JP4351773B2 - 固体撮像装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は固体撮像装置及び電荷転送方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
静止画像用のデジタルスチルカメラでは、該デジタルスチルカメラに備えられた液晶画面に被写体がリアルタイムで表示される。そして、ユーザは、この液晶画面に表示された被写体を見ながら自分の好みの構図を決定し、被写体を撮影する。
【０００３】
このように被写体をリアルタイムで表示するためには、デジタルスチルカメラに備えられた静止画像用の固体撮像素子をビデオ用の固体撮像素子として用いなければならない。そして、これを行うためには、通常のビデオ信号の速度で静止画像用の固体撮像素子から信号を得なければならない。
上述した点について、図１４を参照しながら説明する。図１４は、従来例に係る固体撮像素子の平面図である。図１４において、１０１は光電変換素子であり、それは行方向及び列方向に複数形成されている。光電変換素子１０１に付された記号「Ｇ」、「Ｒ］、及び「Ｂ］は、該光電変換素子１０１上に形成されている色フィルタの色を表すものであり、ぞれぞれグリーン、レッド、そしてブルーを示すものである。図１に示されるように、この色フィルタは、３色ストライプ方式の配列となている。
【０００４】
また、図１４において、１０３は垂直電荷転送路である。光電変換素子１０１に蓄積された電荷は、読み出しゲート部１０２を介して垂直電荷転送路１０３に読み出される。垂直電荷転送路１０３に読み出された電荷は、垂直電荷転送電極（図示せず）に所定の駆動パルスを印加することにより、該垂直電荷転送路１０３の下流に転送される。なお、以下では、列方向に隣接する光電変換素子１０１間にこの垂直電荷転送電極が４つ形成されているものとし、全ての光電変換素子１０１を同時に読み出す全画素読み出しが行われるものとする。
【０００５】
垂直電荷転送路１０３の下流には水平電荷転送路１０４が配設されており、更に該水平電荷転送路１０４の一端部にはアンプ１０５が配設されている。垂直電荷転送路１０３の下流に転送された電荷は、やがて水平電荷転送路１０４に到達する。その後、水平電荷転送路１０４の上部に形成されている水平電荷転送電極（図示せず）に所定の駆動パルスを印加することにより、該水平電荷転送路１０４にある電荷はアンプ１０５に入力され、そこで信号が増幅されて外部に出力される。
【０００６】
次に、このような従来例に係る固体撮像素子から通常のビデオ信号の速度で信号を得るための電荷転送方法方法について、図１５及び図１６を参照しながら説明する。図１５及び図１６は、図１４に示される固体撮像素子の信号電荷を模式的に表す図である。
まず最初のステップでは、図１５（ａ）に示されるように、Ｒ，Ｂ，Ｇそれぞれに対応する光電変換素子１０１に電荷が蓄積される。なお、同図において、「Ｇ_n 」、「Ｒ_n 」、「Ｂ_n 」と示されるものは、ｎライン目におけるＲ，Ｂ，Ｇそれぞれに対応する信号電荷である。
【０００７】
次のステップでは、図１５（ｂ）に示されるように、１ライン目の信号電荷が水平電荷転送路１０４に転送される。
その後のステップでは、図１６に示されるように、１ライン目の信号電荷が水平方向に転送され、アンプ１０５から出力される。この後は、図１５〜図１６に示されるステップが繰り返される
この方法によると、アンプ１０５にｎライン目の信号電荷が出力されてからｎ＋１ライン目の信号電荷がアンプ１０５に出力されるまでの時間は、ｎライン目の信号電荷が水平電荷転送路１０４に転送されてからｎ＋１ライン目の信号電荷が水平電荷転送路１０４に転送されるまでの時間Ｔ₀ に等しい。
【０００８】
そのため、時間間隔Ｔ₀ の間に、アンプ１０５への入力信号中に１ライン分の信号数が含まれることになる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、アンプ１０５に入力される信号の数は、該アンプ１０５の発熱を防ぐためにできるだけ少ない方が良い。そこで、従来は図１７に示される電荷転送方法を行っている。
この方法では、図１７（ａ）に示されるように、図１５（ｂ）に示されるステップの後に水平電荷転送路１０４に更に２ライン目の信号電荷を転送する。そのため、このステップでは、隣接するラインにある信号電荷が水平電荷転送炉１０４において加算されることになる。そして、この加算された信号電荷は、１ライン分の信号電荷の数に等しくなる。
【００１０】
その後のステップでは、図１７（ｂ）に示されるように、この加算された信号電荷がアンプから出力される。
上述した方法によると、水平電荷転送路１０４に２ライン分の信号電荷が転送されてから、１ライン分の信号電荷の数に等しい信号電荷がアンプ１０５に入力される。すなわち、時間間隔２Ｔ₀ の間に、１ライン分の信号電荷の数に等しい信号電荷がアンプ１０５に入力される。従って、時間間隔Ｔ₀ の間にアンプ１０５に入力される信号電荷の数は、１ラインの半分の信号電荷の数となる。
【００１１】
しかしながら、上述した電荷転送方法では、３色ストライプ方式の配列を有するカラーフィルタを備えた固体撮像素子を用いている。そのため、上述した固体撮像素子及び電荷転送方法では、水平方向の解像度が悪化してしまうという問題点がある。
また、解像度を良くするために、３色ストライプ方式に代えてベイヤ配列を用いると、上述したような水平電荷転送路での信号電荷の加算ができなくなってしまう。すなわち、ベイヤ配列の場合、垂直電荷転送路においてＲ、Ｂ、Ｇそれぞれに対応する信号電荷が混ざり合い、混色が発生してしまう。
【００１２】
本発明は係る従来例の問題点に鑑みて創作されたものであり、解像度の低下や混色を起こさずに信号数を減らすことができる固体撮像装置、及び電荷転送方法を提供することを目的とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記した課題は、第１の発明である、行方向及び列方向に所定の配列間隔で半導体基板上に複数形成された光電変換素子と、概略列方向に延びるように前記半導体基板上に形成され、前記複数の光電変換素子から読み出された電荷を列方向に転送する垂直電荷転送路と、前記垂直電荷転送路の下流に配設された水平電荷転送路と、前記水平電荷転送路の上部に形成され、所定の駆動パルスが印加されて該水平電荷転送路にある電荷を水平方向に転送する水平電荷転送電極と、前記光電変換素子に対応するように前記半導体基板の上部に複数形成された色フィルタとを備えた固体撮像装置において、ｎ＋１（ｎは自然数）ライン目の前記色フィルタの配列は、ｎライン目の該色フィルタの配列を２列分だけ行方向にずらしたものであり、前記所定の駆動パルスを制御して前記水平電荷転送路にある電荷を水平方向に２列分だけ転送する制御手段を備え、ｎライン目の信号電荷を前記垂直電荷転送路から前記水平電荷転送路へ転送する第１のステップと、前記水平電荷転送路に転送された前記ｎライン目の信号電荷を２列分だけ水平転送方向に転送する第２のステップと、ｎ＋１ライン目の信号電荷を前記垂直電荷転送路から前記水平電荷転送路に転送し、該水平電荷転送路において前記ｎライン目の信号電荷と前記ｎ＋１ライン目の信号電荷とを加算する第３のステップと、加算された前記ｎライン目の信号電荷と前記ｎ＋１ライン目の信号電荷とを前記水平電荷転送路において前記水平転送方向と反対方向に２列分だけ転送する第４のステップと、 ｎ＋２ライン目の信号電荷を前記垂直電荷転送路から前記水平電荷転送路に転送し、該水平電荷転送路において前記ｎライン目の信号電荷、前記ｎライン目の信号電荷及び前記ｎ＋２ライン目の信号電荷を加算する第５のステップと、加算された前記ｎライン目の信号電荷、前記ｎライン目の信号電荷及び前記ｎ＋２ライン目の信号電荷を前記水平電荷転送路において前記水平転送方向に２列分だけ転送する第６のステップと、ｎ＋３ライン目の信号電荷を前記垂直電荷転送路から前記水平電荷転送路に転送し、該水平電荷転送路において前記ｎライン目の信号電荷、前記ｎライン目の信号電荷、前記ｎ＋２ライン目の信号電荷、及び前記ｎ＋３ライン目の信号電荷を加算する第７のステップと、加算された前記ｎライン目から前記ｎ＋３ライン目までの信号電荷を前記水平電荷転送路から後段に出力するステップとにより電荷転送することを特徴とする固体撮像装置によって解決する。
【００１８】
または、第２の発明である、ｎライン目の前記色フィルタは、Ｇ（グリーン）、Ｒ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）の順に行方向に配列されることを特徴とする第１の発明に記載の固体撮像装置によって解決する。
または、第３の発明である、ｎライン目の前記色フィルタは、Ｇ（グリーン）、Ｙ（イエロー）、Ｇ（グリーン）、Ｃ（シアン）の順に行方向に配列されることを特徴とする第１の発明に記載の固体撮像装置によって解決する。
または、第４の発明である、ｎライン目の前記色フィルタは、Ｃ（シアン）、Ｙ（イエロー）、Ｃ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）の順に行方向に配列されることを特徴とする第１の発明に記載の固体撮像装置によって解決する。
【００１９】
または、第５の発明である、前記水平電荷転送路の後段に、Ｙ（イエロー）、Ｇ（グリーン）、Ｃ（シアン）のそれぞれの信号に対してＲ＝Ｙ−Ｇ、Ｂ＝Ｃ−Ｇなる演算をし、Ｒ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）、Ｇ（グリーン）に対応する信号を出力する出力回路が設けられたことを特徴とする第３の発明に記載の固体撮像装置によって解決する。
または、第６の発明である、前記水平電荷転送路の後段に、Ｙ（イエロー）、Ｃ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）のそれぞれの信号に対してＲ＝（Ｙ＋Ｍ−Ｃ）／２、Ｂ＝（Ｍ＋Ｃ−Ｙ）／２、Ｇ＝（Ｃ＋Ｙ−Ｍ）／２なる演算をし、Ｒ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）、Ｇ（グリーン）に対応する信号を出力する出力回路が設けられたことを特徴とする第４の発明に記載の固体撮像装置によって解決する。
または、第７の発明である、前記複数の光電変換素子の隣接する行同士の距離は、行方向に隣接する前記光電変換素子間の距離の概略１／２であり、前記複数の光電変換素子の隣接する行同士は、行方向に隣接する前記光電変換素子間の距離の概略１／２だけ行方向にずれていることを特徴とする第１の発明から第６の発明のいずれか一に記載の固体撮像装置によって解決する。
【００２０】
【作用】
本発明に係る固体撮像素子によれば、図３に例示するように、ｎ＋１（ｎは自然数）ライン目の前記色フィルタの配列は、ｎライン目の該色フィルタの配列を２列分だけ行方向にずらしたものとなっている。例えば、図中の２ライン目と１ライン目に着目すると、２ライン目の色フィルタの配列は図の左端からＧＢＧＲＧＢＧＲとなっている。これに対し、１ライン目の色フィルタの配列は図の左からＧＲＧＢＧＲＧＢとなっており、これは上述した２ライン目の色フィルタの配列を行方向に２列分だけずらしたものとなっている。
【００２１】
更に、光電変換素子２０４は、隣接する行同士の間隔が行方向に隣接する該光電変換素子２０４の間隔の約１／２になるように配列されている。そして、このように隣接する行同士は、行方向に隣接する光電変換素子２０４の間隔の約１／２だけ行方向にずれている。
そして、水平電荷転送路２０８の上部には、図２に例示するような水平電荷転送電極２０９が形成されている。更に、この水平電荷転送電極２０９には所定の駆動パルスが印加され、該所定の駆動パルスは図１に例示するような制御部２０２により制御される。特に、この制御部２０２は、水平電荷転送路２０８にある電荷を水平方向に２ｍ（ｍは自然数）だけ転送するように駆動パルスを制御するものである。
【００２２】
このような固体撮像装置を用いて、本発明に係る電荷転送方法では次のようなステップを行う。
まず第１のステップでは、図４（ｂ）に例示するように、１ライン目の信号電荷を垂直電荷転送路２０６（図１参照）から水平電荷転送路２０８へ転送する。
そして第２のステップでは、図５（ａ）に例示するように、水平電荷転送路２０８に転送された１ライン目の前記信号電荷を２列分だけ水平転送方向に転送する。
【００２３】
その後、第３のステップでは、図５（ｂ）に例示するように、２ライン目の信号電荷を垂直電荷転送路２０６から水平電荷転送路２０８に転送し、該水平電荷転送路２０８において１ライン目の信号電荷と２ライン目の信号電荷とを加算する。
そして、最後のステップでは、図６に例示するように、加算された１ライン目と２ライン目の信号電荷が水平電荷転送路２０８からアンプ２１０に出力される。
【００２４】
このように、本発明に係る電荷転送方法では、垂直電荷転送路から転送されてきた電荷を水平電荷転送路において加算する。これにより、水平電荷転送路において加算を行わない場合に比べ、本発明に係る電荷転送方法では水平電荷転送路から出力される信号数を減らすことができる。
すなわち、水平電荷転送路からは１ライン分の信号電荷が逐次出力されるのではなく、加算された２ライン分の信号電荷が出力される。そのため、水平転送路から出力される信号数は、該水平電荷転送路において加算を行わない場合に比べて概略１／２にすることができる。
【００２５】
また、本発明で用いる色フィルタの配列は、従来例に係る３色ストライプ方式の配列ではないため、３色ストライプ方式を用いる場合に見られたような水平方向の解像度が悪化してしまうという問題が生じない。
【００２６】
【発明の実施の形態】
（１）本発明の第１の実施の形態に係る固体撮像装置についての説明
図１は、本実施形態に係る固体撮像装置のブロック図である。図１において、２０１は固体撮像素子であり、２０３は固体撮像素子２０１からの出力信号を所定の信号形式に変換して外部に出力する出力回路である。また、２０２は固体撮像素子２０１及び出力回路２０３を制御する制御部である。
【００２７】
図２は、固体撮像素子２０１の詳細な平面図である。図２において、２０４は光電変換素子であり、これはｐｎ接合を有するフォトダイオードから成る。図２に示されるように、この光電変換素子２０４は、列方向及び行方向に複数形成されている。更に、隣接する行同士の間隔は、行方向に隣接する光電変換素子２０４の間隔の約１／２である。そして、この隣接する行同士は、行方向に隣接する光電変換素子２０４の間隔の約１／２だけ行方向にずれている。
【００２８】
なお、光電変換素子２０４に付してある記号「Ｒ」、「Ｂ」、及び「Ｇ」は、該光電変換素子２０４の上部に形成されている色フィルタの色を表すものであり、それぞれレッド、ブルー、グリーンを示すものである。
また、図２において、２０６は垂直電荷転送路であり、これは光電変換素子２０４の間を縫うようにして概略列方向に延びている。なお、この垂直電荷転送路２０６は、ｎ型半導体層を形成して成るものである。
【００２９】
そして、２０５は高濃度ｐ型半導体層から成る素子分離領域であり、この素子分離領域２０５により光電変換素子２０４と垂直電荷転送路２０６とが電気的に分離される。
また、２０７は垂直電荷転送電極であり、これは図２に示されるように行方向に一体化して成り、更に列方向に複数形成されている。そして、２１１は読み出しゲート部であり、垂直電荷転送電極２０７に所定の電圧を印加することにより、光電変換素子２０４に蓄積されている電荷が垂直電荷転送路２０６に読み出される。
【００３０】
図２に示されるように、この垂直電荷転送電極２０７は、列方向に隣接する光電変換素子２０４の間に４つ形成されている。そのため、本実施形態に係る固体撮像素子は、全ての光電変換素子を同時に読み出す全画素読み出しタイプの固体撮像素子である。
また、２０８はｎ型半導体層から成る水平電荷転送路である。この水平電荷転送路２０８の上部には水平電荷転送電極２０８が形成されている。水平電荷転送路２０８にある電荷は、水平電荷転送電極２０８に所定の駆動パルスを印加することにより、水平方向（図２においては右側）に転送される。
【００３１】
そして、水平電荷転送路２０８の一端部には、アンプ２１０が配設されている。水平電荷転送路２０８の一端まで転送された信号電荷はこのアンプ２１０に入力され、増幅される。その後、増幅された信号は、アンプ２１０から出力回路２０３（図１参照）に出力される。
図３は、図２に示される固体撮像装置において、垂直電荷転送電極２０７と水平電荷転送電極２０９とを省略したものである。
【００３２】
図３に示されるように、ｎ＋１ライン目の色フィルタの配列は、ｎライン目の色フィルタの配列を２列分だけ行方向にずらしたものとなている。そのため、ｎ＋１ライン目に蓄積され、Ｇ、Ｂ、及びＲそれぞれに対応する信号電荷も、ｎライン目の信号電荷の配列を２列分だけ行方向にずらしたものとなる。
そして、この色フィルタの配列は、従来用いられている３色ストライプ方式の配列ではない。そのため、本実施形態に係る固体撮像装置に備えられた固体撮像素子は、３色ストライプ方式を用いる場合に見られたような水平方向の解像度が悪化してしまうという問題点が生じない。
【００３３】
（２）本発明の実施の形態に係る電荷転送方法についての説明
（ａ）第２の実施の形態
次に、本発明の第２の実施の形態に係る電荷転送方法について、図４〜図６を参照しながら説明する。
図４〜図６は図３を簡略化し、信号電荷、垂直電荷転送路２０８、及びアンプ２１０のみを示す図である。
【００３４】
そして、これらの図において、「Ｇ_n 」、「Ｒ_n 」、及び「Ｂ_n 」で示される記号は、ｎライン目のＧ、Ｂ、及びＲに対応する信号電荷を表すものである。
本実施形態に係る電荷転送方法では、まず最初に図４（ａ）に示されるように、Ｒ，Ｂ，Ｇそれぞれに対応する光電変換素子２０４に電荷が蓄積される。
次のステップでは、図４（ｂ）に示されるように、１ライン目の信号電荷を水平電荷転送路２０８に転送する。この転送は、垂直電荷転送電極２０７（図２参照）に所定の駆動パルスを印加することにより行われる。
【００３５】
そして、更に次のステップでは、図５（ａ）に示されるように、水平電荷転送路２０８にある１ライン目の信号電荷を、水平転送方向に２列分転送する。ここで、水平転送方向とは、水平電荷転送路２０８からアンプ２１０に向かう方向（図５において右方向）を意味する。そして、この転送は、水平電荷転送電極２０９に印加される駆動パルスを制御部２０２により制御して行われる。
【００３６】
また、次のステップでは、図５（ｂ）に示されるように、２ライン目の信号電荷を水平電荷転送路２０８に転送する。これにより、元々水平電荷転送路２０８にある１ライン目の信号電荷と、新たに転送されてきた２ライン目の信号電荷とが水平電荷転送路２０８において加算されることになる。
ここで、第１の実施の形態の所で説明したように、２ライン目の信号電荷の配列は、１ライン目の信号電荷の配列を行方向に２列分だけずらしたものとなっている。そして、前のステップ（図５（ａ）に示されるステップ）において、１ライン目の信号電荷を水平転送方向に２列分転送してある。そのため、このステップ（図５（ｂ）に示されるステップ）では、１ライン目の信号電荷と２ライン目の信号電荷とが混色を起こさずに加算される。すなわち、１ライン目のＧ₁ 、Ｂ₁ 、及びＲ₁ が、２ライン目のＧ₂ 、Ｂ₂ 、及びＲ₂ にそれぞれ加算される。
【００３７】
そして、最後のステップでは、図６に示されるように、１ライン目と２ライン目とが加算された信号電荷が水平電荷転送路２０８からアンプ２１０に出力されて増幅され、その後該アンプ２１０から出力回路２０３（図１参照）に出力される。なお、水平電荷転送路２０８にある信号電荷のアンプ２１０への出力は、水平電荷転送電極２０９に印加される駆動パルスを制御部２０２により制御して行われる。
【００３８】
このようにしてアンプ２１０により増幅された信号は、出力回路２０３により所定の信号形式に変換されて外部に出力される。この後は、上述した図４〜図６に示されるステップが繰り返される。
なお、図６において、１ライン目の右端から２列分の信号電荷、及び２ライン目の左端から２列分の信号電荷は、必要に応じて捨てるか、又は信号を２倍にして使用する。
【００３９】
ここで、水平電荷転送路２０６からアンプ２１０に出力される信号数について考える。上述した電荷転送方法では、ｎライン目の信号電荷が垂直電荷転送路２０６から水平電荷転送路２０８に転送され、その後ｎ＋１ライン目の信号電荷が垂直電荷転送路２０６から水平電荷転送路２０８に転送されるまでの時間はｎによらず一定であるとし、それをＴ₁ とする。
【００４０】
上述したように、信号電荷は水平電荷転送路２０８に２ライン分の信号電荷が転送され、加算されてからアンプ２１０に出力される。そのため、時間間隔が概略２Ｔ₁ の間に１ライン分の信号電荷に等しい数の信号電荷が水平電荷転送路２０８からアンプ２１０に出力される。換言すると、時間間隔Ｔ₁ の間に１ラインの半分の信号電荷に等しい数の信号電荷が水平電荷転送路２０８からアンプ２１０に出力される。
【００４１】
これにより、本実施形態に係る電荷転送方法では、水平電荷転送路２０８で信号電荷の加算を行わない場合に比べ、アンプ２１０に入力される信号の数を概略半分にすることができる。そのため、入力される信号数が多いことに起因するアンプ２１０の発熱を極力防ぐことができる。
なお、垂直方向への電荷の転送時間について、次のような事も言える。すなわち、アンプ２１０の発熱を防ぐためにアンプ２１０に入力される単位時間当りの信号数の上限を定め、それを１／Ｔ₂ （ライン／ｓｅｃ）とする。すなわち、アンプ２１０に１ライン分の信号が入力される時間に下限を設け、それをＴ₂ とする。
【００４２】
そして、本実施形態において、上のように時間Ｔ₂ の間に１ライン分の信号が水平電荷転送路２０８からアンプ２１０に出力されるようにするには、ｎライン目の信号電荷が水平電荷転送路２０８に転送されてからｎ＋１ライン目の信号電荷が水平電荷転送路２０８に転送されるまでの時間を概略Ｔ₂ ／２にすれば良い。
【００４３】
これに対し、水平電荷転送路２０８で信号の加算を行わない場合は、時間Ｔ₂ の間に１ライン分の信号を水平電荷転送路２０８からアンプ２１０に出力するようにするには、ｎライン目の信号電荷が水平電荷転送路２０８に転送されてからｎ＋１ライン目の信号電荷が水平電荷転送路２０８に転送されるまでの時間をＴ₂ にしなければならない。
【００４４】
すなわち、本実施形態では、水平電荷転送路で信号の加算を行わない場合に比べて垂直方向への電荷の転送時間を概略半分にすることができ、垂直方向への電荷の転送速度を速くすることができる。
（ｂ）第３の実施の形態
次に、本発明の第３の実施の形態に係る電荷転送方法について、図７及び図８を参照しながら説明する。
【００４５】
図７及び図８は図３を簡略化し、信号電荷、垂直電荷転送路２０８、及びアンプ２１０のみを示す図である。
そして、これらの図において、「Ｇ_n 」、「Ｒ_n 」、及び「Ｂ_n 」で示される記号は、ｎライン目のＧ、Ｂ、及びＲに対応する信号電荷を表すものである。
本実施形態に係る電荷転送方法では、第２の実施の形態で説明した図５（ｂ）に示されるステップの後に、図７（ａ）で示されるステップを行う。
【００４６】
図７（ａ）で示されるステップでは、水平電荷転送路２０８で加算された１ライン目の信号電荷と２ライン目の信号電荷とが水平転送方向に２列分だけ転送される。なお、この転送は、水平電荷転送電極２０９に印加される駆動パルスを制御部２０２により制御して行われる。
そして、次のステップでは、図７（ｂ）に示されるように、３ライン目の信号電荷が水平電荷転送路２０８に転送される。この時、水平電荷転送電極２０８には加算された１ライン目の信号電荷と２ライン目の信号電荷があるので、このステップにより１ライン目、２ライン目、及び３ライン目の信号電荷が水平電荷転送路２０８において加算されることになる。
【００４７】
そして、最後のステップでは、図８に示されるように、加算された１ライン目、２ライン目、及び３ライン目の信号電荷が水平電荷転送路２０８からアンプ２１０に出力され、該アンプで増幅された後、出力回路２０３に出力される。なお、水平電荷転送路２０８にある信号電荷のアンプ２１０への出力は、水平電荷転送電極２０９に印加される駆動パルスを制御部２０２により制御して行われる。なお、この後は上述したステップが繰り返される。
【００４８】
ここで、第２の実施の形態と同様に、ｎライン目の信号電荷が垂直電荷転送路２０６から水平電荷転送路２０８に転送され、その後ｎ＋１ライン目の信号電荷が垂直電荷転送路２０６から水平電荷転送路２０８に転送されるまでの時間はｎによらず一定であるとし、それをＴ₁ とする。
この場合、１ライン目から３ライン目までの信号電荷が垂直電荷転送路２０６から水平電荷転送路２０８に転送されるまでの時間は３Ｔ₁ である。そして、１ライン目から３ライン目までの信号電荷が水平電荷転送路２０８に転送され、加算された後、アンプ２１０に１ライン分の信号電荷が入力される。
【００４９】
従って、時間間隔が概略３Ｔ₁ の間に１ライン分の信号電荷に等しい数の信号電荷が水平電荷転送路２０８からアンプ２１０に出力される。換言すると、時間間隔Ｔ₁ の間に１ラインの１／３の信号電荷に等しい数の信号電荷が水平電荷転送路２０８からアンプ２１０に出力される。
これにより、本実施形態に係る電荷転送方法では、水平電荷転送路２０８からアンプ２１０に出力される単位時間当りの信号数を第１の実施の形態に比べて更に減らすことができる。
【００５０】
なお、垂直方向への電荷の転送時間について、次のような事も言える。すなわち、アンプ２１０の発熱を防ぐためにアンプ２１０に入力される単位時間当りの信号数の上限を定め、それを第２の実施の形態と同様に１／Ｔ₂ （ライン／ｓｅｃ）とする。すなわち、アンプ２１０に１ライン分の信号が入力される時間に下限を設け、それをＴ₂ とする。
【００５１】
そして、本実施形態において、上のように時間Ｔ₂ の間に１ライン分の信号が水平電荷転送路２０８からアンプ２１０に出力されるようにするには、ｎライン目の信号電荷が水平電荷転送路２０８に転送されてからｎ＋１ライン目の信号電荷が水平電荷転送路２０８に転送されるまでの時間を概略Ｔ₂ ／３にすれば良い。
【００５２】
これに対し、水平電荷転送路２０８で信号の加算を行わない場合は、時間Ｔ₂ の間に１ライン分の信号を水平電荷転送路２０８からアンプ２１０に出力するようにするには、ｎライン目の信号電荷が水平電荷転送路２０８に転送されてからｎ＋１ライン目の信号電荷が水平電荷転送路２０８に転送されるまでの時間をＴ₂ にしなければならない。
【００５３】
すなわち、本実施形態では、水平電荷転送路で信号の加算を行わない場合に比べて垂直方向への電荷の転送時間を概略１／３にすることができる。そのため、垂直方向への電荷の転送速度を第１の実施の形態に比べて更に速くすることができる。
なお、上述した第２の実施の形態、及び本実施形態を一般化して、次のようにすることができる。
【００５４】
すなわち、最初のステップ（第１のステップ）では、ｎ（ｎは自然数）ライン目の信号電荷を垂直電荷転送路２０６から水平電荷転送路２０８へ転送する。
そして次のステップ（第２のステップ）では、水平電荷転送路２０８に転送されたｎライン目の信号電荷を２ｍ（ｍは自然数）列分だけ水平転送方向に転送する。
【００５５】
更に次のステップ（第３のステップ）では、ｎ＋１ライン目の信号電荷を垂直電荷転送路２０６から水平電荷転送路２０８に転送し、該水平電荷転送路２０８においてｎライン目とｎ＋１ライン目の信号電荷を加算する。
第３のステップの後は、第１のステップから第３のステップまでを所望の回数繰り返し、ｎライン目の信号電荷からｎ＋ｋライン目（ｋは自然数）の信号電荷までを水平電荷転送路２０８において加算する。
【００５６】
更に次のステップ（第４のステップ）では、加算されたｎライン目からｎ＋ｋライン目までの信号電荷を水平電荷転送路２０８からアンプ２１０へ出力する。この後は、第１のステップから第４のステップが繰り返される。
そして、第２の実施の形態は（ｍ、ｋ）＝（１、１）としたものであり、本実施形態は（ｍ、ｋ）＝（１、２）としたものである。
【００５７】
（ｃ）第４の実施の形態
次に、本発明の第４の実施の形態に係る電荷転送方法について、図９〜図１１を参照しながら説明する。
図９、図１０及び図１１は図３を簡略化し、信号電荷、垂直電荷転送路２０８、及びアンプ２１０のみを示す図である。
【００５８】
そして、これらの図において、「Ｇ_n 」、「Ｒ_n 」、及び「Ｂ_n 」で示される記号は、ｎライン目のＧ、Ｂ、及びＲに対応する信号電荷を表すものである。
本実施形態に係る電荷転送方法では、第２の実施の形態で説明した図５（ｂ）に示されるステップの後に、図９（ａ）で示されるステップを行う
図９（ａ）に示されるステップ（第４のステップ）では、水平電荷転送路２０８にある１ライン目及び２ライン目の信号電荷を水平転送方法と反対方向に２列分だけ転送する。ここで、水平電荷転送電極２０９に２相駆動パルスが印加される場合を考えると、信号電荷を水平転送方向と反対方向に転送することができない。従って、水平電荷転送電極２０９には４相駆動パルスを印加するのが望ましい。そして、この４相駆動パルスを制御部２０２で制御することにより、信号電荷が水平電荷転送路２０８において転送される。
【００５９】
次のステップ（第５のステップ）では、図９（ｂ）に示されるように、３ライン目の信号電荷を垂直電荷転送路２０６から水平電荷転送路２０８に転送する。このとき、水平電荷転送路２０８には既に１ライン目及び２ライン目の信号電荷があるため、新しく転送されてきた３ライン目の信号電荷と、この１ライン目及び２ライン目の信号電荷とが水平電荷転送路２０８において加算されることになる。
【００６０】
そして、次のステップ（第６のステップ）では、図１０（ａ）に示されるように、垂直電荷転送路２０８にある１ライン目から３ライン目までの信号電荷を水平転送方向に２列分だけ転送する。この転送は、水平電荷転送電極２０９に印加される４相駆動パルスを制御部２０２で制御することにより行われる。
更に次のステップ（第７のステップ）では、図１０（ｂ）に示されるように、４ライン目の信号電荷を垂直電荷転送路２０６から水平電荷転送路２０８に転送する。このとき、水平電荷転送路２０８には既に１ライン目から３ライン目までの信号電荷があるため、新しく転送された４ライン目の信号電荷と、１ライン目から３ライン目までの信号電荷とが水平電荷転送路２０８において加算されることになる。
【００６１】
そして最後のステップでは、図１１に示されるように、加算された１ライン目から４ライン目までの信号電荷が水平電荷転送路２０８からアンプ２１０に出力されて増幅され、その後出力回路２０３に出力される。なお、水平電荷転送路２０８にある信号電荷のアンプ２１０への入力は、水平電荷転送電極２０９に印加される駆動パルスを制御部２０２により制御して行われる。そして、この後は、上述したステップが繰り返される。
【００６２】
なお、本実施形態における第４のステップと第６のステップにおいては、信号電荷を水平方向に２列分だけ転送する代わりに、水平方向に２ｍ（ｍは自然数）だけ転送しても良い。
ここで、第２の実施の形態と同様に、ｎライン目の信号電荷が垂直電荷転送路２０６から水平電荷転送路２０８に転送され、その後ｎ＋１ライン目の信号電荷が垂直電荷転送路２０６から水平電荷転送路２０８に転送されるまでの時間はｎによらず一定であるとし、それをＴ₁ とする。
【００６３】
この場合、１ライン目から４ライン目までの信号電荷が垂直電荷転送路２０６から水平電荷転送路２０８に転送されるまでの時間は４Ｔ₁ である。そして、１ライン目から４ライン目までの信号電荷が水平電荷転送路２０８に転送され、加算された後、アンプ２１０に１ライン分の信号電荷が入力される。
従って、時間間隔が概略４Ｔ₁ の間に１ライン分の信号電荷に等しい数の信号電荷が水平電荷転送路２０８からアンプ２１０に出力される。換言すると、時間間隔Ｔ₁ の間に１ラインの１／４の信号電荷に等しい数の信号電荷が水平電荷転送路２０８からアンプ２１０に出力される。
【００６４】
これにより、本実施形態に係る電荷転送方法では、水平電荷転送路２０８において信号電荷の加算を行わない場合に比べ、水平電荷転送路２０８からアンプ２１０に出力される単位時間当りの信号数を１／４に減らすことができる。
なお、垂直方向への電荷の転送時間について、次のような事も言える。すなわち、アンプ２１０の発熱を防ぐためにアンプ２１０に入力される単位時間当りの信号数の上限を定め、それを第２の実施の形態と同様に１／Ｔ₂ （ライン／ｓｅｃ）とする。すなわち、アンプ２１０に１ライン分の信号が入力される時間に下限を設け、それをＴ₂ とする。
【００６５】
そして、本実施形態において、上のように時間Ｔ₂ の間に１ライン分の信号が水平電荷転送路２０８からアンプ２１０に出力されるようにするには、ｎライン目の信号電荷が水平電荷転送路２０８に転送されてからｎ＋１ライン目の信号電荷が水平電荷転送路２０８に転送されるまでの時間を概略Ｔ₂ ／４にすれば良い。
【００６６】
これに対し、水平電荷転送路２０８で信号の加算を行わない場合は、時間Ｔ₂ の間に１ライン分の信号を水平電荷転送路２０８からアンプ２１０に出力するようにするには、ｎライン目の信号電荷が水平電荷転送路２０８に転送されてからｎ＋１ライン目の信号電荷が水平電荷転送路２０８に転送されるまでの時間をＴ₂ にしなければならない。
【００６７】
すなわち、本実施形態では、水平電荷転送路で信号の加算を行わない場合に比べて垂直方向への電荷の転送時間を概略１／４にすることができる。そのため、垂直方向への電荷の転送速度を第１〜第３の実施の形態に比べて更に速くすることができる。
（ｄ）第５の実施の形態
次に、本発明の第５の実施の形態に係る電荷転送方法について、図１２及び図１３を参照しながら説明する。
【００６８】
上述した本発明の第１〜第４の実施の形態においては、色フィルタとして原色フィルタ、すなわちＲ（レッド）、Ｂ（ブルー）、及びＧ（グリーン）を用いた。このような原色フィルタに代えて補色フィルタ、すなわちＣ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）、Ｙ（イエロー）を用いても、本発明の第１〜第４の実施の形態と同様の作用、及び効果を奏することができる。
【００６９】
このような補色フィルタを用いた場合のフィルタ配列の例を、図１２及び図１３に示す。なお、図１２及び図１３において、第１〜第４の実施の形態において説明した部材には、そこで説明したのと同様の参照符号を付し、その説明を省略する。
図１２は、図２に示される固体撮像素子において、Ｒ（レッド）フィルタをＹ（イエロー）フィルタに置き換え、Ｂ（ブルー）フィルタをＣ（シアン）フィルタに置き換えたものである。
【００７０】
このようなフィルタ配列の場合、Ｃ、Ｇ、及びＹのそれぞれの色に対応する信号電荷が水平電荷転送路２０８において加算される。このように信号電荷を加算することにより信号数を減らすことができる点、及び垂直方向への電荷の転送速度を速くすることができる点については、第１〜第４の実施の形態で説明した通りである。
【００７１】
水平電荷転送路２０８において加算された後、信号電荷はアンプ２１０に入力されて増幅され、出力回路２０３（図１参照）に出力される。出力回路２０２に入力されたＣ、Ｇ、及びＹそれぞれに対応する信号は、該出力回路２０２において原色信号に変換され、外部に出力される。すなわち、Ｒ＝Ｙ−Ｇ、Ｂ＝Ｃ−Ｇなる演算が出力回路２０２において行われた後、Ｒ、Ｂ、及びＧに対応する信号が出力回路２０２から出力される。
【００７２】
図１３は、補色フィルタを用いた場合の他の例を示す図である。図１３は、図２に示される固体撮像素子において、Ｇ（グリーン）をＣ（シアン）、Ｒ（レッド）をＹ（イエロー）、そしてＢ（ブルー）をＭ（マゼンタ）にそれぞれ置き換えたものである。
そして、このようなフィルタ配列の場合、Ｙ、Ｍ、及びＣのそれぞれの色に対応する信号電荷が水平電荷転送路２０８において加算される。このように信号電荷を加算することにより信号数を減らすことができる点、及び垂直方向への電荷の転送速度を速くすることができる点については、第１〜第４の実施の形態で説明した通りである。
【００７３】
水平電荷転送路２０８において加算された後、信号電荷はアンプ２１０に入力されて増幅され、出力回路２０３（図１参照）に出力される。出力回路２０２に入力されたＹ、Ｍ、及びＣそれぞれに対応する信号は、該出力回路２０２において原色信号に変換され、外部に出力される。すなわち、Ｒ＝（Ｙ＋Ｍ−Ｃ）／２、Ｂ＝（Ｍ＋Ｃ−Ｙ）／２、Ｇ＝（Ｃ＋Ｙ−Ｍ）／２なる演算が出力回路２０２において行われた後Ｒ、Ｂ、及びＧに対応する信号が出力回路２０２から出力される。
【００７４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る固体撮像装置及び電荷転送方法では、複数のラインに対応する信号電荷を水平電荷転送路において加算する。そして、このように加算された信号電荷が水平電荷転送路から後段に出力される。すなわち、水平電荷転送路からは加算後の信号電荷が出力される。
【００７５】
そのため、水平電荷転送路において加算を行わない場合に比べ、該水平電荷転送路から出力される信号電荷の数を減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る固体撮像装置のブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る固体撮像装置に備えられた固体撮像素子の平面図である。
【図３】図２に示される固体撮像素子の垂直電荷転送電極と水平電荷転送電極とを省略した図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る電荷転送方法を説明するための図（その１）である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る電荷転送方法を説明するための図（その２）である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る電荷転送方法を説明するための図（その３）である。
【図７】本発明の第３の実施の形態に係る電荷転送方法を説明するための図（その１）である。
【図８】本発明の第３の実施の形態に係る電荷転送方法を説明するための図（その２）である。
【図９】本発明の第４の実施の形態に係る電荷転送方法を説明するための図（その１）である。
【図１０】本発明の第４の実施の形態に係る電荷転送方法を説明するための図（その２）である。
【図１１】本発明の第４の実施の形態に係る電荷転送方法を説明するための図（その３）である。
【図１２】本発明の第５の実施の形態に係る電荷転送方法に用いられる補色フィルタの配列の例を示す図である。
【図１３】本発明の第５の実施の形態に係る電荷転送方法に用いられる補色フィルタの配列の他の例を示す図である。
【図１４】従来例に係る固体撮像素子の平面図である。
【図１５】図１４に示される従来例に係る固体撮像素子の信号電荷を模式的に表す図（その１）である。
【図１６】図１４に示される従来例に係る固体撮像素子の信号電荷を模式的に表す図（その２）である。
【図１７】従来例に係る電荷転送方法について説明するための図である。
【符号の説明】
１０１、２０４・・・・・光電変換素子、
１０２、２１１・・・・・読み出しゲート部、
１０３、２０６・・・・・垂直電荷転送路、
１０４、２０８・・・・・水平電荷転送路、
１０５、２１０・・・・・アンプ、
２０１・・・・・固体撮像素子、
２０２・・・・・制御部、
２０３・・・・・出力回路、
２０７・・・・・垂直電荷転送電極、
２０９・・・・・水平電荷転送電極。

Claims (7)

1. 行方向及び列方向に所定の配列間隔で半導体基板上に複数形成された光電変換素子と、
   概略列方向に延びるように前記半導体基板上に形成され、前記複数の光電変換素子から読み出された電荷を列方向に転送する垂直電荷転送路と、
   前記垂直電荷転送路の下流に配設された水平電荷転送路と、
   前記水平電荷転送路の上部に形成され、所定の駆動パルスが印加されて該水平電荷転送路にある電荷を水平方向に転送する水平電荷転送電極と、
   前記光電変換素子に対応するように前記半導体基板の上部に複数形成された色フィルタとを備えた固体撮像装置において、
   ｎ＋１（ｎは自然数）ライン目の前記色フィルタの配列は、ｎライン目の該色フィルタの配列を２列分だけ行方向にずらしたものであり、
   前記所定の駆動パルスを制御して前記水平電荷転送路にある電荷を水平方向に２列分だけ転送する制御手段を備え、
   ｎライン目の信号電荷を前記垂直電荷転送路から前記水平電荷転送路へ転送する第１のステップと、
   前記水平電荷転送路に転送された前記ｎライン目の信号電荷を２列分だけ水平転送方向に転送する第２のステップと、
   ｎ＋１ライン目の信号電荷を前記垂直電荷転送路から前記水平電荷転送路に転送し、該水平電荷転送路において前記ｎライン目の信号電荷と前記ｎ＋１ライン目の信号電荷とを加算する第３のステップと、
   加算された前記ｎライン目の信号電荷と前記ｎ＋１ライン目の信号電荷とを前記水平電荷転送路において前記水平転送方向と反対方向に２列分だけ転送する第４のステップと、
   ｎ＋２ライン目の信号電荷を前記垂直電荷転送路から前記水平電荷転送路に転送し、該水平電荷転送路において前記ｎライン目の信号電荷、前記ｎライン目の信号電荷及び前記ｎ＋２ライン目の信号電荷を加算する第５のステップと、
   加算された前記ｎライン目の信号電荷、前記ｎライン目の信号電荷及び前記ｎ＋２ライン目の信号電荷を前記水平電荷転送路において前記水平転送方向に２列分だけ転送する第６のステップと、
   ｎ＋３ライン目の信号電荷を前記垂直電荷転送路から前記水平電荷転送路に転送し、該水平電荷転送路において前記ｎライン目の信号電荷、前記ｎライン目の信号電荷、前記ｎ＋２ライン目の信号電荷、及び前記ｎ＋３ライン目の信号電荷を加算する第７のステップと、
   加算された前記ｎライン目から前記ｎ＋３ライン目までの信号電荷を前記水平電荷転送路から後段に出力するステップとにより電荷転送することを特徴とする固体撮像装置。
2. ｎライン目の前記色フィルタは、Ｇ（グリーン）、Ｒ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）の順に行方向に配列されることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
3. ｎライン目の前記色フィルタは、Ｇ（グリーン）、Ｙ（イエロー）、Ｇ（グリーン）、Ｃ（シアン）の順に行方向に配列されることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
4. ｎライン目の前記色フィルタは、Ｃ（シアン）、Ｙ（イエロー）、Ｃ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）の順に行方向に配列されることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
5. 前記水平電荷転送路の後段に、Ｙ（イエロー）、Ｇ（グリーン）、Ｃ（シアン）のそれぞれの信号に対してＲ＝Ｙ−Ｇ、Ｂ＝Ｃ−Ｇなる演算をし、Ｒ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）、Ｇ（グリーン）に対応する信号を出力する出力回路が設けられたことを特徴とする請求項３に記載の固体撮像装置。
6. 前記水平電荷転送路の後段に、Ｙ（イエロー）、Ｃ（シアン）、Ｍ（マゼンタ）のそれぞれの信号に対してＲ＝（Ｙ＋Ｍ−Ｃ）／２、Ｂ＝（Ｍ＋Ｃ−Ｙ）／２、Ｇ＝（Ｃ＋Ｙ−Ｍ）／２なる演算をし、Ｒ（レッド）、Ｇ（グリーン）、Ｂ（ブルー）、Ｇ（グリーン）に対応する信号を出力する出力回路が設けられたことを特徴とする請求項４に記載の固体撮像装置。
7. 前記複数の光電変換素子の隣接する行同士の距離は、行方向に隣接する前記光電変換素子間の距離の概略１／２であり、
   前記複数の光電変換素子の隣接する行同士は、行方向に隣接する前記光電変換素子間の距離の概略１／２だけ行方向にずれていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一に記載の固体撮像装置。

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