JP6594493B2 - 固体撮像装置およびカメラ - Google Patents

Description

本発明は、固体撮像装置およびカメラに関する。

生体は、波長が８００ｎｍ〜１０００ｎｍの赤外光に対して透過性を有する。赤外光によって励起されて赤外域の蛍光を発する薬剤を体内に注入し、体外よりその蛍光を検出することで可視化する技術が注目されている。赤外域に感度を有するモノクロ撮像装置によって体内からの赤外域の蛍光を撮影することは可能となる。加えて、色情報も同時に出力し、可視光画像と赤外光画像を同時にモニタすることが求められている。可視光撮像装置および赤外光撮像装置を用いて撮影を行い、それらによって得られる画像を重ね合わせるという方式が考えられるが、小型化・ローコスト化には難点がある。単一の撮像装置で可視光画像および赤外光画像を取得することが求められている。

特許文献１には、赤色、緑色および青色の画素からなるカラーフレームと、これらの画素で赤外線を検出して得られる深さフレームとを交互に出力するイメージング装置が開示されている。

特開２０１０−３５１６８号公報

特許文献１に記載されたイメージング装置では、１つの信号を得るために４つの画素で赤外線を検出するので赤外線に対する感度を高めることができる。しかしながら、特許文献１に記載されたイメージング装置において、該４つの画素は、赤色、緑色および青色の信号を取得する画素でもあるので、赤外線の信号に対して可視光のノイズが混入する。

本発明は、可視光および赤外光を検出可能な固体撮像装置において赤外光を高いＳＮ比で検出するために有利な技術を提供することを目的とする。

本発明の１つの側面は、複数の第１画素と、複数の第２画素とを有する固体撮像装置に係り、前記固体撮像装置は、前記複数の第１画素の各々は、赤外光の透過率よりも可視光の透過率のほうが高い第１フィルタと、前記第１フィルタを透過した可視光を受ける第１光電変換部とを有し、前記複数の第２画素の各々は、可視光の透過率よりも赤外光の透過率のほうが高い第２フィルタと、前記第２フィルタを透過した赤外光を受ける第２光電変換部とを有し、前記複数の第１画素は、それぞれが少なくとも２つの第１画素を含む複数の第１グループに分けられていて、前記複数の第２画素は、それぞれが少なくとも２つの第２画素を含む複数の第２グループに分けられていて、前記固体撮像装置は、前記複数の第１グループにそれぞれ対応する複数の第１合成部と、前記複数の第２グループにそれぞれ対応する複数の第２合成部と、を備え、前記複数の第１合成部の各々は、前記複数の第１グループのうち対応する第１グループに含まれる前記少なくとも２つの第１画素の信号から第１信号を合成し、前記複数の第２合成部の各々は、前記複数の第２グループのうち対応する第２グループに含まれる前記少なくとも２つの第２画素の信号から第２信号を合成し、前記第２信号を合成するために使われる、各第２グループの前記少なくとも２つの第２画素の数は、前記第１信号を合成するために使われる、各第１グループの前記少なくとも２つの第１画素の数より多い。

本発明によれば、可視光および赤外光を検出可能な固体撮像装置において赤外光を高いＳＮ比で検出するために有利な技術が提供される。

本発明の第１実施形態の固体撮像装置の画素アレイの構成を示す図。 本発明の第１実施形態の固体撮像装置の回路構成を示す図。 本発明の第１実施形態の固体撮像装置の合成モードにおける動作を例示するタイミングチャート。 本発明の第２実施形態の固体撮像装置の画素アレイの構成を示す図。 本発明の第３実施形態の固体撮像装置の画素アレイの構成を示す図。 本発明の第４実施形態の固体撮像装置の画素アレイの構成を示す図。 本発明の第５実施形態の固体撮像装置の画素アレイの構成を示す図。 本発明の１つの実施形態のカメラの構成を示す図。 本発明の第６実施形態の固体撮像装置の画素アレイの構成を示す図。

図１には、本発明の第１実施形態の固体撮像装置１０００の画素アレイＰＡの構成が示されている。なお、図１では、簡単化のために４行４列を構成するように配列された画素１００が示されているが、実際には、より多くの行および列を構成するように、より多くの画素１００が配列される。画素アレイＰＡの複数の画素１００は、可視光を検出する第１画素としてＲ画素、Ｇ画素およびＢ画素を含み、赤外光を検出する第２画素としてＩＲ画素を含む。

Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素、ＩＲ画素は、図１および他の図面において、”Ｒ”、”Ｇ”、”Ｂ”、”ＩＲ”として示されている。第１画素としてのＲ画素、Ｇ画素、Ｂ画素は、赤外光を遮断し可視光を透過させる第１フィルタと、該第１フィルタを透過した可視光を検出する第１光電変換部とを有する。他の実施形態では、第１フィルタは赤外光の一部を透過させてもよい。第１フィルタに入射する可視光の透過率が、第１フィルタに入射する赤外光の透過率よりも高ければよい。透過率は、あるフィルタに入射する光の量に対する、当該フィルタを透過した光の量の比である。第２画素としてのＩＲ画素は、可視光を遮断し赤外光を透過させる第２フィルタと、該第２フィルタを透過した赤外光を検出する第２光電変換部とを有する。他の実施形態では、第２フィルタは可視光の一部を透過させてもよい。第２フィルタに入射する赤外光の透過率が、第２フィルタに入射する可視光の透過率よりも高ければよい。

ここで、第１画素としてのＲ画素、Ｇ画素、Ｂ画素は、相互に異なる第１フィルタを有する。具体的には、Ｒ画素は、第１フィルタとして、赤色の波長の光を選択的に透過するカラーフィルタを有する。Ｇ画素は、第１フィルタとして、緑色の波長の光を選択的に透過するカラーフィルタを有する。Ｂ画素は、第１フィルタとして、青色の波長の光を選択的に透過するカラーフィルタを有する。このような構成により、Ｒ画素、Ｇ画素およびＢ画素の信号への赤外光成分の混入を低減し、また、ＩＲ画素への可視光成分の混入を低減することができる。

ＩＲ画素は、例えば、ベイヤー配列の最小単位、即ち、１つのＲ画素、１つのＢ画素および２つのＧ画素からなる単位における１つのＧ画素の代わりに配置されうる。このような仕様においては、画素アレイＰＡは、第１画素および第２画素が交互に配置された行と、第１画素のみが配置された行とを有する。画素アレイＰＡを構成する複数の第２画素としての複数のＩＲ画素は、複数のグループＧ１、Ｇ２・・・に分けられている。複数のグループＧ１、Ｇ２のそれぞれは、少なくとも２つの第２画素（ＩＲ画素）を含む。典型的には、複数のグループＧ１、Ｇ２のそれぞれは、同一の個数の第２画素（ＩＲ画素）で構成される。

固体撮像装置１０００は、各グループについて１つの信号が出力されるように、各グループに含まれる少なくとも２つの第２画素（ＩＲ画素）の信号から１つの信号を合成する合成部ＳＷを備えている。図１に示す例では、グループＧ１のための合成部ＳＷは、グループＧ１について１つの信号が出力されるように、グループＧ１を構成する２つの第２画素（ＩＲ画素）の信号から１つの信号を合成する。また、グループＧ２のための合成部ＳＷは、グループＧ２について１つの信号が出力されるように、グループＧ２を構成する２つの第２画素（ＩＲ画素）の信号から１つの信号を合成する。

各グループを構成する少なくとも２つの第２画素（ＩＲ画素）は、第１画素を挟むように同一行に配置されうる。図１に示す例では、グループＧ１を構成する２つの第２画素（ＩＲ画素）は、第１画素（Ｂ画素）を挟むように同一行に配置され、同様に、グループＧ２を構成する２つの第２画素（ＩＲ画素）は、第１画素（Ｂ画素）を挟むように同一行に配置されている。グループＧ１を構成する２つの第２画素（ＩＲ画素）と、グループＧ２を構成する２つの第２画素（ＩＲ画素）とは、互いに異なる行に配置されている。

後述の図４に示す例では、グループＧ１を構成する２つの第２画素（ＩＲ画素）は、第１画素（Ｒ画素）を挟むように同一列に配置され、同様に、グループＧ２を構成する２つの第２画素（ＩＲ画素）は、第１画素（Ｒ画素）を挟むように同一列に配置されている。

図２には、本発明の第１実施形態の固体撮像装置１０００の回路構成が示されている。固体撮像装置１０００は、画素アレイＰＡ、垂直選択回路１２０、読み出し回路１４０、水平選択回路１５０、出力部１７０および負荷トランジスタアレイ１８０を備えている。各画素１００（Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素、ＩＲ画素）は、光電変換部１０１と、フローティングディフュージョン（ＦＤ）１０６と、転送トランジスタ１０２と、増幅トランジスタ１０３と、リセットトランジスタ１０４とを含みうる。各画素１００は、選択トランジスタ１０５を更に含んでもよい。光電変換部１０１は、例えば、フォトダイオードを含み、入射光を光電変換し、これによって発生した電荷を蓄積する。転送トランジスタ１０２は、光電変換部１０１に蓄積された電荷をＦＤ１０６に転送する。ＦＤ１０６の電位は、ＦＤ１０６に転送された電荷の量に応じて変化する。増幅トランジスタ１０３は、負荷トランジスタアレイ１８０の負荷トランジスタとともにソースフォロワ回路を構成し、ＦＤ１０６の電位に応じた信号を列信号線１３０に出力する。リセットトランジスタ１０４は、ＦＤ１０６の電位をリセットする。選択トランジスタ１０５は、それが属する画素１００を選択状態または非選択状態にするために設けられうる。

転送トランジスタ１０２は、垂直選択回路１２０によって駆動される転送制御線によって制御される。ＴＸ１、ＴＸ２、ＴＸ３、ＴＸ３は、転送制御線である。より具体的には、ＴＸ１は、第１行のＲ画素およびＧ画素のための転送制御線である。ＴＸ２は、第２行のＢ画素およびＩＲ画素のための転送制御線である。ＴＸ３は、第３行のＲ画素およびＧ画素のための転送制御線である。ＴＸ４は、第４行のＢ画素およびＩＲ画素のための転送制御線である。リセットトランジスタ１０４は、垂直選択回路１２０によって駆動されるリセット制御線によって制御される。ＲＥＳ１は第１行のリセット制御線、ＲＥＳ２は第２行のリセット制御線、ＲＥＳ３は第３行のリセット制御線、ＲＥＳ４は第４行のリセット制御線である。選択トランジスタ１０５は、垂直選択回路１２０によって駆動される行選択線によって制御される。ＳＥＬ１は第１行の行選択線、ＳＥＬ２は第２行の行選択線、ＳＥＬ３は第３行の行選択線、ＳＥＬ４は第４行の行選択線である。

読み出し回路１４０は、各列信号線１３０に出力される信号を処理して画素信号を生成し、水平選択回路１５０によって駆動される列選択線によって選択される列の画素信号を出力部１７０に出力する。出力部１７０は、読み出し回路１４０からの画素信号を増幅して出力する。ＣＳＥＬ１は第１列の列選択線であり、ＣＳＥＬ２は第２列の列選択線であり、ＣＳＥＬ３は第３列の列選択線であり、ＣＳＥＬ４は第４列の列選択線である。

合成部ＳＷは、各グループについて１つの信号が出力されるように、各グループを構成する少なくとも２つの第２画素（ＩＲ画素）の信号から１つの信号を合成する。図２に示す例では、第２行の各グループにおいて、当該グループを構成する２つの第２画素（ＩＲ画素）の信号は、当該グループの合成部ＳＷによって合成される。第２行の合成部ＳＷは、垂直選択回路１２０によって駆動される合成制御線ＡＤＤＩＲ１によって制御される。同様に、第４行の各グループにおいて、当該グループを構成する２つの第２画素（ＩＲ画素）の信号は、当該グループの合成部ＳＷによって合成される。第４行の合成部ＳＷは、垂直選択回路１２０によって駆動される合成制御線ＡＤＤＩＲ２によって制御される。より具体的には、各グループを構成する２つの第２画素（ＩＲ画素）の信号を合成する合成モードでは、垂直選択回路１２０によって合成制御線ＡＤＤＩＲ１、ＡＤＤＩＲ２がアクティブレベルに駆動され、これに応じて合成部ＳＷによる信号の合成が可能になる。合成部ＳＷは、合成制御線ＡＤＤＩＲ１、ＡＤＤＩＲ２を介して入力される信号に応じてオンするスイッチ（例えば、トランジスタ）を含みうる。あるいは、常に合成モードで動作する仕様においては、合成部ＳＷは、グループを構成する第２画素のそれぞれのフローティングディフュージョンを相互に電気的に接続する導電部材で構成されてもよい。

図３を参照しながら第１実施形態の固体撮像装置１０００の合成モードにおける動作を説明する。まず、第１行に関する動作を説明する。第１行のリセット制御線ＲＥＳ１の電圧レベルがハイレベルにされた状態で、時刻ｔ１１において、第１行の転送制御線ＴＸ１にハイパルスが印加される。これにより第１行の第１画素（Ｒ画素およびＧ画素）の転送トランジスタ１０２がオンし、それらのＦＤ１０６および光電変換部１０１がリセットされる。第１行の画素の転送トランジスタ１０２がオフした時点で第１行の画素の光電変換部１０１における電荷の蓄積が開始される。次に、時刻ｔ１２において、第１行のリセット制御線ＲＥＳ１の電圧レベルがローレベルにされるとともに、第１行の選択制御線ＳＥＬ１の電圧レベルがハイレベル（アクティブレベル）にされて第１行の画素の選択トランジスタ１０５がオンする。そして、この状態で、第１行の転送制御線ＴＸ１にハイパルスが印加され、第１行の画素（第１画素（Ｒ画素およびＧ画素））の転送トランジスタ１０２がオンし、光電変換部１０１からＦＤ１０６に電荷が転送される。これによって、ＦＤ１０６の電位が変化する。増幅トランジスタ１０３は、ＦＤ１０６の電位に応じた信号を、選択トランジスタ１０５を介して、列信号線１３０に出力する。

次に、第２行に関する動作を説明する。第２行のリセット制御線ＲＥＳ２の電圧レベルがハイレベルにされた状態で、時刻ｔ１１の後の時刻ｔ２１において、第２行の転送制御線ＴＸ２にハイパルスが印加される。これにより第２行の第１画素（Ｂ画素）および第２画素（ＩＲ画素）の転送トランジスタ１０２がオンし、それらのＦＤ１０６および光電変換部１０１がリセットされる。第２行の画素の転送トランジスタ１０２がオフした時点で第２行の画素の光電変換部１０１における電荷の蓄積が開始される。次に、時刻ｔ２２において、第２行のリセット制御線ＲＥＳ２の電圧レベルがローレベルにされるとともに、第２行の選択制御線ＳＥＬ２および合成制御線ＡＤＤＩＲ１の電圧レベルがハイレベル（アクティブレベル）にされる。これにより第２行の画素の選択トランジスタ１０５および第２行の合成部ＳＷがオンする。そして、この状態で、第２行の転送制御線ＴＸ２にハイパルスが印加され、第２行の第１画素（Ｂ画素）および第２画素（ＩＲ画素）の転送トランジスタ１０２がオンし、光電変換部１０１からＦＤ１０６に電荷が転送される。これによって、ＦＤ１０６の電位が変化する。増幅トランジスタ１０３は、ＦＤ１０６の電位に応じた信号を、選択トランジスタ１０５を介して、列信号線１３０に出力する。ここで、１つのグループに含まれる複数の第２画素（ＩＲ画素）の信号は、合成部ＳＷによって１つの信号に合成される。より具体的には、グループを構成する少なくとも２つの第２画素（ＩＲ画素）のＦＤ１０６は、合成制御線ＡＤＤＩＲ１によって制御される合成部ＳＷによって相互に電気的に接続される。つまり、これらのＦＤ１０６は、１つのノードを構成する。そのため、それぞれの光電変換部１０１から転送された電荷が、当該１つのノードにおいて、混合、あるいは、加算される。言い換えると、当該少なくとも２つのＦＤ１０６の電位が平均化される。これによって、第２画素（ＩＲ画素）のＳＮ比（信号／ノイズの比）が改善される。ＳＮ比の改善の理由については後述する。なお、ここで述べた実施形態においては、光電変換部１０１からＦＤ１０６へ転送される電荷が各画素の信号であり、平均化された電位に基づく信号が合成された信号である。

次に、第３行に関する動作を説明する。第３行のリセット制御線ＲＥＳ３の電圧レベルがハイレベルにされた状態で、時刻ｔ２１の後の時刻ｔ３１において、第３行の転送制御線ＴＸ３にハイパルスが印加される。これにより第３行の第１画素（Ｒ画素およびＧ画素）の転送トランジスタ１０２がオンし、それらのＦＤ１０６および光電変換部１０１がリセットされる。第３行の画素の転送トランジスタ１０２がオフした時点で第３行の画素の光電変換部１０１における電荷の蓄積が開始される。次に、時刻ｔ３２において、第３行のリセット制御線ＲＥＳ３の電圧レベルがローレベルにされるとともに、第３行の選択制御線ＳＥＬ３の電圧レベルがハイレベル（アクティブレベル）にされて第３行の画素の選択トランジスタ１０５がオンする。そして、この状態で、第３行の転送制御線ＴＸ３にハイパルスが印加され、第３行の画素（第１画素（Ｒ画素およびＧ画素））の転送トランジスタ１０２がオンし、光電変換部１０１からＦＤ１０６に電荷が転送される。これによって、ＦＤ１０６の電位が変化する。増幅トランジスタ１０３は、ＦＤ１０６の電位に応じた信号を、選択トランジスタ１０５を介して、列信号線１３０に出力する。

次に、第４行に関する動作を説明する。第４行のリセット制御線ＲＥＳ４の電圧レベルがハイレベルにされた状態で、時刻ｔ３１の後の時刻ｔ４１において、第４行の転送制御線ＴＸ４にハイパルスが印加される。これにより第４行の第１画素（Ｂ画素）および第２画素（ＩＲ画素）の転送トランジスタ１０２がオンし、それらのＦＤ１０６および光電変換部１０１がリセットされる。第４行の画素の転送トランジスタ１０２がオフした時点で第４行の画素の光電変換部１０１における電荷の蓄積が開始される。次に、時刻ｔ４２において、第４行のリセット制御線ＲＥＳ４の電圧レベルがローレベルにされるとともに、第４行の選択制御線ＳＥＬ４および合成制御線ＡＤＤＩＲ２の電圧レベルがハイレベル（アクティブレベル）にされる。これにより第４行の画素の選択トランジスタ１０５および第４行の合成部ＳＷがオンする。そして、この状態で、第４行の転送制御線ＴＸ４にハイパルスが印加され、第４行の第１画素（Ｂ画素）および第２画素（ＩＲ画素）の転送トランジスタ１０２がオンし、光電変換部１０１からＦＤ１０６に電荷が転送される。これによって、ＦＤ１０６の電位が変化する。増幅トランジスタ１０３は、ＦＤ１０６の電位に応じた信号を、選択トランジスタ１０５を介して、列信号線１３０に出力する。ここで、グループを構成する第２画素（ＩＲ画素）の信号は、合成部ＳＷによって合成される。より具体的には、グループを構成する少なくとも２つの第２画素（ＩＲ画素）のＦＤ１０６は、合成制御線ＡＤＤＩＲ２によって制御される合成部ＳＷによって相互に電気的に接続され、当該少なくとも２つのＦＤ１０６の電位が平均化される。これによって、第２画素（ＩＲ画素）のＳＮ比（信号／ノイズの比）が改善される。

以下、ＳＮ比の向上に関して説明する。ここでは、一例として、各グループが２つの第２画素（ＩＲ画素）で構成されるものとする。ノイズを含まない信号（電荷量）をＳ、ノイズ（電荷量）をσとする。σは、画素で発生するランダムノイズであり、例えば、光ショットノイズと、光電変換部１０１および転送トランジスタ１０２で発生する暗電子ノイズとを含みうる。

２つの第２画素の信号を合成したときの合成後のノイズをσ’とすると、σ’＾２＝σ＾２＋σ＾２＝２σ＾２、即ち、σ’＝（√２）×σが成り立つ。一方、２つの第２画素の信号Ｓを合成したときの信号は２×Ｓである。なお、σ＾２は、σの二乗を、σ’＾２は、σ’の二乗を、それぞれ表している。

よって、２つの第２画素の信号を合成したときのＳＮ比は、２Ｓ／（（√２）×σ）＝（√２）Ｓ／σである。つまり、２つの第２画素の信号を合成した場合のＳＮ比は、合成しない場合の√２倍になる。

上記の例では、第１画素の信号と第２画素の信号とを含む画像信号が固体撮像装置１０００から出力されるが、第１画素の信号からなるフレームと第２画素の信号からなるフレームとを別個に固体撮像装置１０００から出力してもよい。第１画素の信号からなるフレームと第２画素の信号からなるフレームとは、交互に表示されうる。

上記の例では、第２画素（ＩＲ画素）の信号数が第１画素（Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素）の信号数よりも少ないが、第２画素の信号によって構成される赤外光画像の解像度は、第１画素の信号（例えば、Ｇ画素の輝度情報）を利用して向上されることができる。

図４を参照しながら本発明の第２実施形態の固体撮像装置１０００を説明する。なお、第２実施形態として言及しない事項は、第１実施形態に従いうる。第２実施形態では、同一列の少なくとも２つの第２画素でグループが構成され、各グループ内の第２画素の信号が合成部ＳＷによって合成される。図４に示す例では、グループＧ１を構成する２つの第２画素（ＩＲ画素）は、第１画素（Ｒ画素）を挟むように同一列に配置され、同様に、グループＧ２を構成する２つの第２画素（ＩＲ画素）は、第１画素（Ｒ画素）を挟むように同一列に配置されている。

画素アレイＰＡの第２行および第４行は、第１画素としてのＢ画素と、第２画素としてのＩＲ画素とを含む。第２行のＩＲ画素の信号の出力時に、第２行のＩＲ画素の信号と第４行のＩＲ画素の信号とを合成部ＳＷによって合成した信号が出力される。合成部ＳＷは、第２行のＩＲ画素のＦＤ１０６と第４行のＩＲ画素のＦＤ１０６とを電気的に接続するように構成されうる。

図５を参照しながら本発明の第３実施形態の固体撮像装置１０００を説明する。なお、第３実施形態として言及しない事項は、第１実施形態に従いうる。第３実施形態では、第２実施形態と同様に、同一列の少なくとも２つの第２画素でグループが構成され、各グループ内の第２画素の信号が合成部ＳＷによって合成される。図５に示す例では、グループＧ１を構成する２つの第２画素（ＩＲ画素）は、第１画素（Ｒ画素）を挟むように同一列に配置され、同様に、グループＧ２を構成する２つの第２画素（ＩＲ画素）は、第１画素（Ｒ画素）を挟むように同一列に配置されている。

第３実施形態では、第２行の転送制御線ＴＸ２は、第１画素としてのＢ画素および第２画素としてのＩＲ画素の転送トランジスタ１０２に接続されるが、第４行の転送制御線ＴＸ４は、第１画素としてのＢ画素の転送トランジスタ１０２のみに接続される。第４行のＩＲ画素の転送トランジスタ１０２には、専用の転送制御線ＴＸ２２が接続される。転送制御線ＴＸ２およびＴＸ２２には、同一の信号が供給され、第２行の第１画素としてのＢ画素および第２画素としてのＩＲ画素と、第４行の第２画素としてのＩＲ画素とにおいて、光電変換部からＦＤへの電荷が同時になされる。

図６を参照しながら本発明の第４実施形態の固体撮像装置１０００を説明する。なお、第４実施形態として言及しない事項は、第１実施形態に従いうる。第４実施形態では、第２実施形態と同様に、同一列の少なくとも２つの第２画素でグループが構成され、各グループ内の第２画素の信号が合成部ＳＷによって合成される。図６に示す例では、グループＧ１を構成する２つの第２画素（ＩＲ画素）は、第１画素（Ｒ画素）を挟むように同一列に配置され、同様に、グループＧ２を構成する２つの第２画素（ＩＲ画素）は、第１画素（Ｒ画素）を挟むように同一列に配置されている。

第４実施形態では、１つの列に対して４つの列信号線１３０が割り当てられていて、第１〜第４行の転送制御線ＴＸ１〜ＴＸ２を同時にアクティブレベルに駆動することによって４行の画素の信号を同時に出力することができる。

図７を参照しながら本発明の第５実施形態の固体撮像装置１０００を説明する。なお、第５実施形態として言及しない事項は、第１実施形態に従いうる。第５実施形態の固体撮像装置１０００は、信号を合成する第２画素の個数、即ち各グループを構成する第２画素の個数を変更するための変更部ＳＷ２を備えている。図７に示す例では、変更部ＳＷ２が非活性状態である場合は各グループが２個の第２画素で構成され、変更部ＳＷ２が活性状態である場合は各グループが４個の第２画素で構成される。

図９を参照しながら本発明の第６実施形態の固体撮像装置１０００を説明する。なお、第６実施形態として言及しない事項は、第１実施形態に従いうる。以下で説明するＲ画素、Ｇ画素、Ｂ画素、ＩＲ画素は、図２に示された画素１００と同様の構成を有しうる。

第６実施形態の固体撮像装置１０００は、Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素のそれぞれについて、複数の画素（ここでは、２×２＝４画素）の信号を合成する機能を有する。Ｒ画素とＲ画素との間に配置された合成部ＳＷは、複数のＲ画素のそれぞれのＦＤ１０６を接続するように構成されている。Ｇ画素とＧ画素との間に配置された合成部ＳＷは、複数のＧ画素のそれぞれのＦＤ１０６を接続するように構成されている。Ｂ画素とＢ画素との間に配置された合成部ＳＷは、複数のＢ画素のそれぞれのＦＤ１０６を接続するように構成されている。合成部ＳＷがオン（活性化）されることにより、複数のＲ画素の信号が合成され、複数のＧ画素の信号が合成され、複数のＢ画素の信号が合成される。

第６実施形態の固体撮像装置１０００では、第１個数のＩＲ画素のＦＤ１０６が相互に固定的に接続されていて、これにより第１個数のＩＲ画素の信号が合成される。また、合成部ＳＷがオン（活性化）されることにより、第１個数よりも多い第２個数のＩＲ画素のＦＤ１０６が相互に接続され、これにより第２個数のＩＲ画素の信号が合成される。

第６実施形態の固体撮像装置１０００は、第１モードと第２モードとを備えうる。第１モードは、合成部ＳＷがオフ（非活性化）されることによって実現される。第１モードでは、Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素のそれぞれの信号については、合成されることなく出力され、ＩＲ画素の信号について、第１個数のＩＲ画素の信号が合成されて出力される。第２モードは、合成部ＳＷがオン（活性化）されることによって実現される。第２モードでは、複数のＲ画素の信号が合成されて出力され、複数のＧ画素の信号が合成されて出力され、複数のＢ画素の信号が合成されて出力される。また、第２モードでは、第２個数のＩＲ画素の信号が合成されて出力される。第２モードは、第１モードよりも信号を合成する画素の数が多いモードである。

第１モードの動作を例示的に説明する。第１行のＲ画素およびＧ画素の転送トランジスタ１０２には、転送制御線ＴＸ１が接続されている。転送制御線ＴＸ１がアクティブレベルに駆動されることによって第１行のＲ画素およびＢ画素の信号が列信号線１３０に出力される。

第２行のＩＲ画素およびＢ画素の転送トランジスタ１０２には、転送制御線ＴＸ２が接続されている。第４行のＩＲ画素の転送トランジスタ１０２には、転送制御線ＴＸＩＲ４が接続されている。転送制御線ＴＸ２および転送制御線ＴＸＩＲ４は、同時にアクティブレベルに駆動される。これにより、第２行のＢ画素の信号が列信号線１３０に出力されるとともに、第２行の２つのＩＲ画素と第４行の２つのＩＲ画素からなる第１個数のＩＲ画素の信号を合成した信号が他の列信号線１３０に出力される。

第３行のＲ画素およびＧ画素の転送トランジスタ１０２には、転送制御線ＴＸ３が接続されている。転送制御線ＴＸ３がアクティブレベルに駆動されることによって第３行のＲ画素およびＢ画素の信号がそれぞれ対応する列信号線１３０に出力される。

第４行のＢ画素の転送トランジスタ１０２には、転送制御線ＴＸ４が接続されている。転送制御線ＴＸ４がアクティブレベルに駆動されることによって第４行のＢ画素の信号が列信号線１３０に出力される。このとき、第２行および４行のＩＲ画素の合成された信号が他の列信号線１３０に出力されるが、この信号は、第１行の信号の出力時に出力された信号と同じである。

第５行のＲ画素およびＧ画素の転送トランジスタ１０２には、転送制御線ＴＸ５が接続されている。転送制御線ＴＸ５がアクティブレベルに駆動されることによって第５行のＲ画素およびＢ画素の信号がそれぞれ対応する列信号線１３０に出力される。

第６行のＢ画素の転送トランジスタ１０２には、転送制御線ＴＸ２が接続され、第６行のＩＲ画素の転送トランジスタ１０２には、転送制御線ＴＸＩＲ６が接続されている。また、第８行のＩＲ画素の転送トランジスタ１０２には、転送制御線ＴＸＩＲ８が接続されている。転送制御線ＴＸ６、ＴＸＩＲ６、ＴＸＩＲ８は、同時にアクティブレベルに駆動される。これにより、第６行のＢ画素の信号が列信号線１３０に出力されるとともに、第６行の２つのＩＲ画素と第８行の２つのＩＲ画素からなる第１個数のＩＲ画素の信号を合成した信号が他の列信号線１３０に出力される。

第７行のＲ画素およびＧ画素の転送トランジスタ１０２には、転送制御線ＴＸ７が接続されている。転送制御線ＴＸ７がアクティブレベルに駆動されることによって第７行のＲ画素およびＢ画素の信号がそれぞれ対応する列信号線１３０に出力される。

第８行のＢ画素の転送トランジスタ１０２には、転送制御線ＴＸ８が接続されている。転送制御線ＴＸ８がアクティブレベルに駆動されることによって第８行のＢ画素の信号が列信号線１３０に出力される。このとき、第６行および８行のＩＲ画素の合成された信号が他の列信号線１３０に出力されるが、この信号は、第６行の信号の出力時に出力された信号と同じである。

以下、第２モードの動作を例示的に説明する。第２モードでは、全ての合成部ＳＷがオンされる。これにより、この例では、４つのＲ画素のＦＤ１０６が相互に接続され、４つのＧ画素のＦＤ１０６が相互に接続され、４つのＢ画素のＦＤ１０６が相互に接続される。また、１６個のＩＲ画素のＦＤ１０６が相互に接続される。

まず、第１行の転送制御線ＴＸ１と第３行の転送制御線ＴＸ３が同時にアクティブレベルに駆動される。これにより、第１行の２つのＲ画素および第３行の２つのＲ画素のそれぞれの信号を合成した信号、および、第１行の２つのＧ画素および第３行の２つのＧ画素のそれぞれの信号を合成した信号がそれぞれ対応する列信号線１３０に出力される。

次に、第２行の転送制御線ＴＸ２、第４行の転送制御線ＴＸ４、ＴＸＩＲ４、第６行の転送制御線ＴＸＩＲ６、第８行の転送制御線ＴＸＩＲ８が同時にアクティブレベルに駆動される。これにより、第２行の２つのＢ画素および第４行の２つのＢ画素それぞれの信号を合成した信号が列信号線１３０に出力される。また、第２行の４つのＩＲ画素、第４行の４つのＩＲ画素、第６行の４つのＩＲ画素、第８行の４つのＩＲ画素のそれぞれの信号を合成した信号が他の列信号線１３０に出力される。以下の行の画素の信号は、同様の方法で出力される。

第６実施形態では、複数の行の画素の信号の合成および複数の列の画素の信号の合成がＦＤ１０６を使って実現されている。しかしながら、これは一例に過ぎず、複数の行の画素の信号の合成をＦＤ１０６を使って行い、複数の列の画素の信号の合成を読み出し回路１４０において行ってもよい。

以下、図８を参照しながら本発明の１つの実施形態のカメラ８００について説明する。カメラの概念には、撮影を主目的とする装置のみならず、撮影機能を補助的に備える装置（例えば、パーソナルコンピュータ、携帯端末）も含まれる。カメラは、上記の実施形態として例示された本発明に係る固体撮像装置と、該固体撮像装置から出力される信号（画像）を処理する処理部とを含む。該処理部は、例えば、Ａ／Ｄ変換器、および、該Ａ／Ｄ変換器から出力されるデジタルデータを処理するプロセッサを含みうる。

カメラ８００は、例えば、光学系８１０、固体撮像装置１０００、信号処理部８３０、記録・通信部８４０、タイミング制御部８５０、システムコントローラ８６０および再生・表示部８７０を含む。光学系８１０は、被写体の像を固体撮像装置１０００の画素アレイに形成する。固体撮像装置１０００は、タイミング制御部８５０からの信号に従って撮像動作を行って画像を出力する。固体撮像装置１０００から出力された画像は、信号処理部８３０に提供される。

信号処理部８３０は、信号処理部８３０は、固体撮像装置１０００から提供される可視光画像および赤外光画像を処理して記録・通信部８４０に提供する。赤外光画像の解像度が不十分である場合には、信号処理部８３０は、可視光画像を利用して赤外光画像の解像度を向上させうる。

記録・通信部８４０は、画像を再生・表示部８７０に送り、再生・表示部８７０に画像を再生し表示させる。記録・通信部８４０はまた、信号処理部８３０はまた、不図示の記録媒体に画像を記録する。

タイミング制御部８５０は、システムコントローラ８６０による制御に基づいて固体撮像装置１０００および信号処理部８３０の駆動タイミングを制御する。システムコントローラ８６０は、カメラ８００の動作を統括的に制御するものであり、光学系８１０、タイミング制御部８５０、記録・通信部８４０および再生・表示部８７０の駆動を制御する。システムコントローラ８６０は、例えば、不図示の記憶装置を備え、ここに撮像システムの動作を制御するのに必要なプログラムなどが記録される。また、システムコントローラ８６０は、例えば、ユーザによる操作に応じてモードを設定する。

設定可能なモードは、可視光画像と赤外光画像とを合成して再生・表示部によって表示するモードを含みうる。選択可能なモードはまた、可視光画像と赤外光画像とを個別に再生・表示部によって表示するモードを含みうる。

Ｒ、Ｇ、Ｂ：第１画素、ＩＲ：第２画素、１０００：固体撮像装置、１０１：光電変換部、ＳＷ：合成部、Ｇ１：グループ、Ｇ２：グループ

Claims (18)

1. 複数の第１画素と、複数の第２画素とを有する固体撮像装置であって、
   前記複数の第１画素の各々は、赤外光の透過率よりも可視光の透過率のほうが高い第１フィルタと、前記第１フィルタを透過した可視光を受ける第１光電変換部とを有し、前記複数の第２画素の各々は、可視光の透過率よりも赤外光の透過率のほうが高い第２フィルタと、前記第２フィルタを透過した赤外光を受ける第２光電変換部とを有し、
   前記複数の第１画素は、それぞれが少なくとも２つの第１画素を含む複数の第１グループに分けられていて、
   前記複数の第２画素は、それぞれが少なくとも２つの第２画素を含む複数の第２グループに分けられていて、
   前記固体撮像装置は、前記複数の第１グループにそれぞれ対応する複数の第１合成部と、前記複数の第２グループにそれぞれ対応する複数の第２合成部と、を備え、
   前記複数の第１合成部の各々は、前記複数の第１グループのうち対応する第１グループに含まれる前記少なくとも２つの第１画素の信号から第１信号を合成し、
   前記複数の第２合成部の各々は、前記複数の第２グループのうち対応する第２グループに含まれる前記少なくとも２つの第２画素の信号から第２信号を合成し、
   前記第２信号を合成するために使われる、各第２グループの前記少なくとも２つの第２画素の数は、前記第１信号を合成するために使われる、各第１グループの前記少なくとも２つの第１画素の数より多い、
   ことを特徴とする固体撮像装置。
2. 各第２グループを構成する前記少なくとも２つの第２画素は、前記複数の第１画素のうちのいずれかの第１画素を挟むように同一行に配置されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
3. 各第２グループを構成する前記少なくとも２つの第２画素は、前記複数の第１画素のうちのいずれかの第１画素を挟むように同一列に配置されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
4. 各第２グループの前記少なくとも２つの前記第２画素の前記数を変更する変更部を更に備える、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
5. 前記複数の第１画素のうちの一部の第１画素と前記複数の第２画素のうちの一部の第２画素とが交互に配置された行と、前記複数の第１画素のうちの一部の第１画素のみが配置された行とを含む、
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
6. 前記第２フィルタは、可視光を遮断し赤外光を透過させる、
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
7. 前記複数の第１画素の各々は、第１フローティングディフュージョンと、前記第１光電変換部で発生した電荷を前記第１フローティングディフュージョンに転送する第１転送トランジスタとを含み、各第１合成部は、それに対応する第１グループの前記少なくとも２つの第１画素の信号から前記第１信号を合成するために、当該対応する第１グループの前記少なくとも２つの第１画素のそれぞれの前記第１フローティングディフュージョンを相互に電気的に接続し、
   前記複数の第２画素の各々は、第２フローティングディフュージョンと、前記第２光電変換部で発生した電荷を前記第２フローティングディフュージョンに転送する第２転送トランジスタとを含み、各第２合成部は、それに対応する第２グループの前記少なくとも２つの第２画素の信号から前記第２信号を合成するために、当該対応する第２グループの前記少なくとも２つの第２画素のそれぞれの前記第２フローティングディフュージョンを相互に電気的に接続する、
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
8. 前記複数の第１画素の各々は、第１フローティングディフュージョンと、第１転送トランジスタとを含み、前記複数の第２画素の各々は、第２フローティングディフュージョンと、第２転送トランジスタとを含み、
   前記複数の第１画素および前記複数の第２画素は、前記複数の第１画素のうちのいくつかの第１画素と前記複数の第２画素のうちのいくつかの第２画素とが配置された行が構成されるように配置され、
   前記行の前記いくつかの第１画素のそれぞれの前記第１転送トランジスタに第１転送制御線が接続され、前記行の前記いくつかの第２画素のそれぞれの前記第２転送トランジスタに第２転送制御線が接続されている、
   ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
9. 複数の第１画素と、複数の第２画素とを有する固体撮像装置であって、
   前記複数の第１画素の各々は、赤外光の透過率よりも可視光の透過率のほうが高い第１フィルタと、前記第１フィルタを透過した可視光を受ける第１光電変換部とを有し、前記複数の第２画素の各々は、可視光の透過率よりも赤外光の透過率のほうが高い第２フィルタと、前記第２フィルタを透過した赤外光を受ける第２光電変換部とを有し、
   前記複数の第２画素は、それぞれが少なくとも２つの第２画素を含む複数のグループに分けられていて、
   前記固体撮像装置は、前記複数のグループにそれぞれ対応する複数の合成部を備え、前記複数の合成部の各々は、前記複数のグループのうち対応するグループに含まれる前記少なくとも２つの第２画素の信号から１つの信号を合成し、
   前記固体撮像装置は、第１モードおよび第２モードで動作可能であり、
   前記第１モードでは、前記複数の第２画素の信号は、合成されることなく前記固体撮像装置から出力され、
   前記第２モードでは、前記複数の第２画素の信号は、合成された後に前記固体撮像装置から出力される、
   ことを特徴とする固体撮像装置。
10. 各グループを構成する前記少なくとも２つの第２画素は、前記複数の第１画素のうちのいずれかの第１画素を挟むように同一行に配置されている、
    ことを特徴とする請求項９に記載の固体撮像装置。
11. 各グループを構成する前記少なくとも２つの第２画素は、前記複数の第１画素のうちのいずれかの第１画素を挟むように同一列に配置されている、
    ことを特徴とする請求項９に記載の固体撮像装置。
12. 各グループの前記少なくとも２つの前記第２画素の数を変更する変更部を更に備える、
    ことを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
13. 前記複数の第１画素のうちの一部の第１画素と前記複数の第２画素のうちの一部の第２画素とが交互に配置された行と、前記複数の第１画素のうちの一部の第１画素のみが配置された行とを含む、
    ことを特徴とする請求項９乃至１２のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
14. 前記第２フィルタは、可視光を遮断し赤外光を透過させる、
    ことを特徴とする請求項９乃至１３のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
15. 前記複数の第１画素の各々は、第１フローティングディフュージョンと、前記第１光電変換部で発生した電荷を前記第１フローティングディフュージョンに転送する第１転送トランジスタとを含み、
    前記複数の第２画素の各々は、第２フローティングディフュージョンと、前記第２光電変換部で発生した電荷を前記第２フローティングディフュージョンに転送する第２転送トランジスタとを含み、
    各合成部は、それに対応する第グループの前記少なくとも２つの第２画素の信号から１つの信号を合成するために、当該対応する第２グループの前記少なくとも２つの第２画素のそれぞれの前記第２フローティングディフュージョンを相互に電気的に接続する、
    ことを特徴とする請求項９乃至１４のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
16. 前記複数の第１画素の各々は、第１フローティングディフュージョンと、前記第１光電変換部で発生した電荷を前記第１フローティングディフュージョンに転送する第１転送トランジスタとを含み、
    前記複数の第１画素は、他の第１画素の前記第１フローティングディフュージョンに接続されていない前記第１フローティングディフュージョンを有する第１画素を含む、
    ことを特徴とする請求項９乃至１５のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
17. 前記複数の第１画素の各々は、第１フローティングディフュージョンと、第１転送トランジスタとを含み、前記複数の第２画素の各々は、第２フローティングディフュージョンと、第２転送トランジスタとを含み、
    前記複数の第１画素および前記複数の第２画素は、前記複数の第１画素のうちのいくつかの第１画素と前記複数の第２画素のうちのいくつかの第２画素とが配置された行が構成されるように配置され、
    前記行の前記いくつかの第１画素のそれぞれの前記第１転送トランジスタに第１転送制御線が接続され、前記行の前記いくつかの第２画素のそれぞれの前記第２転送トランジスタに第２転送制御線が接続されている、
    ことを特徴とする請求項９乃至１６のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
18. 請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の固体撮像装置と、
    前記固体撮像装置から出力される信号を処理する処理部と、
    を備えることを特徴とするカメラ。