絞り及びメカニカルシャッタの駆動部
２０ 撮像素子駆動部
２１ 操作部（シャッタボタンを含む）
２８ 積算部
４１ 第１画素（緑色（Ｇ）信号電荷検出用）
４２ 第２画素（赤色（Ｒ）及び青色（Ｂ）の信号電荷検出用）
４３ 幅広の垂直転送路
４４ 幅狭の垂直転送路
５４ 第１画素のトレンチゲート（読出ゲート）
５２ ｎ領域（緑色信号電荷蓄積用）
５３ ｎ領域（垂直転送路４３用）
５８ ｎ領域（赤色信号電荷蓄積用）
５９ ｎ領域（青色信号電荷蓄積用）
６３ 第２画素のトレンチゲート（読出ゲート）
６５ ｎ領域（垂直転送路４４用）
６７ 緑色（Ｇ）フィルタ
６８ マゼンタ（Ｍｇ）フィルタ

Claims (6)

1. 緑色光を光電変換するフォトダイオードが形成された第１画素の画素列と、赤色光を光電変換するフォトダイオード及び青色光を光電変換するフォトダイオードが形成された第２画素の画素列とが、半導体基板の表面部に交互に配列され、各画素列の間に、前記第１画素用の垂直転送路と前記第２画素用の垂直転送路とが交互に形成されたＣＣＤ型固体撮像素子において、前記第２画素用の垂直転送路の幅を前記第１画素用の垂直転送路の幅より狭くし該第２画素の受光面積を広げると共に、前記第２画素の赤色の信号電荷及び青色の信号電荷の一方または双方を前記第１画素用の垂直転送路に選択的に読み出す読出ゲートを設けたことを特徴とするＣＣＤ型固体撮像素子。
2. 緑色光を光電変換するフォトダイオードが形成された第１画素の画素列と、赤色光を光電変換するフォトダイオード及び青色光を光電変換するフォトダイオードが形成された第２画素の画素列とが、半導体基板の表面部に交互に配列され、各画素列の間に、前記第１画素用の垂直転送路と前記第２画素用の垂直転送路とが交互に形成されたＣＣＤ型固体撮像素子において、前記第２画素の赤色の信号電荷及び青色の信号電荷の一方または双方を前記第１画素用の垂直転送路に選択的に読み出す読出ゲートを設けたことを特徴とするＣＣＤ型固体撮像素子。
3. 請求項１または請求項２に記載のＣＣＤ型固体撮像素子と、該ＣＣＤ型固体撮像素子を駆動制御する制御手段とを備えることを特徴とするデジタルカメラ。
4. 前記制御手段は、ＩＳＯ感度が所定値を超える場合には、前記第２画素から赤色の信号電荷を第１フィールドで読み出し転送させると共に第２フィールドで前記青色の信号電荷を読み出し転送させ、前記ＩＳＯ感度が前記所定値以下の場合には、前記第２画素から青色の信号電荷を第１フィールドで読み出し転送させると共に第２フィールドで前記赤色の信号電荷を読み出し転送させることを特徴とする請求項３に記載のデジタルカメラ。
5. 前記制御手段は、主要被写体の構成色を判別し、該判別結果により、前記第２画素から赤色の信号電荷を第１フィールドで読み出し転送させるか第２フィールドで読み出し転送させるかを決定することを特徴とする請求項３に記載のデジタルカメラ。
6. 請求項１または請求項２に記載のＣＣＤ型固体撮像素子と、被写体の色温度を検出し該色温度が設定値以下の場合には前記第２画素の赤色の信号電荷を前記第１画素用の垂直転送路に読み出し転送させ前記色温度が前記設定値を超える場合には前記第２画素の青色の信号電荷を前記第１画素用の垂直転送路に読み出し転送させる制御手段とを備えることを特徴とするデジタルカメラ。

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