JP4587450B2

JP4587450B2 - 固体撮像装置

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Publication number: JP4587450B2
Application number: JP2004221783A
Authority: JP
Inventors: 哲生山田
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2004-07-29
Filing date: 2004-07-29
Publication date: 2010-11-24
Anticipated expiration: 2024-07-29
Also published as: JP2006042146A; US20060022117A1; US7465910B2

Description

本発明は、固体撮像装置に関し、特にデジタルスチルカメラ用の固体撮像装置の構造に関する。

近年、デジタルスチルカメラ（以下、ＤＳＣと称す）は、その画素数が増加の一途をたどり、中には、１千万画素以上を有する固体撮像装置を用いたＤＳＣがある。画素数が増加すると、解像度が向上するのは当然であるが、これに伴って種々の問題が発生する。例えば、出力されるデータ量が増加し、１フレーム（画面）の読み出し時間が長くなり、フレームレートが低下する。若しくは、フレームレートの低下を防ぐために高速駆動（高データレート化）が必要になる。また、例えば、画像信号のデータ量の増加は記録すべきデータ量の増加を意味し、記録メディアの大型化を招く。さらに、固体撮像装置のチップサイズを増大させること無く画素数を増加させると必然的に画素サイズが小さくなり、固体撮像装置の最重要性能である感度が低下してしまう。また、適正なフレームレート（例えば、３０ｆｐｓ）で高画質（例えば、ＶＧＡ画質）の動画像を作り出すことが困難になる。

一般的に、ＤＳＣで撮影された画像は、いわゆるＬ版サイズの写真用紙に印刷されるか、或いは、はがきサイズの用紙に印刷される。そのために必要な解像度を実現するための画素数としては、２００万〜３００万程度で十分である。従って、例えば、１千万画素を有する固体撮像装置をフルに稼動させてＬ版サイズの写真を撮影するのは極めて無駄といわざるを得ないばかりか感度の低下や動画の低画質化の犠牲を伴うことがある。

図９は、従来の固体撮像装置８００の概略平面図である。

固体撮像装置８００は、従来の固体撮像装置として最も広く用いられているインターライン型ＣＣＤ（ＩＴＣＣＤ）である。受光領域８０２には、多数の光電変換素子（画素）８１２が正方格子状に配列されている。それぞれの光電変換素子８１２の列間には、光電変換素子８１２で発生した信号電荷を読み出して垂直方向に転送する垂直電荷転送路（ＶＣＣＤ）８１４が、転送電極及び垂直転送チャネルを含んで形成され、光電変換素子１２で生じた信号電荷を垂直方向に転送する。

図中、受光領域８０２の下側にはＶＣＣＤ８１４により転送される電荷を1行ごとに周辺回路８０４に転送する水平電荷転送路（ＨＣＣＤ）８０３が形成される。また、白い矢印で示すライン上の画素行がインターレース走査方式における第１フィールドラインであり、黒い矢印で示すライン上の画素行が第２フィールドラインである。

各画素に対応するカラーフィルタの配列を各画素内に「Ｒ，Ｇ，Ｂ」の文字で示す。ここで、Ｒは赤、Ｇは緑、Ｂは青を示す。この固体撮像装置８００で採用されているカラーフィルタ配列は一般にベイヤ配列と呼ばれ、デジタルスチルカメラ（ＤＳＣ）用のカメラの撮像装置としての固体撮像装置に一般的に用いられている。

ＤＳＣにおいては、その画像情報が電気信号で取り出されるため、連続的にフィールド画像を読み出すことにより、比較的容易に動画を生成することができる。これを利用して、フィルムカメラのファインダに相当する液晶モニタに動画を表示することが一般的に行われている。

被写体の動きをスムーズに表現するには、最低１５ｆｐｓが必要とされる。さらに、ＴＶ画面等に動画を再生して楽しむには、３０ｆｐｓ以上が必要とされる。しかし、前述のごとく、高解像度化のための画素数が多くなると高いフレームレートで信号を読み出すことが困難になる。これを解決するために信号ラインを所定間隔で読み出さない一種のライン間引き動作が行われているが、信号ラインの間引きは折角撮像した信号電荷を捨てることになり、必ずしも効率的な方法とはいえない。そこで、信号ラインを間引くことなく信号を加算することによって、実行画素数を減少させることができれば効率的である。すなわち、加算動作で信号画素数を減少させることにより、１画素あたりの信号量が増加し、結果として高感度化がもたらされる。

図１０は、従来のＩＴＣＣＤ固体撮像装置８００により読み出される信号配列を示す概念図である。

図１０（Ａ）は、第１フィールドの信号配列を示す概念図であり、図１０（Ｂ）は、第２フィールドの信号配列を示す概念図である。第１フィールド及び第２フィールドともに１行おきに同一色の色信号を加算する。その結果、図１０（Ｃ）に示すような、垂直加算後の各フィールドを合成して生成される垂直２画素加算フィールド合成フレームの信号配列が得られる。なお、ＩＴＣＣＤにおける従来の読み出し方法ではカラーの動画再生ができない。何故なら、各フィールドには、ＧとＲ、あるいはＧとＢの２色のカラー信号のみしか含まれないので、１フィールドでＲＧＢのカラー信号を生成することができないからである。フィールド合成後であれば、当然カラー信号を生成することができるので、例えば、画素数を減少させた静止画として利用することはできる。この場合、信号の加算により感度は凡そ２倍になる。

図１０（Ｄ）は、垂直加算後の空間サンプリング重心を表す概念図である。ベイヤ配列によって形成されるＧのサンプリング点は、第１フィールドの垂直加算によって白い矢印の示す位置となり、第２フィールドの垂直加算によって黒い矢印で示す位置となる。図からも明らかなように、垂直加算後のＧ信号のサンプリング重心が等間隔でないことが分かる。また、近接したサンプリング点の空間サンプリング範囲が互いに広い範囲でオーバーラップしているため、サンプリング点の数に対して得られる解像度が低下してしまう。

図１１は、従来の固体撮像装置２００の概略平面図である。

固体撮像装置２００は、多数の光電変換素子２１２及び光電変換素子で発生する信号電荷を垂直方向に転送する垂直電荷転送装置（ＶＣＣＤ）２１４を含む受光領域２０２、ＶＣＣＤ２１４によって転送された信号電荷を水平方向に転送する水平電荷転送装置（ＨＣＣＤ）２０３及び出力アンプ２０４を含んで構成される。

図に示すようなＰＩＡＣＣＤ（ＰｉｘｅｌＩｎｔｅｒｌｅａｖｅｄＡｒｒａｙＣＣＤ）を採用した撮像装置における受光領域２０２は、多数の光電変換素子２１２をいわゆる画素ずらし配置に配置して構成されている。それぞれの光電変換素子２１２の列間には、光電変換素子２１２で発生した信号電荷を読み出して垂直方向に転送する垂直電荷転送装置２１４が、光電変換素子２１２の間隙を垂直方向に蛇行するように設けられている。画素ずらし配置により形成された空隙部に蛇行する転送チャネルが配置され、隣接する転送チャネルは光電変換素子を介して離れたり、チャネルストップ領域（図示せず）を挟んで近接したりする。（例えば、特許文献１及び非特許文献１参照）
垂直電荷転送装置２１４は、図示しない垂直転送チャネルと該垂直転送チャネル上方に、絶縁膜（図示せず）を挟んで形成される転送電極が光電変換素子２１２の間隙を蛇行するように水平方向に形成されている。

図中、画素２１２内の各画素に対応するカラーフィルタの色、例えば、Ｇは緑（グリーン）、Ｂは青（ブルー）そしてＲは赤（レッド）を示す。また、図中、白い矢印で示すライン上の画素行がインターレース走査方式における第１フィールドラインであり、黒い矢印で示すライン上の画素行が第２フィールドラインである。

図に示すようなＰＩＡＣＣＤにおいては、本発明と同一発明者による特許出願２００４−３８２６６号に開示される改良型の加算が可能である。この改良型の加算では、第１フィールドラインの信号を読み出す際には、第１Ｇラインと第２Ｇライン、第５Ｇラインと第６Ｇラインを読み出し、第２フィールドラインの信号を読み出す際には、第３Ｇラインと第４Ｇライン、第７Ｇラインと第８Ｇラインを読み出す。各Ｇラインは、図に示すように、各画素の中心をジグザグ状に連結した実線に沿って形成される。

図１２は、従来の固体撮像装置２００により読み出される信号配列を示す概念図である。

図１２（Ａ）は、第１フィールドの信号配列を示す概念図であり、図１２（Ｂ）は、第２フィールドの信号配列を示す概念図である。各フィールドには、それぞれ垂直方向に隣接するＧラインが存在する。これらの隣接するＧラインを垂直方向に加算する。すなわち、第１フィールドでは、第１Ｇラインと第２Ｇライン、第５Ｇラインと第６Ｇラインを加算し、第２フィールドでは、第３Ｇラインと第４Ｇライン、第７Ｇラインと第８Ｇラインを加算する。その結果、図１２（Ｃ）に示すような、垂直加算後の各フィールドを合成して生成される垂直２画素加算フィールド合成フレームの信号配列が得られる。

図１２（Ｄ）は、垂直加算後の空間サンプリング重心を表す概念図である。本実施例においては、元々垂直方向に隣接するＧライン（Ｇ画素の信号）が加算されるので、フィールド合成後の垂直方向のＧのサンプリング店の重心は、第１フィールドの垂直加算によって白い矢印の示す位置となり、第２フィールドの垂直加算によって黒い矢印で示す位置となる。よって、図１２（Ｄ）に示すように、垂直方向に等間隔に並ぶ。また、各空間サンプリング領域が、互いにオーバーラップしないので、空間サンプリング点の数で決定される最大の解像度を得ることができる。

この改良型加算においても、垂直解像度は半分に減少してしまう。さらに、水平方向の加算に対しても、Ｇの解像度は半分以下に低下してしまう。このことは、Ｒ、Ｂに対しても同様である。

特開平１０−１３６３９１号公報山田哲生他、「A Progressive Scan CCDImager for DSC Applications」、ISSCC Digest of Technical Papers、２０００年２月、ｐ．１１０−１１１

本発明の目的は、非加算時の解像度を犠牲にすることなく、画素信号の加算による水平垂直解像度の低下を最小限にとどめて信号加算を行うことのできる固体撮像装置を提供することである。

本発明の一観点によれば、固体撮像装置は、２次元状に配列される多数の画素と、前記各画素に対応して配列される緑色カラーフィルタと赤色カラーフィルタと青色カラーフィルタとを含むカラーフィルタであって、前記緑色カラーフィルタは、正方或いは直方格子点上に配置され、垂直方向に１ライン置きに、第１、第３、第５、第７の水平ラインを構成し、前記赤色カラーフィルタと青色カラーフィルタは、第１、第３、第５、第７の水平ライン間のそれぞれに、２つ一組の青色カラーフィルタと２つ一組の赤色カラーフィルタとが交互に配列される第２の水平ラインと、前記第２の水平ラインとは異なる順序で、２つ一組の青色カラーフィルタと２つ一組の赤色カラーフィルタとが交互に配列される第４の水平ラインと、前記第２の水平ラインと空間位相が１８０度異なるように２つ一組の青色カラーフィルタと２つ一組の赤色カラーフィルタとが交互に配列される第６の水平ラインと、前記第４の水平ラインと空間位相が１８０度異なるように２つ一組の青色カラーフィルタと２つ一組の赤色カラーフィルタとが交互に配列される第８の水平ラインとを構成するカラーフィルタと、加算の空間的組み合わせを加算後の前記第１、第３、第５、第７の水平ライン間で空間位相が１８０度異なるようにするとともに、加算後の第２及び第４の水平ラインと第６及び第８の水平ラインとの間で空間位相が１８０度異なるように水平方向に隣接する同一色の２画素の信号を加算する水平加算手段とを有する。

本発明の他の観点によれば、固体撮像装置は、２次元状に配列される多数の画素と、前記各画素に対応して配列される緑色カラーフィルタと赤色カラーフィルタと青色カラーフィルタとを含むカラーフィルタであって、前記緑色カラーフィルタ、前記赤色カラーフィルタ、青色カラーフィルタは、交互に水平ラインを構成し、前記赤色カラーフィルタと青色カラーフィルタは、前記緑色カラーフィルタに対して、空間位相が１８０度異なるように配列されるカラーフィルタと、加算の空間的組み合わせを加算後の同一色の水平ライン間で空間位相が１８０度異なるように水平方向に隣接する同一色の２画素の信号を加算する水平加算手段とを有する。

本発明によれば、非加算時の解像度を犠牲にすることなく、画素信号の加算による水平垂直解像度の低下を最小限にとどめて信号加算を行うことのできる固体撮像装置を提供することができる。

図１は、本発明の第１の実施例による固体撮像装置１００の概略平面図である。

固体撮像装置１００は、多数の光電変換素子（画素）１２及び光電変換素子で発生する信号電荷を垂直方向に転送する垂直電荷転送装置（ＶＣＣＤ）１４を含む受光領域２、水平加算用ラインメモリ２０、８相駆動水平転送ＣＣＤ（ＨＣＣＤ）を含む水平加算回路２３及び出力アンプ４を含んで構成される。なお、水平加算用ラインメモリ２０及び水平加算回路２３の構成の詳細は、本発明者の特許出願２０００−２９５８９６号（特開２００２−１１２１１９号公報）の発明の実施の形態の項を参照する。

本発明の各実施例では、水平加算用ラインメモリ２０及び水平加算回路２３からなる水平加算手段を用いて、水平加算を行う。

受光領域２は、多数の光電変換素子１２をいわゆる画素ずらし配置に配置して構成されている。ここで、本明細書でいう「画素ずらし配置」とは、２次元テトラゴナル行列の第１格子と、その格子間位置に格子点を有する２次元テトラゴナル行列の第２格子とを合わせた配置を指す。例えば、奇数列（行）中の各光電変換素子１２に対し、偶数列（行）中の光電変換素子１２の各々が、光電変換素子１２の列（行）方向ピッチの約１／２、列（行）方向にずれ、光電変換素子列（行）の各々が奇数行（列）または偶数行（列）の光電変換素子２のみを含む。「画素ずらし配置」は、多数個の光電変換素子１２を複数行、複数列に亘って行列状に配置する際の一形態である。

なお、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から外れてはいるものの、得られる固体撮像装置１２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。上記の「光電変換素子行内での光電変換素子１２のピッチの約１／２」についても同様である。

それぞれの光電変換素子１２の列間には、光電変換素子１２で発生した信号電荷を読み出して垂直方向に転送する垂直電荷転送装置１４が、光電変換素子１２の間隙を垂直方向に蛇行するように設けられている。画素ずらし配置により形成された空隙部に蛇行する転送チャネルが配置され、隣接する転送チャネルは光電変換素子を介して離れたり、チャネルストップ領域１３（図３）を挟んで近接したりする。

垂直電荷転送装置１４は、図示しない垂直転送チャネルと該垂直転送チャネル上方に、絶縁膜（図示せず）を挟んで形成される転送電極１６（図３）が光電変換素子１２の間隙を蛇行するように水平方向に形成されている。

カラーフィルタは、各光電変換素子１２上に形成され、図中、Ｇは緑（グリーン）、Ｂは青（ブルー）そしてＲは赤（レッド）のカラーフィルタを示す。

本発明の第１及び第２の実施例では、図１１に示す従来の固体撮像装置２００におけるカラーフィルタ配列と異なり、Ｒ画素及びＢ画素がそれぞれ同一色の水平方向に隣接する２画素を一単位として水平及び垂直方向に交互に配列されている。なお、第３の実施例では、Ｇラインを挟んでＲラインとＢラインとが水平方向にストライプ状に配列されている（図４（Ａ）参照）。また、第４の実施例では、図１１に示す従来の固体撮像装置２００におけるカラーフィルタ配列と同様の配列を採用している（図５参照）。

図２は、本発明の第１の実施例による水平画素加算を説明するための図である。図２（Ａ）は、本発明の第１の実施例による水平画素加算の組み合わせを示す受光領域２の概略平面図である。図２（Ｂ）は、加算を行わないときの各色のナイキストリミットを示すグラフであり、図２（Ｃ）は、第１の実施例による水平加算を行ったときの各色のナイキストリミットを示すグラフである。

グリーン（Ｇ）画素は、水平と垂直方向に配列ピッチｐの正方配列を成しているので、画素加算を行わないで全画素の信号を独立して出力する場合の２次元ナイキストリミットは、図２（Ｂ）に示すように、水平垂直方向ともに１／２ｐとなり、水平垂直方向で等しくなる。なお、ＲＧＢの各色における２次元ナイキストリミットは、同一色のフィルターを有する隣接画素間のピッチ（配列ピッチ）ｐの２倍の逆数である。ブルー（Ｂ）画素とレッド（Ｒ）画素の水平方向のラインピッチは、垂直方向に位相が異なるものの、水平方向と同じ配列ピッチｐとなる。従って、画素加算を行わないで全画素の信号を独立して出力する場合の２次元ナイキストリミットは、図２（Ｂ）に示すように、水平垂直方向ともに１／２ｐとなり、水平垂直方向で等しくなる。以上のように、本実施例のカラーフィルタ配列においても、図１１に示す従来のカラーフィルタ配列と同等の解像度を得ることができる。

次ぎに、図２（Ａ）の四角の枠で囲まれた水平方向に隣接する２画素を加算した場合を説明する。なお、図中の黒丸はＧの加算重心を示し、中抜きの丸はＲとＢの加算重心を示す。

第１の実施例では、Ｇの加算重心の位相を偶数ラインと奇数ラインとで１８０度ずらしている。こうする事で、加算後のＧの水平画素ピッチ（サンプリングピッチ）はｐとなり、水平方向のナイキストリミットは非加算時と同等の１／２ｐとなる。垂直方向には、加算を行わないので、２次元ナイキストリミットは、図２（Ｃ）に示すように、水平垂直方向ともに１／２ｐとなり、水平垂直方向で等しくなる。ＲとＢについては、加算により水平方向のサンプリングピッチは２倍の２ｐとなり、その２次元ナイキストリミットは、水平方向に１／４ｐ、垂直方向に１／２ｐとなる。すなわち、ＲとＢは、第１の実施例の水平加算を行うことにより解像度は１／２となる。

以上のように、第１の実施例では、ＲとＢについては、水平加算を行うことにより解像度が１／２となるが、実質的に解像度を決定するＧについては水平加算を行わない時と同等の解像度を保っている。また、２画素加算を行うことにより、信号量が約２倍になるので、実効的感度も２倍となる。

図３は、本発明の第２の実施例による水平画素加算を説明するための図である。図３（Ａ）は、本発明の第２の実施例による水平画素加算の組み合わせを示す受光領域２の概略平面図である。図３（Ｂ）は、加算を行わないときの各色のナイキストリミットを示すグラフであり、図３（Ｃ）は、第２の実施例による水平加算を行ったときの各色のナイキストリミットを示すグラフである。

この第２の実施例においても、カラーフィルタ配列は、第１の実施例と同様であるので、非加算時の２次元ナイキストリミットは、第１の実施例と同等である。

次ぎに、図３（Ａ）の四角の枠で囲まれた水平方向に隣接する２画素を加算した場合を説明する。なお、図中の黒丸はＧの加算重心を示し、中抜きの丸はＲとＢの加算重心を示す。

第２の実施例の第１の実施例との違いは、水平加算時に、ＲとＢの画素配列の空間位相が第１及び第２Ｒ／Ｂラインと第３及び第４Ｒ／Ｂラインとで１８０度ずれていることである。このずれが、ｐであるので、水平加算後のＲとＢの水平方向のサンプリングピッチはｐとなり、図３（Ｃ）に示すような、水平垂直方向ともに１／２ｐの２次元ナイキストリミットを得ることができる。これは、非加算時のナイキストリミットと同等である。よって、第２の実施例による水平加算では、ＲＧＢの全ての色について非加算時と同等の解像度を得ることができる。

以上のように、第２の実施例では、ＲＧＢについて水平加算を行わない時と同等の解像度を保っている。また、２画素加算を行うことにより、信号量が約２倍になるので、実効的感度も２倍となる。

図４は、本発明の第３の実施例の第１の加算方法による水平画素加算を説明するための図である。図４（Ａ）は、本発明の第３の実施例の第１の加算方法による水平画素加算の組み合わせを示す受光領域２の概略平面図である。図４（Ｂ）は、加算を行わないときの各色のナイキストリミットを示すグラフであり、図４（Ｃ）は、第３の実施例の第１の加算方法による水平加算を行ったときの各色のナイキストリミットを示すグラフである。

この第３の実施例では、カラーフィルタが、Ｇラインを挟んでＲラインとＢラインとが水平方向にストライプ状に配列されている。この場合の非加算時の２次元ナイキストリミットは、図４（Ｂ）に示すように、水平方向に１／２ｐ、垂直方向に１／４ｐであり、水平方向の解像度が垂直方向の解像度の２倍となっている。この点に関しては、従来の画素ずらし構造の固体撮像装置に対して、バランス的に劣っているが、例えば、１０００万画素の固体撮像装置を想定した場合、Ｌ版やはがきサイズの一般的な印刷用紙の大きさにおいてその違いを認識するのは困難である。また、特殊な被写体を除けば、Ａ４サイズの印刷でもその違いを認識することは困難である。

次ぎに、図４（Ａ）の四角の枠で囲まれた水平方向に隣接する２画素を加算した場合を説明する。なお、図中の黒丸はＧの加算重心を示し、中抜きの丸はＲとＢの加算重心を示す。

Ｇの加算については、前述した第１及び第２の実施例と同様であり、Ｇの加算重心の位相を偶数ラインと奇数ラインとで１８０度ずらしている。こうする事で、加算後のＧの水平画素ピッチ（サンプリングピッチ）はｐとなり、水平方向のナイキストリミットは非加算時と同等の１／２ｐとなる。

ＲとＢについては、水平方向に隣接する２画素を加算することにより、水平方向の画素数が１／２に減少したのと同等となり、サンプリングピッチも２ｐとなる。従って、ＲとＢの２次元ナイキストリミットは、図４（Ｃ）に示すように、水平垂直ともに１／４ｐとなり、水平解像度と垂直解像度は同等となる。これらの２次元ナイキストリミットはベイヤ配列のものと同等である。

すなわち、本発明の第３の実施例の第２の加算方法によれば、画素ずらし配置の固体撮像装置を用いた２画素加算により、半分の画素数のベイヤ配列の固体撮像装置と同等の画像を得ることが可能である。

図５は、本発明の第３の実施例の第２の加算方法による水平画素加算を説明するための図である。図５（Ａ）は、本発明の第３の実施例の第２の加算方法による水平画素加算の組み合わせを示す受光領域２の概略平面図である。図５（Ｂ）は、加算を行わないときの各色のナイキストリミットを示すグラフであり、図５（Ｃ）は、第３の実施例の第２の加算方法による水平加算を行ったときの各色のナイキストリミットを示すグラフである。

なお、カラーフィルタ配列は図４（Ａ）に示すものと同様なので、加算を行わないときのナイキストリミットは、図４（Ｂ）に示すものと同様である。

この第３の実施例の第２の加算方法においては、ＲとＢの各々の水平加算の組み合わせを空間位相が１８０度ずれるように選択した点が第１の加算方法と異なる。すなわち、第１Ｒラインと第２Ｒラインの加算重心の空間位相は１８０度異なる。また、第１Ｂラインと第２Ｂラインの加算重心の空間位相は１８０度異なる。このような組み合わせで、ＲとＢを水平加算することにより、ＲとＢのそれぞれの水平方向のサンプリングピッチはｐとなり、水平方向のナイキストリミットは１／２ｐとなる。従って、第１の加算方法に比べて、水平加算による解像度の低下を抑えることができる。

なお、第３の実施例の第１の加算方法及び第２の加算方法のいずれにおいても、２画素加算を行うことにより、信号量が約２倍になるので、実効的感度も２倍となる。

図６は、本発明の第４の実施例による水平画素加算の組み合わせを示す受光領域２の概略平面図である。

第４の実施例では、図１１に示す従来の固体撮像装置２００と同様のカラーフィルタ配列において、解像度を決定するＧ画素の水平２画素加算の組み合わせを図に示すように、水平ラインごとに空間位相を１８０度異なるようにする。このような組み合わせを採用することにより、従来のカラーフィルタ配列においても、水平加算後の解像度の劣化を最小限に食い止めることができる。

図７は、本発明の第１の実施例の第１の変形例による画素加算を説明するための図である。図７（Ａ）は、図２（Ａ）に示すカラーフィルタ配列において水平垂直方向に隣接する４画素加算を行う場合の第１の組み合わせを示す受光領域２の概略平面図である。図７（Ｂ）は、第５の実施例による４画素加算を行ったときの各色のナイキストリミットを示すグラフである。

この変形例では、Ｇの加算重心の位相を水平ラインごとに合わせているので、加算後のＧの水平画素ピッチ（サンプリングピッチ）は２ｐとなり、水平方向のナイキストリミットは１／４ｐとなる。また、垂直加算後の垂直サンプリングピッチも２ｐとなり、垂直方向のナイキストリミットも１／４ｐとなる。よって、２次元ナイキストリミットは、図７（Ｂ）に示すように、水平垂直方向ともに１／４ｐとなり、水平垂直方向で等しくなる。

ＲとＢについては、加算により水平方向のサンプリングピッチは２倍の２ｐとなり、垂直方向のサンプリングピッチは、ｐと３ｐの繰り返しとなるが、マクロに見て平均化すれば、２ｐ相当のサンプリングピッチとなる。従って、図７（Ｂ）に示すような２次元ナイキストリミットを近似的に得ることができる。この４画素加算により、ＲＧＢのそれぞれについて、非加算時の解像度の１／２の解像度が得られる。また、４画素加算を行うことにより、信号量が約４倍になるので、実効的感度も４倍となる。

図８は、本発明の第１の実施例の第２の変形例による画素加算を説明するための図である。図８（Ａ）は、図２（Ａ）に示すカラーフィルタ配列において水平垂直方向に隣接する４画素加算を行う場合の第２の組み合わせを示す受光領域２の概略平面図である。図８（Ｂ）は、第５の実施例による４画素加算を行ったときの各色のナイキストリミットを示すグラフである。

この変形例では、第１の変形例と異なり、Ｇの加算重心の位相を偶数ラインと奇数ラインとで１８０度ずらしている。こうする事で、加算後のＧの水平画素ピッチ（サンプリングピッチ）はｐとなり、水平方向のナイキストリミットは非加算時と同等の１／２ｐとなる。その他の組み合わせは、第１の変形例と同様である。このようにすることで、実効的感度を非加算時の４倍にするとともに、解像度を決定するＧの解像度を非加算時と同等に保つことが出来る。

以上、本発明の実施例によれば、水平２画素加算を水平方向に隣接する２画素間で行い、且つ、解像度に主として寄与する画素（例えば、Ｇ画素）の加算をラインごとに空間位相をずらして行うことにより、解像度の劣化を最小限に抑えて、２倍の感度の画像信号を得ることができる。

なお、通常の撮像では、本発明の実施例による加算動作を標準とすることにより、フレームレートを高めた（例えば、連写）信号を取り出すことができ、且つ映像信号を格納する格納メディアの容量を節約することができる。

なお、通常撮影時、又は暗いシーンの撮影時には、画素を加算して感度を高めた画像を出力し、特に解像度を必要とする場合には、加算動作を行わないで、全画素の信号を独立して出力することもできる。

さらに、画素の加算回数を増やすことにより、感度を優先した映像を適宜出力することができる。

なお、実施例ではＣＣＤ型固体撮像装置を例に説明したが、これに限らず、例えば、ＣＭＯＳが他個体撮像装置においても、本発明を適用することができる。

以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

本発明の第１の実施例による固体撮像装置１００の概略平面図である。本発明の第１の実施例による水平画素加算を説明するための図である。本発明の第２の実施例による水平画素加算を説明するための図である。本発明の第３の実施例の第１の加算方法による水平画素加算を説明するための図である。本発明の第３の実施例の第２の加算方法による水平画素加算を説明するための図である。本発明の第４の実施例による水平画素加算の組み合わせを示す受光領域２の概略平面図である。本発明の第１の実施例の第１の変形例による画素加算を説明するための図である。本発明の第１の実施例の第２の変形例による画素加算を説明するための図である。従来の固体撮像装置８００の概略平面図である。従来のＩＴＣＣＤ固体撮像装置８００により読み出される信号配列を示す概念図である。従来の固体撮像装置２００の概略平面図である。従来の固体撮像装置２００により読み出される信号配列を示す概念図である。

符号の説明

２…受光領域、４…周辺回路、１２…光電変換素子、１４…垂直電荷転送装置、２０…ラインメモリ、２３…水平加算回路、１００…固体撮像装置

Claims

２次元状に配列される多数の画素と、
前記各画素に対応して配列される緑色カラーフィルタと赤色カラーフィルタと青色カラーフィルタとを含むカラーフィルタであって、前記緑色カラーフィルタは、正方或いは直方格子点上に配置され、垂直方向に１ライン置きに、第１、第３、第５、第７の水平ラインを構成し、前記赤色カラーフィルタと青色カラーフィルタは、第１、第３、第５、第７の水平ライン間のそれぞれに、２つ一組の青色カラーフィルタと２つ一組の赤色カラーフィルタとが交互に配列される第２の水平ラインと、前記第２の水平ラインとは異なる順序で、２つ一組の青色カラーフィルタと２つ一組の赤色カラーフィルタとが交互に配列される第４の水平ラインと、前記第２の水平ラインと空間位相が１８０度異なるように２つ一組の青色カラーフィルタと２つ一組の赤色カラーフィルタとが交互に配列される第６の水平ラインと、前記第４の水平ラインと空間位相が１８０度異なるように２つ一組の青色カラーフィルタと２つ一組の赤色カラーフィルタとが交互に配列される第８の水平ラインとを構成するカラーフィルタと、
加算の空間的組み合わせを加算後の前記第１、第３、第５、第７の水平ライン間で空間位相が１８０度異なるようにするとともに、加算後の第２及び第４の水平ラインと第６及び第８の水平ラインとの間で空間位相が１８０度異なるように水平方向に隣接する同一色の２画素の信号を加算する水平加算手段と
を有する固体撮像装置。
２次元状に配列される多数の画素と、
前記各画素に対応して配列される緑色カラーフィルタと赤色カラーフィルタと青色カラーフィルタとを含むカラーフィルタであって、前記緑色カラーフィルタ、前記赤色カラーフィルタ、青色カラーフィルタは、交互に水平ラインを構成し、前記赤色カラーフィルタと青色カラーフィルタは、前記緑色カラーフィルタに対して、空間位相が１８０度異なるように配列されるカラーフィルタと、
加算の空間的組み合わせを加算後の同一色の水平ライン間で空間位相が１８０度異なるように水平方向に隣接する同一色の２画素の信号を加算する水平加算手段と
を有する固体撮像装置。