JP2005229503A - 固体撮像装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 インターレース動作時に垂直解像度を増大させることができる固体撮像装置を提供する。
【解決手段】 固体撮像装置は、２次元表面を画定する半導体基板と、前記半導体基板の受光領域に、複数行複数列に渡って配置された多数個の光電変換素子と、各フィールドには少なくとも１色の垂直方向に隣接する前記光電変換素子の信号電荷を含むように、前記複数の光電変換素子に蓄積された信号電荷を複数フィールドに分けてインターレース読み出しを行う電荷読み出し手段と、前記複数フィールドに分けて読み出した信号電荷を各フィールドごとに垂直加算する垂直加算手段とを有する。
【選択図】 図１

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。
図１０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。
図１１は、従来の固体撮像装置９００の概略平面図である。
固体撮像装置９００は、多数の光電変換素子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、ＶＣＣＤ１４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）３及び出力アンプ４を含んで構成される。
図に示すようなＰＩＡＣＣＤ（Ｐｉｘｅｌ Ｉｎｔｅｒｌｅａｖｅｄ Ａｒｒａｙ ＣＣＤ）を採用した撮像装置における受光領域９０２は、多数の光電変換素子９１２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９１２の列間には、光電変換素子９１２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９１４が、光電変換素子９１２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９１３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９１４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１２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９１２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、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。
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３Ｇライン、第５Ｇラインと第７Ｇ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２Ｇラインと第４Ｇライン、第６Ｇ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。
特開平１０−１３６３９１号公報 山田哲生 他、「A Progressive Scan CCD Imager for DSC Applications」、ISSCC Digest ofTechnical Papers、２０００年２月、ｐ．１１０−１１１
図１２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。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。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。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１３は、従来のＰＩＡＣＣＤ固体撮像装置９００により読み出される信号配列を示す概念図である。
図１３（Ａ）は、第１フィールドの信号配列を示す概念図であり、図１３（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フィールドでは、第１Ｇラインと第３Ｇライン、第５Ｇラインと第７Ｇラインを加算し、第２フィールドでは、第２Ｇラインと第４Ｇライン、第６Ｇラインと第８Ｇラインを加算する。その結果、図１３（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とは異なり、各フィールドにＲＧＢ全ての色信号が含まれるので、１フィールドでＲＧＢのカラー信号を生成することができ、カラー動画信号を生成することができる。
図１３（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。この従来の固体撮像装置９００によって得られる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。すなわち、図１２（Ｄ）に示す従来の固体撮像装置８００の場合と同様に、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。
以上のように、従来の垂直加算方式では、加算合成後の垂直解像度が、加算合成前の１／２に及ばずほぼ１／４程度に低下してしまう。よって、従来の垂直加算方式では、インターレース動作において垂直加算を行うことにより、感度を増大させることはできるが、垂直解像度を著しく低下させてしまうことがある。
本発明の目的は、インターレース動作時に垂直解像度を増大させることが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次元表面を画定する半導体基板と、前記半導体基板の受光領域に、複数行複数列に渡って配置された多数個の光電変換素子と、各フィールドには少なくとも１色の垂直方向に隣接する前記光電変換素子の信号電荷を含むように、前記複数の光電変換素子に蓄積された信号電荷を複数フィールドに分けてインターレース読み出しを行う電荷読み出し手段と、前記複数フィールドに分けて読み出した信号電荷を各フィールドごとに垂直加算する垂直加算手段とを有する。
本発明によれば、インターレース動作時に垂直解像度を増大させることが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、ＶＣＣＤ１４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）３及び出力アンプ４を含んで構成される。
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、得られる固体撮像素子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。
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。
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。
例えば、第１Ｇライン及び第５Ｇラインは、第１列のＧ画素、該第１列のＧ画素の斜め下方に隣接する第２列のＲ画素、該第２列のＲ画素の斜め上方に隣接する第３列のＧ画素、該第３列のＧ画素の斜め下方に隣接する第４列のＢ画素（以降この配列の繰り返し）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。
また、例えば、第２Ｇライン及び第６Ｇラインは、第１列のＧ画素、該第１列のＧ画素の斜め上方に隣接する第２列のＲ画素、該第２列のＲ画素の斜め下方に隣接する第３列のＧ画素、該第３列のＧ画素の斜め上方に隣接する第４列のＢ画素（以降この配列の繰り返し）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。
また、例えば、第３Ｇライン及び第７Ｇラインは、第１列のＧ画素、該第１列のＧ画素の斜め下方の最も近いＢ画素、第１列のＧ画素と同一水平線上に位置する第３列のＧ画素、該第３列のＧ画素の斜め下方の最も近い第４列のＲ画素（以降この配列の繰り返し）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。
また、例えば、第４Ｇライン及び第８Ｇラインは、第１列のＧ画素、該第１列のＧ画素の斜め下方に隣接する第２列のＢ画素、該第２列のＢ画素の斜め上方に隣接する第３列のＧ画素、該第３列のＧ画素の斜め下方に隣接する第４列のＲ画素（以降この配列の繰り返し）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２は、本発明の第１の実施例による固体撮像装置１００により読み出される信号配列を示す概念図である。
図２（Ａ）は、第１フィールドの信号配列を示す概念図であり、図２（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。本実施例では、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２（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２（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２（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。
図３は、第１の実施例による固体撮像装置１００の電極構造を示す平面図である。
転送電極１６は、周知の２層重ね合わせ電極構造を有し、第１層電極１６ａ及び第２層電極１６ｂからなる。光電変換素子（画素）１２は、光電変換と電荷の蓄積を担い、各画素１２には、「Ｒ」、「Ｇ」、「Ｂ」の文字で、対応するカラーフィルタの配列を示す。
図中左側には、各電極に供給される転送パルスの位相をΦＶ１〜ΦＶ８で示す。画素ずらし構造の固体撮像装置における通常のインターレース動作では、８電極を１転送段（１画素当たり４電極）とする８相駆動方式が使用される。
まず、奇数位相パルスが供給される第２層電極１６ｂにハイレベルパルスが印加されると、画素１２に蓄積された信号電荷が矢印で示す読み出しチャネル１８側（チャネルストップ１９のない方向）の転送電極下に転送される。すなわち、ΦＶ１をハイレベルにすると、Ｂ画素の信号が転送され、Φ５ＶをハイレベルにするとＲ画素の信号が転送され、ΦＶ３Ａ、ΦＶ３Ｂ、ΦＶ７Ａ及びΦＶ７ＢをハイレベルにするとＧ画素の信号が転送される。
本実施例における電極構造の従来技術との構造的差異は、ΦＶ３がΦＶ３ＡとΦＶ３Ｂとの、ΦＶ７がΦＶ７ＡとΦＶ７Ｂとの２系統にそれぞれ電気的に独立化されている点にある。このようにすることで、第１及び第２に各フィールドにおいて、垂直方向に隣接する２本のＧライン（例えば、第１Ｇラインと第２Ｇライン）の信号を選択的に転送し加算することができる。
具体的には、第１フィールドにおいてΦＶ３Ａ、ΦＶ７Ａ及びΦＶ５をハイレベルにすることにより、図中白い矢印で示すように、画素１２から転送電極１６への電荷転送が行われ、図３（Ａ）に示す信号配列を得ることができる。また、同様に、第２フィールドにおいてΦＶ３Ｂ、ΦＶ７Ｂ及びΦＶ１をハイレベルにすることにより、図中黒い矢印で示すように、画素１２から転送電極１６への電荷転送が行われ、図３（Ｂ）に示す信号配列を得ることができる。
以上、本発明の第１の実施例によれば、水平信号ラインを一切捨てることなく、感度が２倍、垂直解像度が１／２で、動画と静止画の両方の映像信号が容易に生成できる画像信号を得ることができる。
図４は、第２の実施例による固体撮像装置２００の電極構造を示す平面図である。
第１の実施例との違いは、図４（Ａ）に示す構造及び図４（Ｂ）に示す構造の双方が、４電極を１転送段（１画素当たり２電極）とする４相駆動方式が使用されている点である。
図４（Ａ）に示す構造及び図４（Ｂ）に示す構造の双方において、第１フィールドでは、ΦＶ２Ａ、ΦＶ４Ａ及びΦＶ３をハイレベルにすることにより、図中白い矢印で示すように、画素１２から転送電極１６への電荷転送が行われ、図３（Ａ）に示す信号配列を得ることができる。また、同様に、第２フィールドではΦＶ２Ｂ、ΦＶ７４及びΦＶ１をハイレベルにすることにより、図中黒い矢印で示すように、画素１２から転送電極１６への電荷転送が行われ、図３（Ｂ）に示す信号配列を得ることができる。
以上、本発明の第２の実施例においても、水平信号ラインを一切捨てることなく、感度が２倍、垂直解像度が１／２で、動画と静止画の両方の映像信号が容易に生成できる画像信号を得ることができる。
図５は、本発明の第３の実施例による固体撮像装置３００の概略平面図である。
第１の実施例及び第２の実施例との相違点は、垂直電荷転送装置１４の転送チャネルに連結してラインメモリ２０が設けられ、８相駆動水平転送ＣＣＤ（ＨＣＣＤ）を含む水平加算回路２３が設けられている点である。
なお、水平加算回路２３による水平加算方法の詳細は、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。
まず、図６（Ａ）に示すように、第１フィールドの信号電荷を電荷転送装置１４に読み出し、電荷転送装置１４内又はラインメモリ２０内で垂直方向に隣接する２ラインの信号電荷を加算する。
次ぎに、図６（Ｂ）に示すように、水平加算回路２３により水平方向に隣接するＧ信号を加算し、最も近いＲ信号同士、Ｂ信号同士を加算する。
その後、図６（Ｃ）に示すように、第２フィールドの信号電荷を電荷転送装置１４に読み出し、電荷転送装置１４内又はラインメモリ２０内で垂直方向に隣接する２ラインの信号電荷を加算する。
次ぎに、図６（Ｄ）に示すように、水平加算回路２３により水平方向に隣接するＧ信号を加算し、最も近いＲ信号同士、Ｂ信号同士を加算する。
最後に、図６（Ｅ）に示すように、図６（Ｃ）及び図６（Ｄ）に示す信号加算で得られた各フィールド信号を合成し、１フレームの信号とする。この第３の実施例では、垂直方向と水平方向の信号加算を各１回行い、合計２回の信号加算を行うので、最終的に得られる１表示画素の信号電荷は４倍になる。
よって、第３の実施例では、加算動作により、垂直及び水平解像度は各々１／２に低下し、感度は４倍に増加する。また、表示画素数が１／４に低下するので、同一のデータレート（読み出しクロック周波数）で、フレームレートを４倍に高めることができる。
図７は、本発明の第４の実施例による固体撮像装置４００の概略平面図である。
この第４の実施例と第１の実施例の構造上の相違点は、受光領域２内の光電変換素子１２が正方行列上に配置されている点及びカラーフィルタの配列である。
第４の実施例では、受光領域２には、多数の光電変換素子１２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路（ＶＣＣＤ）１４が、転送電極１６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２の下側には第１の実施例と同様に、ＶＣＣＤにより転送される電荷を1行ごとに周辺回路４に転送する水平電荷転送路（ＨＣＣＤ）３が形成される。
本発明を正方行列のＩＴＣＣＤに適用する場合、一般的なベイヤ配列ではなく、この第４の実施例のように、図に示すような「ＧストライプＲＢ点順次型」が好ましい。
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。
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、各画素の中心を結ぶ直線又は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。
例えば、第１Ｇライン及び第５Ｇラインは、直線で構成される。すなわち、第１列のＧ画素、該第１列のＧ画素に隣接する第２列のＲ画素、該第２列のＲ画素に隣接する第３列のＧ画素、該第３列のＧ画素に隣接する第４列のＲ画素（以降この配列の繰り返し）の中心を直線で連結した実線に沿って形成される。
また、例えば、第２Ｇライン及び第６Ｇラインは、第１列のＧ画素、該第１列のＧ画素の斜め上方に隣接する第２列のＲ画素、該第２列のＲ画素の斜め下方に隣接する第３列のＧ画素、該第３列のＧ画素の斜め上方に隣接する第４列のＲ画素（以降この配列の繰り返し）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。
また、例えば、第４Ｇライン及び第８Ｇラインは、直線で構成される。すなわち、第１列のＧ画素、該第１列のＧ画素に隣接する第２列のＢ画素、該第２列のＢ画素に隣接する第３列のＧ画素、該第３列のＧ画素に隣接する第４列のＢ画素（以降この配列の繰り返し）の中心を直線で連結した実線に沿って形成される。
また、例えば、第３Ｇライン及び第７Ｇラインは、第１列のＧ画素、該第１列のＧ画素の斜め下方に隣接する第２列のＢ画素、該第２列のＢ画素の斜め上方に隣接する第３列のＧ画素、該第３列のＧ画素の斜め下方に隣接する第４列のＢ画素（以降この配列の繰り返し）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８は、本発明の第４の実施例による固体撮像装置４００により読み出される信号配列を示す概念図である。
図８（Ａ）は、第１フィールドの信号配列を示す概念図であり、図８（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。本実施例では、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８（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８（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８（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。
なお、第４の実施例の場合、ＧとＲＢの信号電荷を読み出す際に、互いに独立して読み出す必要があるため、例えば、Ｇ、Ｒ、Ｂのそれぞれを独立して読み出し制御可能な特別な電極構造が必要となる。この電極構造に関しては、例えば、本発明者等による特許出願平１０−１３５４１５（特開平１１−３３１８５５号公報）の発明の実施の形態の項に詳しく記載されている。
図９は、本発明の第１〜第４の実施例による空間解像度と従来技術によるものとを比較するためのグラフである。
図９（Ａ）に従来の垂直加算で得られる空間サンプリング応答を示し、図９（Ｂ）に本発明の第１〜第４の実施例による垂直加算で得られる空間サンプリング応答を示す。図中、実線は第１フィールド、点線は第２フィールドの空間サンプリング応答を示す。図に示すように、本発明の第１〜第４の実施例を適用することにより、従来の垂直加算に比べて、空間解像度は概ね２倍になる。
以上、本発明の実施例によれば、垂直方向に隣接する信号ラインの信号電荷を加算することで、加算後の垂直解像度を最大限高めることができる。
また、同一色の信号を加算することにより、その加算回数に比例して感度を高めることができる。さらに、加算回数に応じて、フレームレートを高めることができる。
また、全画素の信号を捨てることなく加算によって実効的画素数を低減することができるので、信号の利用効率を高めることができる。
なお、実施例では、第１フィールドと第２フィールドの２回に分けて信号を読み出したが、これに限らず例えば第１フィールド〜第３フィールドの３回に分けて信号を読み出し、該第１フィールド〜第３フィールドの信号を合成して１つのフレームの信号を生成することもできる。この場合には、例えば、第１Ｇライン、第２Ｇライン、第７Ｇライン及び第８Ｇラインを第１フィールドの信号として読み出し、第３Ｇライン、第４Ｇライン、第９Ｇライン及び第１０Ｇラインを第２フィールドの信号として読み出し、第５Ｇライン、第６Ｇライン、第１１Ｇライン及び第１２Ｇラインを第３フィールドの信号として読み出すようにする。
また、実施例では、Ｇ（緑）画素を解像度を決定するものとして該Ｇ画素の垂直方向に隣接する信号電荷を加算したが、その他の色の垂直方向に隣接する信号電荷を加算するようにしても良い。ここで、その他の色とは、Ｒ（赤）及びＢ（青）に限らず例えば、白色等を含む。
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の実施例による固体撮像装置１００により読み出される信号配列を示す概念図である。 第１の実施例による固体撮像装置１００の電極構造を示す平面図である。 第２の実施例による固体撮像装置２００の電極構造を示す平面図である。 本発明の第３の実施例による固体撮像装置３００の概略平面図である。 本発明の第３の実施例による固体撮像装置１００により読み出される信号配列を示す概念図である。 本発明の第４の実施例による固体撮像装置４００の概略平面図である。 本発明の第４の実施例による固体撮像装置４００により読み出される信号配列を示す概念図である。 本発明の第１〜第４の実施例による空間解像度と従来技術によるものとを比較するためのグラフである。 従来の固体撮像装置８００の概略平面図である。 従来の固体撮像装置９００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ＰＩＡＣＣＤ固体撮像装置９００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、３…ＨＣＣＤ、４…周辺回路、１２…光電変換素子、１３…チャネルストップ領域、１４…垂直電荷転送装置、１６…転送電極、２０…ラインメモリ、２３…水平加算回路、１００、２００、３００、４００…固体撮像装置

Claims (8)

  1. ２次元表面を画定する半導体基板と、
    前記半導体基板の受光領域に、複数行複数列に渡って配置された多数個の光電変換素子と、
    各フィールドには少なくとも１色の垂直方向に隣接する前記光電変換素子の信号電荷を含むように、前記複数の光電変換素子に蓄積された信号電荷を複数フィールドに分けてインターレース読み出しを行う電荷読み出し手段と、
    前記複数フィールドに分けて読み出した信号電荷を各フィールドごとに垂直加算する垂直加算手段と
    を有する固体撮像装置。
  2. 前記複数フィールドは、前記多数個の光電変換素子の略半数を読み出す第１フィールドと、残りの略半数を読み出す第２フィールドである請求項１記載の固体撮像装置。
  3. 前記少なくとも１色は緑色（Ｇ）である請求項１又は２記載の固体撮像装置。
  4. 前記垂直加算手段は、少なくとも１色の垂直方向に隣接する複数の光電変換素子の信号電荷を含む各フィールドの同色信号を垂直方向に加算する請求項１〜３のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
  5. 前記光電変換素子は、正方行列の第１正方格子と前記第１正方格子の格子間位置に格子点を有する第２正方格子とのそれぞれの格子点に配置される請求項１〜４のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
  6. 前記第１正方格子の格子点には緑色（Ｇ）の画素が配置され、前記第２正方格子の格子点には赤色（Ｒ）と青色（Ｂ）の画素が交互に配置される請求項５記載の固体撮像装置。
  7. さらに、前記各フィールドごとに垂直加算された信号電荷の同一色信号電荷を水平方向に加算する水平加算手段を有する請求項１〜６のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
  8. さらに、前記複数フィールドの信号を字空間的に合成し１フレームの画像を生成するフレーム生成手段を有する請求項１〜７のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
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