JP2006157581A - 固体撮像素子の駆動方法及び固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 画素加算して画像を取り込む際に、相対個数が少ない検出色の水平解像度の低下を抑制することのできる固体撮像素子の駆動方法および固体撮像装置を提供する。
【解決手段】 複数の検出色のうちのいずれかの色の光に感応する光電変換部を行列状に配置した多数個の画素と、これら各画素が発生した電荷を転送する複数の垂直転送部と、各垂直転送部から転送される電荷を転送する水平転送部とを有し、複数の検出色は、対応する画素数が相対的に少ない１又は複数の第１の検出色（例えばＲ、Ｂ）と、対応する画素数が相対的に多い１又は複数の第２の検出色（例えばＧ）を含み、これら検出色の光に感応する画素は、それぞれ規則的に分散して配置され、画素の電荷を転送するに際して、第１の検出色の画素の電荷は、相互に異なる行に配置され近接する同色の画素同士の電荷を加算し、第２の検出色の画素の電荷は、同一行に配列され近接する同色の画素同士の電荷を加算する。
【選択図】 図７

Description

本発明は、固体撮像素子の駆動方法及び固体撮像装置に関する。

ＣＣＤ型固体撮像素子をエリア・イメージセンサとして利用したデジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ等の撮像装置が急速に普及している。ＣＣＤ型固体撮像素子においては、半導体基板の一表面に多数個の光電変換素子が複数行、複数列に亘って行列状に配置され、ＣＣＤ（電荷結合素子）によって構成される垂直電荷転送素子（ＶＣＣＤ）が、例えば１つの光電変換素子列に１つずつ、この光電変換素子列に沿って配設される。また、ＣＣＤによって構成される水平電荷転送素子（ＨＣＣＤ）が、垂直電荷転送素子それぞれの出力端に配置されている。

また、カラー撮影に使用される単板式のＣＣＤ型固体撮像素子では、行列状に配置された多数個の光電変換素子の上方に色フィルタアレイが配置される。色フィルタアレイは、個々の光電変換素子の上方に１つずつ配置された色フィルタによって構成され、その種類として、３原色系の色フィルタアレイと、補色系の色フィルタアレイとがある。補色系の色フィルタアレイとしては、補色の色フィルタのみによって構成されるものと、補色の色フィルタと緑色の色フィルタとによって構成されるものとが知られている。色フィルタの色が、その画素の色となる。

単板式のＣＣＤ型固体撮像素子における個々の画素は、フォトダイオードによって構成される光電変換素子と、その上方に配置された１つの色フィルタとを有する。必要に応じて、色フィルタ上にマイクロレンズが配置される。

上記構成のＣＣＤ型固体撮像素子の構成において、素子上の画素に光が入射すると、その光量に応じた量の電荷が、この画素の光電変換素子に蓄積される。個々の画素（光電変換素子）に蓄積された電荷は、この画素に対応する垂直電荷転送素子へ読み出され、さらに、この垂直電荷転送素子によって水平電荷転送素子へ転送される。１つの画素行に属する画素の各々に蓄積された電荷は、対応する垂直電荷転送素子へ同じタイミングで読出され、同じタイミングで水平電荷転送素子へ転送される。水平電荷転送素子は、垂直電荷転送素子の各々から受け取った電荷を所定方向に順次転送し、出力する。

水平電荷転送素子から出力された電荷は、上記の半導体基板に形成された出力回路部によって検出される。出力回路部は、検出した電荷に応じた信号電圧を生成し、この信号電圧を増幅して出力する。出力回路部によって検出された後の電荷は、例えば、ドレイン領域へ掃き出された後に電源電圧に吸収される。
このようなＣＣＤ型固体撮像素子を利用した撮像装置は、出力回路部から出力される信号電圧（画素信号；単位信号）を利用して画像信号を生成する。

エリア・イメージセンサとして利用される固体撮像素子としては、多数個の画素が正方格子状（行数と列数とが異なるものを含む。）に配置されたものが知られている。このような固体撮像素子に広く利用されている色フィルタの配列として、ベイヤー配列がある。 ベイヤー配列は、Ｒ画素とＧ画素とを交互に繰り返し配置した画素行と、Ｇ画素とＢ画素とを交互に繰り返し配置した画素行とを交互に繰り返し形成したものである。また、奇数行、奇数列の画素と偶数行、偶数列の画素とを１／２ピッチずつずらした画素配列も知られており、このような画素配列の固体撮像素子では、図１６に示すように、ベイヤー配列の行方向及び列方向を約４５゜傾斜させた、所謂、ＧストライプＲ／Ｂ完全市松配列の色フィルタが利用される。

上記配列の画素からなるＣＣＤ型の固体撮像素子の駆動方法として、通常は、全ての光電変換素子からの信号電荷をそれぞれ画素信号として利用するが、固体撮像素子を用いた電子スチルカメラにおけるモニターモード（カメラの表示部に撮影画像を表示するモード）や、動画撮影モード（記録画素数が一般に少ない）では、垂直方向及び水平方向に間引いた信号を得れば充分である。

その場合の垂直方向の間引きは、光電変換素子から垂直転送部への読み出しを間引いたり、垂直方向の複数の光電変換素子の電荷を垂直転送路で加算（混合）させたりすることによって実現される。また、水平方向の間引きは、垂直転送部と水平転送部との間に、信号電荷を一時蓄積するラインメモリを設け、垂直転送部から水平転送部への転送列を間引いたり、水平転送部で複数の垂直転送部から電荷を加算（混合）することによって実現される。信号電荷の加算を行うと、信号処理上１つの画素として扱われる信号量（電荷量）が増加しているので、撮影感度が向上する利点がある。
上記のように、水平転送部において信号電荷の加算を行う固体撮像素子は、例えば特許文献１に示されている。

図１７は、図１６に示す画素配列で構成され水平転送部にて信号電荷の加算を行う固体撮像素子の一例としての概略構成を平面的に示す図である。
この固体撮像素子１は、半導体基板表面に複数行、複数列に亘って行列状に配設された複数の光電変換素子２と、光電変換素子２に隣接して設けられ、光電変換素子２で発生した信号電荷を列方向Ｙに転送する複数の垂直転送部３と、光電変換素子１の信号電荷を垂直転送部３に読み出す電荷読み出し部４と、垂直転送部３の端部に設けられ、垂直転送部３からの信号電荷を一時蓄積するラインメモリ５と、ラインメモリ５からの信号電荷を行方向Ｘに転送する水平転送部６と、水平転送部６によって転送される信号電荷に応じた信号を出力する出力部７とを含む。なお、図１７の符号は、その一部のみに代表して番号を付したものである。

光電変換素子２は、埋込型のフォトダイオードで実現され、入射光量に応じた信号電荷を発生し蓄積する。各光電変換素子２の上方には、色フィルタ（図示せず）が設けられ、各光電変換素子２は、フィルタの色に対応した分光感度の信号電荷を発生し蓄積する。色フィルタは、例えば赤色（以下、単に「Ｒ」と記述する場合もある）、緑色（以下、単に「Ｇ」と記述する場合もある）、青色（以下、単に「Ｂ」と記述する場合もある）の３原色で構成される。

垂直転送部３は、光電変換素子２から読み出された電荷を蓄積し、転送する垂直電荷転送チャネルと、その上方に設けられた垂直転送電極（図１７においては、垂直電荷転送チャネル領域に対応する領域を概略的に垂直転送部３として表している。）を含む第１のタイプの電荷転送素子で構成される。光電変換素子２の信号電荷は、電荷読み出し部４を介して垂直転送部３に読み出される。光電変換素子２、垂直転送部３、電荷読み出し部４の形状及び配置、垂直転送電極（図示せず）の形状、配置等は、種々のものが周知であるので、詳細な記載は省略する。

ラインメモリ５は、垂直転送部３に続く１つの電荷転送段として構成される。ラインメモリ５を構成する電荷転送段は、第２のタイプの電荷転送素子の電荷転送段と同様の構成を有し、上流の垂直転送部３側にｎ^-型不純物添加領域、下流の水平転送部３側にｎ型不純物添加領域が形成されている。したがって、上流側に隣接する垂直転送部３の電荷転送段に信号電荷を蓄積した後、その電荷転送段に相対的に低いレベルの電圧を印加し、ラインメモリ５に相対的に高いレベルの電圧を印加することにより、垂直転送部３からの信号電荷をラインメモリ５に転送し、蓄積することができる。

水平転送部６は、第２のタイプの電荷転送素子で構成され、１つの垂直転送部３に対応して１つの電荷転送段を有する。そして、垂直転送部３の下流端に設けられたラインメモリ５に蓄積された信号電荷が対応する電荷転送段に転送され、蓄積され、出力部７に転送される。

特開２００２−１１２１１９号公報

ところで、図１６に示すＲ、Ｇ、Ｂ各画素の配列の場合、図１８に示すように、水平方向に対する画素加算は、Ｇ画素同士、Ｒ画素同士、及びＧ画素同士を加算するが、相対個数の多いＧ画素に対しては水平距離Ｌとなる隣接画素同士を加算するものの、相対個数の少ないＲ画素とＢ画素に対しては、水平距離２Ｌとなる水平１画素飛ばしの画素加算となっている。そのため、画素加算後の画像信号は、Ｒ画素、Ｂ画素に対する水平解像度が低下する。

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、画素加算して画像を取り込む際に、相対個数が少ない検出色の水平解像度の低下を抑制することのできる固体撮像素子の駆動方法及び固体撮像装置を提供することを目的としている。

本発明に係る上記目的は、下記構成により達成される。
（１） 複数の検出色のうちのいずれかの色の光に感応して電荷を発生する光電変換部を複数行、複数列に亘って行列状に配置した多数個の画素と、これら各画素に隣接して設けられ前記各画素が発生した電荷を列方向下流側に転送する複数の垂直転送部と、前記各垂直転送部の列方向下流側に配置され該垂直転送部から転送される前記電荷を行方向下流側に転送する水平転送部とを有する固体撮像素子の駆動方法であって、前記複数の検出色は、対応する画素数が相対的に少ない１又は複数の第１の検出色と、対応する画素数が相対的に多い１又は複数の第２の検出色を含み、前記検出色の光に感応する画素は、それぞれ規則的に分散して配置されており、前記画素の電荷を転送するに際して、前記第１の検出色の画素の電荷については、相互に異なる行に配置され近接する同色の画素同士の電荷を加算し、前記第２の検出色の画素の電荷については、同一行に配列され近接する同色の画素同士の電荷を加算する固体撮像素子の駆動方法。

この固体撮像素子の駆動方法によれば、各画素の光電変換部から電荷を読み出す際、複数の画素の電荷を加算して画像を取り込む電荷加算転送を行う場合であっても、対応する画素数が相対的に少ない第１の検出色（例えばＲ、Ｂ）の画素の電荷については、相互に異なる行に配置され近接する同色の画素同士の電荷と加算し、対応する画素数が相対的に多い第２の検出色（例えばＧ）の画素の電荷については、同一行に配列され近接する同色の画素同士の電荷を加算する。従って、比較的離れた位置に配置される相対個数が少ない検出色の画素は相互に異なる行で画素加算を行うことで画素間距離が短くなり、比較的近い位置に配置される相対個数が多い検出色の画素は同一行の隣接画素同士で加算することで、水平解像度を低下させることなく、画素加算した画像信号を得ることができる。

（２） （１）記載の固体撮像素子の駆動方法であって、前記垂直転送部から前記水平転送部への電荷の転送が、前記垂直転送部の前記列方向下流端に設けられた複数の電荷蓄積部に、前記電荷を一旦蓄積してから行われるものであり、前記電荷蓄積部に蓄積された前記第１の検出色の画素の電荷を、前記水平転送部へ転送するステップと、前記水平転送部に転送された電荷を、前記水平転送部内で下流側に転送するステップと、前記垂直転送部から前記電荷蓄積部に電荷を転送するステップと、前記電荷蓄積部に蓄積された前記第１の検出色の画素の電荷を前記水平転送部へ転送し、前記水平転送部内で下流側へ転送された前記第１の検出色の電荷と加算するステップと、前記電荷蓄積部に蓄積された前記第２の検出色の画素の電荷の一部を、前記水平転送部へ転送するステップと、前記水平転送部に転送された電荷を、前記水平転送部内で下流側に転送するステップと、前記電荷蓄積部に蓄積された前記第２の検出色の画素の電荷の残部を前記水平転送部へ転送し、前記水平転送部内で下流側へ転送された前記第２の検出色の電荷と加算するステップと、を含む固体撮像素子の駆動方法。

この固体撮像素子の駆動方法によれば、同色画素同士の水平方向距離が長くなる相対個数の少ない第１の検出色（例えばＲ、Ｂ）の画素からの電荷を、同一行の同色の画素ではなく、この画素とは相互に異なる行に配置された近接する同色の画素からの電荷と混合することで、水平解像度の低下を抑えた水平転送部内での画素混合が行える。また、同色画素同士の水平方向距離が短い相対個数の多い第２の検出色（例えばＧ）の画素からの電荷を、同一行で近接する同色の画素からの電荷と混合することで、簡便にして水平転送部内で画素混合が行える。

（３） （１）記載の固体撮像素子の駆動方法であって、前記垂直転送部から前記水平転送部への電荷の転送が、前記垂直転送部の前記列方向下流端に設けられた複数の電荷蓄積部に、前記電荷を一旦蓄積してから行われるものであり、前記電荷蓄積部に蓄積された前記第１の検出色の画素の電荷を、前記水平転送部へ転送するステップと、前記垂直転送部から前記電荷蓄積部に電荷を転送するステップと、前記電荷蓄積部に蓄積された前記第１の検出色の画素の電荷を前記水平転送部へ転送し、前記水平転送部内の前記第１の検出色電荷と加算するステップと、前記水平転送部に転送された電荷を、前記水平転送部内で下流側に転送するステップと、前記電荷蓄積部に蓄積された前記第２の検出色の画素の電荷の一部を、前記水平転送部へ転送するステップと、前記水平転送部に転送された電荷を、前記水平転送部内で下流側に転送するステップと、前記電荷蓄積部に蓄積された前記第２の検出色の画素の電荷の残部を前記水平転送部へ転送し、前記水平転送部内で下流側へ転送された前記第２の検出色の画素の電荷と加算するステップと、を含む固体撮像素子の駆動方法。

この固体撮像素子の駆動方法によれば、同色画素同士の水平方向距離が長くなる相対個数の少ない第１の検出色（例えばＲ、Ｂ）の画素からの電荷を、同一行の同色の画素ではなく、この画素とは相互に異なる行でかつ同じ列に配置され近接する同色の画素からの電荷と混合することで、水平解像度の低下を抑えた水平転送部内での画素混合が行える。また、同色画素同士の水平方向距離が短い相対個数の多い第２の検出色（例えばＧ）の画素からの電荷を、同一行で近接する同色の画素からの電荷と混合することで、簡便にして水平転送部内で画素混合が行える。

（４） （１）〜（３）のいずれか１項記載の固体撮像素子の駆動方法であって、近接する同色の画素同士の電荷を加算して転送する電荷加算転送を選択的に行う固体撮像素子の駆動方法。

この固体撮像素子の駆動方法によれば、特に画素加算が必要となる場合にだけに電荷加算転送を選択的に行うことができ、画像信号取り出し後の後処理で画素加算のためのデータ演算が不要となり、画像信号の処理速度が向上する。

（５） （４）記載の固体撮像素子の駆動方法であって、前記電荷加算転送を前記固体撮像素子によって動画像を撮影し記録する場合に行う固体撮像素子の駆動方法。

この固体撮像素子の駆動方法によれば、動画像を撮影し記録する場合に電荷加算転送を行うことで、撮影時に生成される画像信号の後処理が軽減される。

（６） （４）又は（５）記載の固体撮像素子の駆動方法であって、前記電荷加算転送を前記固体撮像素子による撮影画像のモニター表示を行う場合に行う固体撮像素子の駆動方法。

この固体撮像素子の駆動方法によれば、モニター表示を行う場合に電荷加算転送を行うことで、表示時に出力されてくる画像信号の処理が軽減される。

（７） 複数の検出色のうちのいずれかの色の光に感応して電荷を発生する光電変換部を複数行、複数列に亘って行列状に配置した多数個の画素と、これら各画素に隣接して設けられ前記各画素が発生した電荷を列方向下流側に転送する複数の垂直転送部と、前記各垂直転送部の列方向下流端に配置され該垂直転送部から転送される前記電荷を行方向下流側に転送する水平転送部と、を有する固体撮像素子と、（１）〜（６）のいずれか１項記載の駆動方法に基づく駆動を行うための駆動信号を出力する制御部と、を備えた固体撮像装置。

この固体撮像素子の駆動方法によれば、各画素の光電変換部から電荷を読み出す際、複数の画素の電荷を加算して画像を取り込む電荷加算転送を行う場合であっても、対応する画素数が相対的に少ない第１の検出色（例えばＲ、Ｂ）の画素の電荷については、相互に異なる行の画素との電荷加算により画素間距離が短くなり、対応する画素数が相対的に多い第２の検出色（例えばＧ）の画素の電荷については同一行に配列され近接する同色の画素同士の電荷を加算する。これにより、相対個数が少ない検出色の水平解像度の低下を抑制した電荷加算転送が可能となる。

本発明の固体撮像素子の駆動方法及び固体撮像装置によれば、画素加算して画像を取り込む際に、相対個数が少ない検出色の水平解像度の低下を抑制することができる。

以下、本発明に係る固体撮像素子の駆動方法及び固体撮像装置の好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
まず、固体撮像装置の構成から説明する。
図１は、本実施形態による固体撮像装置の概略を示すブロック図である。同図に示すように、本実施形態による固体撮像装置１００は、撮像光学系１１、固体撮像素子１３、駆動回路１５、画像信号処理回路１７、画像データ出力部１９、表示部２１、記録部２３、制御部２５、操作部２７及びパルス信号発生部２９を備えている。

撮像光学系１１は、固体撮像素子１３上に光学像を結像させる。この撮像光学系１１は、例えば光学レンズ、絞り、オプティカルローパスフィルタ等を含んで構成される。なお、図中の矢印Ｌは光を示している。

固体撮像素子１３は、例えばＣＣＤイメージセンサからなり、撮像光学系１１が結像した光学像を電気信号に変換する。この固体撮像素子１３は、光電変換素子、垂直電荷転送素子（ＶＣＣＤ）、水平電荷転送素子（ＨＣＣＤ）、出力部及び色フィルタアレイを含んで構成される。固体撮像素子１３の詳細については後述する。

駆動回路１５は、固体撮像素子１３の動作に必要な駆動信号及び制御信号を固体撮像素子１３に供給する。この駆動回路１５は、例えば垂直ドライバ、水平ドライバ、ＤＣ電源等を含んで構成される。また、撮像光学系１１の光学レンズや絞りを制御する回路も必要に応じて含まれる。

画像信号処理回路１７は、固体撮像素子１３で生成された画像信号を受け取り、これに種々の処理を施して画像データを生成する。この画像信号処理回路１７は、例えばアナログ／デジタル変換器、ＣＤＳ回路（相関二重サンプリング回路）、色分離回路、ディレーライン等を含んで構成される。

画像データ出力部１９は、画像信号処理回路１７から出力された画像データを受け取り、この画像データをフレームメモリ等の記憶媒体に記憶する。

表示部２１は、画像データ出力部１９から供給される画像データに基づいて、静止画または動画を表示する。この表示部２１は、例えば液晶ディスプレイ等の表示装置を含んで構成される。

記録部２３は、画像データ出力部１９から供給される画像データを、例えばメモリカード等の記録媒体に記録する。

制御部２５は、駆動回路１５、画像信号処理回路１７及び画像データ出力部１９等の動作を制御する駆動信号を出力する。この制御部２５は、例えば中央演算処理装置（ＣＰＵ）によって構成される。そして、制御部２５の内部には、モード選択部２６が含まれる。

モード選択部２６は、固体撮像装置１００の撮像モードを選択するための選択スイッチである。固体撮像装置１００は、例えば、少なくとも２つの撮像モード、即ち、静止画を撮像して記録する静止画記録モードと、動画を撮像する動画記録モードとを有する。このモード選択部２６は、固体撮像装置１００の使用者によって操作部２７を介して操作される。なお、静止画記録モード時及び動画記録モード時において、非撮影時には、固体撮像素子１３からの画像データに基づくモニター画像が表示部２１に表示される。

パルス信号発生部２９は、装置内の動作タイミングの統一をとるためのパルス信号を生成し、駆動回路１５、画像信号処理回路１７及び制御部２５等に供給する。このパルス信号発生部２９は、例えば、一定の周期でパルスを発生する原発振、タイミングジェネレータ等を含んで構成される。

固体撮像装置１００の一構成要素である固体撮像素子１３は、複数の光電変換素子に蓄積された電荷をこの固体撮像素子１３内で垂直加算及び水平加算できるＣＣＤイメージセンサである。以下、ＣＣＤイメージセンサの構成について、詳細な例を挙げて説明する。

図２は、本実施形態による固体撮像素子１３における光電変換素子、垂直電荷転送素子、ＣＣＤラインメモリ部、水平電荷転送素子及び出力部の平面配置を概略的に示す部分平面図である。

図２に示すように、本実施形態の固体撮像素子１３においては、多数個の光電変換素子３１が画素ずらし配置されている。同図においては、便宜上、赤色フィルタを記号Ｒで示し、緑色フィルタを記号Ｇ１またはＧ２で示し、青色フィルタを記号Ｂで示している。

図２に示した色フィルタアレイは、緑色フィルタＧ１のみによって構成された第１色フィルタ列ＦＣ１と、青色フィルタＢと赤色フィルタＲとが交互に配置された第２色フィルタ列ＦＣ２と、緑色フィルタＧ２のみによって構成された第３色フィルタ列ＦＣ３と、赤色フィルタＲと青色フィルタＢとが交互に配置された第４色フィルタ列ＦＣ４とが、紙面の左から右へ向かってこの順番で繰り返し配置されている。また、第２色フィルタ列ＦＣ２における赤色フィルタＲと青色フィルタＢとの配置は、第４色フィルタ列ＦＣ４における赤色フィルタＲと青色フィルタＢとの配置と逆になっている。そして、各色フィルタＧ１、Ｒ、Ｇ２及びＢは、画素ずらし配置されて、色フィルタ列方向及び色フィルタ行方向にずれている。

なお、第１色フィルタ列ＦＣ１を構成する緑色フィルタＧ１と、第３色フィルタ列ＦＣ３を構成する緑色フィルタＧ２とは、参照符号を便宜的に変えただけであり、両者は同じ材料によって形成されている。

ここで、「画素ずらし配置」とは、本明細書においては下記の配置を意味する。即ち、奇数番目に当たる光電変換素子列の各光電変換素子に対し、偶数番目に当たる光電変換素子列の光電変換素子の各々が、光電変換素子列内での光電変換素子のピッチの約１／２、列方向にずれ、奇数番目に当たる光電変換素子行の各光電変換素子に対し、偶数番目に当たる光電変換素子行の光電変換素子の各々が、光電変換素子行内での光電変換素子のピッチの約１／２、行方向にずれ、光電変換素子列の各々が奇数行または偶数行の光電変換素子のみを含むような、多数個の光電変換素子の配置を意味する。「画素ずらし配置」は、複数行、複数列に亘って行列状に形成された多数個の光電変換素子の一形態である。

図２に示すように、１つの画素列（光電変換素子列）には１つずつ、この画素列に沿って蛇行した垂直転送部３３が配置される。個々の垂直転送部３３は、半導体基板３５に形成された垂直電荷転送チャネル３７と、半導体基板３５上に電気的絶縁膜（図示せず）を介して配置された多数本の第１垂直転送電極４１、第２垂直転送電極４３と、第１〜第３補助転送電極４５〜４７と、第１、第２転送制御電極ＬＭ１，ＬＭ２と、第１、第２水平転送電極Ｈａ，Ｈｂとを含む。

なお、本明細書においては、電荷転送素子によって転送される電荷の移動を１つの流れとみなして、個々の部材等の相対的な位置を、必要に応じて「何々の上流」、「何々の下流」等と称して特定する。

１つの画素行（光電変換素子行）の下流側には、第１、第２垂直転送電極４１，４３が１本ずつ配置される。第１垂直転送電極４１の各々は、光電変換素子３１から垂直転送部３３への電荷転送を制御する読出しゲートも構成する。

図３は、図２に示した固体撮像素子１３における１個の画素とその周辺を概略的に示す断面図である。同図には、図１においては図示を省略した光遮蔽膜及びパッシベーション膜、並びにこれらよりも半導体基板からみて上方に配置される部材が示されている。図３に示した構成要素のうちで既に図２に示した構成要素については、図２で用いた参照符号と同じ参照符号を付してその説明を省略する。

図３に示すように、光電変換素子３１は、半導体基板３５上のｐ型不純物添加領域３５ｂの所定箇所にｎ型不純物添加領域３１ａを設け、このｎ型不純物添加領域３１ａ上にｐ⁺ 型不純物添加領域３１ｂを設けることによって形成された埋込型のフォトダイオードによって構成される。ｎ型不純物添加領域３１ａは、電荷蓄積領域として機能する。

各光電変換素子３１（ｎ型不純物添加領域３１ａ）における図３での右側縁部に沿って、ｐ型不純物添加領域３５ｂが１箇所ずつ露出している。ｐ型不純物添加領域３５ｂにおけるこの領域が、読出ゲート５２用のチャネル領域５２ａとして利用される。垂直電荷転送チャネル３７とこれに対応する光電変換素子３１とは、チャネル領域５２ａを介して隣接する。

電気的絶縁膜５３は、例えば単層のシリコン酸化物膜、シリコン酸化物膜とシリコン窒化物膜との積層膜等によって形成される。

第１垂直転送電極４１の表面には、熱酸化膜などによって構成された電気的絶縁膜ＩＦが形成される。図３では見えていない第２垂直転送電極４３及び補助転送電極４５〜４７についても同様である。

チャネル領域５２ａが形成されている箇所を除き、チャネルストップ領域ＣＳが各光電変換素子３１の平面視上の周囲、各垂直電荷転送チャネル３７の平面視上の周囲及び水平電荷転送チャネル５５（図２参照）の平面視上の周囲に形成される。このチャネルストップ領域ＣＳは、例えばｐ型不純物添加領域３５ｂの所定箇所にｐ⁺ 型不純物添加領域を設けることによって形成される。ｐ⁺ 型不純物添加領域におけるｐ型不純物の濃度は、ｐ型不純物添加領域におけるｐ型不純物の濃度よりも高い。

各不純物添加領域は、例えばイオン注入とその後のアニールとによって形成することができる。ｐ型不純物添加領域３５ｂは、例えばエピタキシャル成長法によって形成することもできる。

垂直電荷転送素子（以下、垂直転送部と呼ぶ）３３、水平電荷転送素子（以下、水平転送部と呼ぶ）５７、及び出力回路部５９（図２参照）を覆うようにして、光遮蔽膜６１が形成される。この光遮蔽膜６１は、個々の光電変換素子３１の上方に開口部６１ａを１つずつ有する。個々の光電変換素子３１表面において開口部６１ａ内に平面視上位置する領域が、この光電変換素子３１における光入射面となる。

光遮蔽膜６１は、例えばアルミニウム、クロム、タングステン、チタン、モリブデン等の金属材料や、これらの金属の２種以上からなる合金材料を用いて形成される。

そして、パッシベーション膜６３が、光遮蔽膜６１と、開口部６１ａから露出している電気的絶縁膜５３を覆い、その下の部材を保護する。このパッシベーション膜６３は、例えば、シリコン窒化物、シリコン酸化物等によって形成される。

さらに、第１の平坦化膜６５が、パッシベーション膜６３を覆う。第１の平坦化膜６５は、後述するマイクロレンズ７２用の焦点調節層としても利用される。必要に応じて、第１の平坦化膜６５中にインナーレンズが形成される。この第１の平坦化膜６５は、例えばフォトレジスト等の透明樹脂を例えばスピンコート法によって所望の厚さに塗布することによって形成される。

個々の光電変換素子３１上に色フィルタが１つずつ配置され、特定の検出色の光電変換部が形成されている。色フィルタは、光電変換素子３１の検出色を設定するもので、第１の平坦化膜６５上に形成される。図３においては、３個の緑色フィルタ６７が示されている。

色フィルタは、例えば、所望色の顔料もしくは染料を含有させた樹脂（カラーレジン）の層を、フォトリソグラフィ法等の方法によって所定箇所に形成することによって作製することができる。

色フィルタの上には、第２の平坦化膜６９が各色フィルタ上に形成されて、マイクロレンズ７２を形成するための平坦面を形成する。第２の平坦化膜６９は、例えばフォトレジスト等の透明樹脂を例えばスピンコート法によって所望の厚さに塗布することによって形成される。

マイクロレンズ７２が、第２の平坦化膜６９上に形成される。このマイクロレンズ７２は、個々の光電変換素子３１の上方に１個ずつ配置される。マイクロレンズ７２は、例えば、屈折率が概ね１．３〜２．０の透明樹脂（フォトレジストを含む）からなる層をフォトリソグラフィ法等によって所定形状に区画した後、熱処理によって各区画の透明樹脂層を溶融させ、表面張力によって角部を丸め込ませた後に冷却すること等によって得られる。１つの区画が１つのマイクロレンズ７２となる。

図４は図２に示した固体撮像素子における水平転送部を概略的に示す部分拡大平面図である。同図に示すように、水平転送部５７は、光電変換素子の行方向に帯状に延在する１本の水平電荷転送チャネル５５と、この水平電荷転送チャネル５５上に形成された多数個の第１、第２水平転送電極Ｈａ，Ｈｂとを有する。個々の第１水平転送電極Ｈａは、平面視上、矩形を呈する。また、個々の第２水平転送電極Ｈｂは、平面視上、逆Ｌ字状を呈する。

これらの第１及び第２水平転送電極Ｈａ，Ｈｂは、電気的絶縁膜５３を介して半導体基板３５上に形成されており、例えば、ポリシリコン層からなる。

図５は、図２に示す固体撮像素子のＡ−Ａ断面を示す説明図である。なお、図５においては、垂直転送部、ラインメモリ、水平転送部の各電極及び不純物領域相互の位置関係を示すもので、各要素の寸法（例えば、第１水平転送電極Ｈａ下方のｎ型不純物領域等の寸法）は、正確ではない。

チャネルストップ領域ＣＳ（図３参照）に区画された垂直電荷転送チャネル３７（一部のみ番号を付してある。）上には、図２に示すように、最下流の光電変換素子に対応する垂直転送電極Ｖ１から図中下方に向けて順番に、垂直転送電極Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４が設けられ、続いて転送制御電極ＬＭ（この例では、第１転送制御電極ＬＭ１と第２転送制御電極ＬＭ２が設けられるが、同じ電圧が印加されるので、単に「ＬＭ」と記述する。）が設けられる。図５の断面図に示すように。垂直電荷転送チャネル３７は、ｎ型不純物領域で形成され、垂直電荷転送チャネル３７に続いて転送制御電極ＬＭのｎ^-型不純物領域７１、ｎ型不純物領域７３が設けられる。

水平転送部５７は、前述したように、行方向に帯状に延在する１本の水平電荷転送チャネル５５と、水平電荷転送チャネル５５の上方に形成された多数個の第１水平転送電極Ｈａと第２水平転送電極Ｈｂとを有する。第１水平転送電極Ｈａは、水平電荷転送チャネルのｎ型不純物領域７５上方に設けられ、第２水平転送電極Ｈｂは、水平電荷転送チャネルのｎ^-型不純物領域７７上方に設けられる。第２水平転送電極Ｈｂは、第２転送制御電極ＬＭ２と第１水平転送電極Ｈａとの間の領域に回り込んでおり、回り込んだ部分の下方もｎ^-型不純物領域となっている。

垂直転送電極Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４は、４相の駆動パルスφＶ１〜φＶ４で駆動され、水平転送電極Ｈａ，Ｈｂは、４相の駆動パルスφＨ１〜φＨ４で駆動される。同じ電荷転送機能を有する垂直転送電極Ｈａ、Ｈｂには、同一の駆動パルスが印加されるので、必要に応じて、垂直転送電極ＨａとＨｂを、対応する印加される駆動パルスφＨ１〜φＨ４に合わせ、Ｈ１〜Ｈ４と記述する。

ここで、基本的な電荷の転送方法について説明する。
図６は、図５に示した部分の不純物領域の電位レベルを、垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ４、転送制御電極ＬＭ、及び水平転送電極Ｈ１，Ｈ４，Ｈ３に印加される駆動パルスのレベルの変化（ａ）〜（ｅ）に対応させて示した説明図である。図６における「Ｈ」は、対応する電極に相対的に高いレベル（以下、単に「ハイレベル」と記述する。）の電圧が印加されている状態（以下、単に「ハイレベル」と記述する。）を示し、「Ｌ」は、対応する電極に相対的に低いレベルの電圧が印加されている状態（以下、単に「ローレベル」と記述する。）を示す。

図６（ａ）は、電極Ｖ１、Ｖ４、Ｈ１、Ｈ７がローレベル、電極Ｖ２、Ｖ３、ＬＭ、Ｈ４がハイレベルとなっており、垂直転送部３３の信号電荷が電極Ｖ２、Ｖ３の下方に蓄積されている状態を示す。この状態から、図６（ｂ）に示すように、電極Ｖ４をハイレベルにすると、電極Ｖ４下方のバリア領域がなくなるので、信号電荷は転送制御電極ＬＭ下方のラインメモリ（以降は、単にラインメモリＬＭとも記述する）に移動する。

次いで、図６（ｃ）に示すように、電極Ｖ４をローレベルにしてバリア領域を形成して垂直転送部３３への電荷移動を禁止した後、電極Ｈ１をハイレベルにする。しかし、転送制御電極ＬＭと水平転送部５７との間にはｎ^-不純物領域が存在するので、ラインメモリの信号電荷は移動しない。図６（ｄ）に示すように転送制御電極ＬＭをローレベルにすると、信号電荷は電極Ｈ１下方に移動する。この状態が、垂直転送部３３から水平転送部５７に信号電荷が移動した状態である。

水平転送部５７における電荷移動は、隣接する電極のレベルを変化させ、上流側をローレベルにすることによって行う。図６（ｅ）に示すように、電極Ｈ１、Ｈ４が共にローレベルの場合も、図６（ｄ）と同様に信号電荷は移動しない。図６（ｄ）の状態から電極Ｈ１をローレベルにしたり、図６（ｅ）の状態から電極Ｈ４をハイレベルにする等して、上流側の電極をローレベル、下流側の電極をハイレベルにすると、上流側に蓄積された信号電荷は下流側に移動する。

以上説明したラインメモリから水平転送部５７及び水平転送部５７内の電荷移動は、転送制御電極ＬＭ及び水平転送電極Ｈ１〜Ｈ４（Ｈａ，Ｈｂ）に印加する電圧のレベルを制御することにより、電荷の移動を自由に制御できる。

次に、上記構成の固体撮像装置１００を用いて、水平方向に信号電荷を加算して間引く場合の動作について説明する。
本発明に係る画素加算の方法は、複数の異なる色のうち相対個数の少ない第１の色の画素（Ｒ画素とＢ画素）に対しては、該画素と、該画素と相互に異なる行に配置され近接する同色の画素とを画素加算し、相対個数の多い第２の色の画素（Ｇ画素）に対しては、該画素と、該画素の同一行で近接する同色の画素とを画素加算する。

＜第１の画素加算方法＞
図７は固体撮像素子の画素の平面配置を概略的に示す説明図である。同図においては、縦方向が垂直電荷転送方向、横方向が水平電荷転送方向に相当する。この固体撮像素子は、多数個の緑色画素Ｇ、青色画素Ｂ、赤色画素Ｒが画素ずらし配置された、所謂、ＧストライプＲＢ市松配列の画素配列を有している。個々の画素は、光電変換素子と、この光電変換素子の上方に配置された色フィルタを有する。図７に示した画素の形状は、この画素が有する色フィルタの輪郭を模式的に示したものである。なお、ここでは説明を簡単にするため、図２に示した「Ｇ１」と「Ｇ２」の記述は単に「Ｇ」と書き改めることにする。

前述の固体撮像装置１００を用いて図７に示す画素配列に対して水平方向に２画素加算を行う際、Ｇ画素に対しては実線で囲まれている画素同士を画素加算し、Ｒ画素に対しては一点鎖線で囲まれている画素同士を画素加算し、Ｂ画素に対しては二点鎖線で囲まれている画素同士を画素加算する。即ち、Ｇ画素については同一行内の隣接する画素との画素加算で、Ｒ画素及びＢ画素については相互に異なる行における近接する画素との画素加算となる。なお、この方法では、一部の画素に対しては加算相手が存在しないために画素加算されない。画素加算されない画素から読み出された電荷は、出力回路部５９（図２）まで転送した後に掃き出す。

上記の画素加算を施すことにより、Ｒ画素、Ｂ画素に対しては、従前では同一行内で近接する同色画素同士を加算していたので、１画素飛ばしの距離Ｌ毎に加算を行うことになるが、他行の近接画素と組み合わせることでＬ／２の距離毎の加算にすることができる。このため、Ｒ画素とＢ画素に対する水平解像度の低下を抑えることができ、画質劣化の少ない画像データを得ることができる。

次に、上記の画素加算を行うための固体撮像素子の駆動方法を図８〜図１０に基づいて説明する。
図８〜図１０は、垂直転送部の垂直転送電極Ｖ４、ラインメモリの転送制御電極ＬＭ、及び水平転送部の水平転送電極Ｈ１〜Ｈ４に印加される駆動パルスφＶ４，φＬＭ，φＨ１〜φＨ４のタイミングチャート、及び駆動パルスの状態に対応したラインメモリ及び水平転送部の状態を示す説明図である。

この例では、説明のため便宜的に水平転送電極１２列分の垂直転送部に対応する垂直転送電極Ｖ４、ラインメモリＬＭ、及び水平転送部５７のみを示してある。なお、符号、番号は、一部のみに付してある。

まず、図８に示す時刻ｔ１は、垂直転送電極Ｖ４をハイレベルからローレベルにして、垂直転送部からの１行分の信号電荷をラインメモリＬＭに蓄積した状態である。このタイミングでは、駆動パルスφＬＭがハイレベルに、駆動パルスφＨ１〜φＨ４がローレベルに保持される。

次いで、ラインメモリＬＭに蓄積された信号電荷の水平転送部５７への転送、及び水平転送部５７内の転送を行うが、まず、水平転送電極Ｈ１に対応する列の信号電荷（赤色フィルタに対応した分光感度の検出光に対応した信号電荷であり、以下「Ｒ電荷」と記述する。同様に、緑色フィルタに対応する信号電荷は「Ｇ電荷」、青色フィルタに対応する信号電荷は「Ｂ電荷」と記述する。）を転送する。

水平転送電極Ｈ１に対応する列のＲ電荷の水平転送部５７への転送は、駆動パルスφＨ１をハイレベルとし、駆動パルスφＬＭをローレベルとすることによって行う（時刻ｔ２参照）。次いで、駆動パルスφＬＭをハイレベルにして、ラインメモリＬＭに蓄積された他の信号電荷の移動ができない状態にした後、水平転送部５７のＲ電荷を、水平転送電極Ｈ４下方まで転送する（時刻ｔ３参照）。

次いで、水平転送電極Ｈ２に対応する列のＧ電荷の転送を行うため、駆動パルスφＨ２をハイレベルにし、駆動パルスφＬＭをローレベルにして、これらの信号電荷を水平転送部５７に転送する（時刻ｔ４参照）。そして、駆動パルスφＨ１，φＨ３をハイレベル、駆動パルスφＨ２，φＨ４をローレベルにして水平転送電極Ｈ２，Ｈ４下方のＧ電荷、Ｒ電荷を同時に転送し（時刻ｔ５参照）、さらに、駆動パルスφＨ１〜φＨ４の極性を反転させて、水平転送部５７で転送されるＧ電荷が水平転送電極Ｈ４下方のＧ電荷の位置に達するまで、水平転送部５７のＧ電荷、Ｒ電荷を共に転送する（時刻ｔ６参照）。

ここで、ラインメモリＬＭに蓄積された水平転送電極Ｈ４に対応する列の信号電荷はＧ電荷であるので、駆動パルスφＨ４をハイレベルにし、駆動パルスφＬＭをローレベルにして、その電荷を水平転送部５７に転送すると、Ｇ電荷同士の加算（「２Ｇ」と記述する）ができることになる（時刻ｔ７参照）。なお、ここでは以降のシーケンスと共通化を図るため、駆動パルスφＨ２に対してもハイレベルにしてある。このＧ電荷の加算が、図７に示すＧ画素の対８１に対応する画素加算となる。

次いで、水平転送電極Ｈ１〜Ｈ４に対して駆動パルスφＨ１〜φＨ４の極性を反転することを繰り返し、水平転送部５７のＲ電荷、２Ｇ電荷を出力回路部５９（図２参照）まで転送する（時刻ｔ８〜ｔ９参照）。このとき、ラインメモリＬＭには、水平転送電極Ｈ３に対応する列にＢ電荷が残されている。

この残されたＢ電荷を、駆動パルスφＨ３をハイレベルにし、駆動パルスφＬＭをローレベルにして水平転送部５７に転送する（時刻ｔ１０参照）。そして、水平転送部５７のＢ電荷を水平転送電極Ｈ１下方まで転送する（時刻ｔ１１〜ｔ１２参照）。

次に、垂直転送電極Ｖ４をハイレベルからローレベルにして、垂直転送部から次の１行分の信号電荷をラインメモリＬＭに蓄積する（時刻ｔ１３参照）。
そして、ラインメモリＬＭに蓄積された水平転送電極Ｈ１に対応する列の信号電荷はＢ電荷であるので、駆動パルスφＨ１をハイレベルにし、駆動パルスφＬＭをローレベルにして、その電荷を水平転送部５７に転送すると、Ｂ電荷同士の加算（「２Ｂ」と記述する）ができることになる（時刻ｔ１４参照）。このＢ電荷の加算が、図７に示すＢ画素の対８３に対応する画素加算となる。

さらに、駆動パルスφＨ１、φＨ４の極性を反転させて、水平転送部５７の２Ｂ電荷を水平転送電極Ｈ４下方に転送する（時刻ｔ１５参照）。そして、水平転送電極Ｈ２に対応する列のＧ電荷を転送するため、駆動パルスφＨ２をハイレベルにし、駆動パルスφＬＭをローレベルにして、ラインメモリＬＭのＧ電荷を水平転送部５７に転送する（時刻ｔ１６参照）。

次いで、水平転送電極Ｈ１〜Ｈ４に対して駆動パルスφＨ１〜φＨ４の極性を反転することを繰り返し、水平転送部５７のＧ電荷を、水辺転送電極Ｈ４下方まで転送する（時刻ｔ１７〜ｔ１８参照）。

そして、ラインメモリＬＭに蓄積された水平転送電極Ｈ４に対応する列の信号電荷はＧ電荷であるので、駆動パルスφＨ４をハイレベルにし、駆動パルスφＬＭをローレベルにして、その電荷を水平転送部５７に転送すると、Ｇ電荷同士の加算ができることになる（時刻ｔ１９参照）。このＧ電荷の加算が、図７に示すＧ画素の対８５に対応する画素加算となる。

これにより、水平転送部５７には、２Ｂの電荷と２Ｇの電荷とが水平転送電極を１つ飛ばしに繰り返し配置される。
そして、水平転送電極Ｈ１〜Ｈ４に対して駆動パルスφＨ１〜φＨ４の極性を反転することを繰り返し、水平転送部５７の２Ｇ電荷、２Ｂ電荷を出力回路部５９（図２参照）まで転送する（時刻ｔ２０〜ｔ２１参照）。このとき、ラインメモリＬＭには、水平転送電極Ｈ３に対応する列にＲ電荷が残されている。

この残されたＲ電荷を、駆動パルスφＨ３をハイレベルにし、駆動パルスφＬＭをローレベルにして水平転送部５７に転送する（時刻ｔ２２参照）。そして、水平転送部５７のＲ電荷を水平転送電極Ｈ１下方まで転送する（時刻ｔ２３〜ｔ２４参照）。

次に、垂直転送電極Ｖ４をハイレベルからローレベルにして、垂直転送部からさらに次の１行分の信号電荷をラインメモリＬＭに蓄積する（時刻ｔ２５参照）。
そして、ラインメモリＬＭに蓄積された水平転送電極Ｈ１に対応する列の信号電荷はＲ電荷であるので、駆動パルスφＨ１をハイレベルにし、駆動パルスφＬＭをローレベルにして、その電荷を水平転送部５７に転送すると、Ｒ電荷同士の加算（「２Ｒ」と記述する）ができることになる（時刻ｔ２６参照）。このＲ電荷の加算が、図７に示すＲ画素の対８７に対応する画素加算となる。

さらに、駆動パルスφＨ１、φＨ４の極性を反転させて、水平転送部５７の２Ｒ電荷を水平転送電極Ｈ４下方に転送する（時刻ｔ２７参照）。そして、水平転送電極Ｈ２に対応する列のＧ電荷を転送するため、駆動パルスφＨ２をハイレベルにし、駆動パルスφＬＭをローレベルにして、ラインメモリＬＭのＧ電荷を水平転送部５７に転送する（時刻ｔ２８参照）。

次いで、水平転送電極Ｈ１〜Ｈ４に対して駆動パルスφＨ１〜φＨ４の極性を反転することを繰り返し、水平転送部５７のＧ電荷を、水辺転送電極Ｈ４下方まで転送する（時刻ｔ２９〜ｔ３０参照）。

そして、ラインメモリＬＭに蓄積された水平転送電極Ｈ４に対応する列の信号電荷はＧ電荷であるので、駆動パルスφＨ４をハイレベルにし、駆動パルスφＬＭをローレベルにして、その電荷を水平転送部５７に転送すると、Ｇ電荷同士の加算ができることになる（時刻ｔ３１参照）。このＧ電荷の加算が、図７に示すＧ画素の対８９（８１と等価の位置）に対応する画素加算となる。

これにより、水平転送部５７には、２Ｒの電荷と２Ｇの電荷とが水平転送電極を１つ飛ばしに繰り返し配置される。
そして、水平転送電極Ｈ１〜Ｈ４に対して駆動パルスφＨ１〜φＨ４の極性を反転することを繰り返し、水平転送部５７の２Ｒ電荷、２ＧＢ電荷を出力回路部５９（図２参照）まで転送する（時刻ｔ３２参照）。このとき、ラインメモリＬＭには、水平転送電極Ｈ３に対応する列にＢ電荷が残されており、前述の時刻ｔ１０からの処理が繰り返される。

つまり、水平転送部５７の１回目の電荷読み出しは、Ｒ電荷、２Ｇ電荷の繰り返しで、２回目の電荷読み出しは２Ｂ電荷、２Ｇ電荷の繰り返し、３回目の電荷読み出しは２Ｒ電荷、２Ｇ電荷の繰り返しとなる。そして、４回目の電荷読み出しは２回目と同様で、５回目の電荷読み出しは３回目と同様となり、これが繰り返される。

以上説明した固体撮像素子の駆動方法によれば、Ｇ画素は同一行の水平隣同士の画素加算となり、Ｒ、Ｂ画素は他行の近接画素同士の加算となる。よって、水平方向に１画素飛ばしで画素加算を行う従来方法と比較して、水平解像度の低下を改善できる。また、１回の水平転送画素数が従来方法と同じであるために、高いフレームレートで電荷読み出しが可能となる。さらに、複数画素の加算による高感度化の効果も得られる。また、全画素読み出しに対して、水平転送画素数を１／２にすることができ、水平解像度の低下を抑えた高速駆動が可能となる。また、水平転送部の駆動は４相駆動で行うことができ、簡便な水平転送駆動制御で済む。

以上のようにラインメモリＬＭ及び水平転送部５７を制御することにより、水平転送部５７内で所望の電荷同士を加算（水平加算）することができる。
出力回路部５９は、水平転送部５７から受け取った電荷に基づいて、画像信号（信号電圧）を順次出力する。図１に示した画像信号処理回路１７は、これらの画像信号（信号電圧）を利用して画像データを生成する。画像信号処理回路１７で生成された画像データは、画像データ出力部１９へ送られて、フレームメモリ等の記憶媒体に一旦記憶される。その後、画像データ出力部１９から表示部２１へ画像データが供給され、表示部２１が画像を表示する。

また、全画素読み出しを行い高解像度の画像データを得る静止画記録等の場合には、画素加算を行わない。その場合には、固体撮像装置１００が、画素加算の実行・非実行を選択的に設定する機能を有することで、撮像装置の多様な使用状態に適切に対応することができる。つまり、近接する同色の画素同士を画素加算して、画像信号の生成に供される各画素位置における単位信号を生成する電荷加算転送モードと、各色の画素それぞれかに蓄積された電荷を個別に読み出して、単位信号を生成する個別読み出しモードとを選択的に行うモード選択部２６（図１参照）を備えた構成にする。

これにより、固体撮像装置１００のモード選択部２６で、固体撮像装置の使用条件に即したモードを選択し、電荷加算転送と、通常の電荷転送とを選択的に切り換えることで、使用状態に適した画像読み出しが行える。特に画素加算が必要となる場合に、固体撮像素子側で電荷加算転送を実施することで、画像信号取り出し後の後処理で、データを画素加算のために演算する必要がなくなり、処理速度を向上することができる。

＜第２の画素加算方法＞
次に、他の画素配列に対して画素加算を行う第２の画素加算方法について説明する。
図１１は固体撮像素子における画素の他の平面配置を概略的に示す説明図である。同図においては、縦方向が垂直電荷転送方向、横方向が水平電荷転送方向に相当する。この固体撮像素子は、多数個の緑色画素Ｇ、青色画素Ｂ、赤色画素Ｒが画素ずらし配置された、ＢＧＢのストライプ配列の画素配列を有している。
つまり、図１１に示した画素配列は、緑色フィルタＧ１のみによって構成された第１色フィルタ列ＦＣ１と、青色フィルタＢのみによって構成された第２色フィルタ列ＦＣ２と、緑色フィルタＧ２のみによって構成された第３色フィルタ列ＦＣ３と、赤色フィルタＲのみによって構成された第４色フィルタ列ＦＣ４とが、紙面の左から右へ向かってこの順番で繰り返し配置され、また、各画素が画素ずらし配置されている。

前述の固体撮像装置１００が図１１に示す画素配列を有する固体撮像素子である場合、この画素配列に対して水平方向に２画素加算を行う際、次のようにして行う。Ｇ画素に対しては実線で囲まれている画素同士を画素加算し、Ｒ画素に対しては一点鎖線で囲まれている画素同士を画素加算し、Ｂ画素に対しては二点鎖線で囲まれている画素同士を画素加算する。即ち、Ｇ画素については同一行内の隣接する画素との画素加算で、Ｒ画素及びＢ画素については相互に異なる行に配置された近接する画素との画素加算となる。第１の画素加算方法と異なる点は、Ｂ画素とＲ画素の加算が、水平方向で同じ画素上の加算としている点である。

上記の画素加算を施すことにより、全画素読み出しの場合と同等の水平解像度が得られ、従前のＲ画素、Ｂ画素に対して１画素飛ばしで加算を行う場合と比較して、画質劣化の少ない画像データを得ることができる。

次に、上記の画素加算を行うための固体撮像素子の駆動方法を図１２〜図１４に基づいて説明する。
図１２〜図１４は、垂直転送部の垂直転送電極Ｖ４、ラインメモリの転送制御電極ＬＭ、及び水平転送部の水平転送電極Ｈ１〜Ｈ４に印加される駆動パルスφＶ４，φＬＭ，φＨ１〜φＨ４のタイミングチャート、及び駆動パルスの状態に対応したラインメモリ及び水平転送部の状態を示す説明図である。この例でも前述の図８〜図１０と同様に、１２列分の垂直転送部に対応する部位のみを示している。

まず、図１２に示される時刻ｔ１〜ｔ８に対しては、前述の図８と同様であるため、ここでは説明を省略するが、時刻ｔ７において加算される２Ｇの電荷は、図１１に示すＧ画素の対９１に対応する画素加算となる。
図１３に示すように、時刻ｔ８の状態から、水平転送電極Ｈ１〜Ｈ４に対して駆動パルスφＨ１〜φＨ４の極性を反転することを繰り返し、水平転送部５７のＲ電荷、２Ｇ電荷を出力回路部５９（図２参照）まで転送する（時刻ｔ９参照）。このとき、ラインメモリＬＭには、水平転送電極Ｈ３に対応する列にＢ電荷が残されている。

この残されたＢ電荷を、駆動パルスφＨ３をハイレベルにし、駆動パルスφＬＭをローレベルにして水平転送部５７に転送する（時刻ｔ１０参照）。

次に、垂直転送電極Ｖ４をハイレベルからローレベルにして、垂直転送部から次の１行分の信号電荷をラインメモリＬＭに蓄積する（時刻ｔ１１参照）。
そして、ラインメモリＬＭに蓄積された水平転送電極Ｈ３に対応する列の信号電荷はＢ電荷であるので、駆動パルスφＨ３をハイレベルにし、駆動パルスφＬＭをローレベルにして、その電荷を水平転送部５７に転送すると、Ｂ電荷同士の加算ができることになる（時刻ｔ１２参照）。このＢ電荷の加算が、図１１に示すＢ画素の対９３に対応する画素加算となる。

さらに、駆動パルスφＨ２，φＨ３の極性を反転させて、水平転送部５７の２Ｂ電荷を水平転送電極Ｈ２下方に転送する（時刻ｔ１３参照）。そして、水平転送電極Ｈ４に対応する列のＧ電荷を転送するため、駆動パルスφＨ４をハイレベルにし、駆動パルスφＬＭをローレベルにして、ラインメモリＬＭのＧ電荷を水平転送部５７に転送する（時刻ｔ１４参照）。

次いで、水平転送電極Ｈ１〜Ｈ４に対して駆動パルスφＨ１〜φＨ４の極性を反転することを繰り返し、水平転送部５７のＧ電荷を、水辺転送電極Ｈ２下方まで転送する（時刻ｔ１５〜ｔ１６参照）。

そして、ラインメモリＬＭに蓄積された水平転送電極Ｈ２に対応する列の信号電荷はＧ電荷であるので、駆動パルスφＨ２をハイレベルにし、駆動パルスφＬＭをローレベルにして、その電荷を水平転送部５７に転送すると、Ｇ電荷同士の加算ができることになる（時刻ｔ１７参照）。このＧ電荷の加算が、図１１に示すＧ画素の対９５に対応する画素加算となる。この組み合わせは、先述のＧ画素の対９１で示す組み合わせとは異なる画素位置同士となる。

これにより、水平転送部５７には、２Ｂの電荷と２Ｇの電荷とが水平転送電極を１つ飛ばしに繰り返し配置される。
そして、水平転送電極Ｈ１〜Ｈ４に対して駆動パルスφＨ１〜φＨ４の極性を反転することを繰り返し、水平転送部５７の２Ｇ電荷、２Ｂ電荷を出力回路部５９（図２参照）まで転送する（時刻ｔ１８〜ｔ１９参照）。このとき、ラインメモリＬＭには、水平転送電極Ｈ１に対応する列にＲ電荷が残されている。

この残されたＲ電荷を、駆動パルスφＨ１をハイレベルにし、駆動パルスφＬＭをローレベルにして水平転送部５７に転送する（時刻ｔ２０参照）。

そして、垂直転送電極Ｖ４をハイレベルからローレベルにして、垂直転送部からさらに次の１行分の信号電荷をラインメモリＬＭに蓄積する（時刻ｔ２１参照）。
次いで、ラインメモリＬＭに蓄積された水平転送電極Ｈ１に対応する列の信号電荷はＲ電荷であるので、駆動パルスφＨ１をハイレベルにし、駆動パルスφＬＭをローレベルにして、その電荷を水平転送部５７に転送すると、Ｒ電荷同士の加算ができることになる（時刻ｔ２２参照）。このＲ電荷の加算が、図１１に示すＲ画素の対９７に対応する画素加算となる。

さらに、駆動パルスφＨ１、φＨ４の極性を反転させて、水平転送部５７の２Ｒ電荷を水平転送電極Ｈ４下方に転送する（時刻ｔ２３参照）。そして、水平転送電極Ｈ２に対応する列のＧ電荷を転送するため、駆動パルスφＨ２をハイレベルにし、駆動パルスφＬＭをローレベルにして、ラインメモリＬＭのＧ電荷を水平転送部５７に転送する（時刻ｔ２４参照）。

次いで、水平転送電極Ｈ１〜Ｈ４に対して駆動パルスφＨ１〜φＨ４の極性を反転することを繰り返し、水平転送部５７のＧ電荷を、水辺転送電極Ｈ４下方まで転送する（時刻ｔ２５〜ｔ２６参照）。

そして、ラインメモリＬＭに蓄積された水平転送電極Ｈ４に対応する列の信号電荷はＧ電荷であるので、駆動パルスφＨ４をハイレベルにし、駆動パルスφＬＭをローレベルにして、その電荷を水平転送部５７に転送すると、Ｇ電荷同士の加算ができることになる（時刻ｔ２７参照）。このＧ電荷の加算が、図１１に示すＧ画素の対９９（９１と等価の位置）に対応する画素加算となる。

これにより、水平転送部５７には、２Ｒの電荷と２Ｇの電荷とが水平転送電極を１つ飛ばしに繰り返し配置される。
そして、水平転送電極Ｈ１〜Ｈ４に対して駆動パルスφＨ１〜φＨ４の極性を反転することを繰り返し、水平転送部５７の２Ｒ電荷、２ＧＢ電荷を出力回路部５９（図２参照）まで転送する（時刻ｔ２８参照）。このとき、ラインメモリＬＭには、水平転送電極Ｈ３に対応する列にＢ電荷が残されており、前述の時刻ｔ１０からの処理が繰り返される。

つまり、水平転送部５７の１回目の電荷読み出しは、Ｒ電荷、２Ｇ電荷の繰り返しで、２回目の電荷読み出しは２Ｇ電荷、２Ｂ電荷の繰り返し、３回目の電荷読み出しは２Ｒ電荷、２Ｇ電荷の繰り返しとなる。そして、４回目の電荷読み出しは２回目と同様で、５回目の電荷読み出しは３回目と同様となり、これが繰り返される。

以上説明した固体撮像素子の駆動方法によれば、Ｇ画素は同一行の水平隣同士の画素加算となり、Ｒ、Ｂ画素は他行の同一列に対する画素同士の加算となる。よって、水平方向に１画素飛ばしで画素加算を行う場合と比較して、水平解像度の低下を改善できる。また、１回の水平転送画素数が従来と同じであるために、高いフレームレートで電荷読み出しが可能となる。さらに複数画素の加算による高感度化の効果も得られる。また、全画素読み出しに対して、水平転送画素数を１／２にすることができ、水平解像度を低下させることなく高速駆動が可能となる。

なお、ラインメモリに蓄積する２行分の信号電荷を、図１１に示す下側から２行分（最下行であるＲ、Ｂの電荷からなる行と、一行上のＧの電荷からなる行）とする場合に代えて、下側から１行分飛ばした行から２行分（最下行から１行上のＧの電荷からなる行と、一行上のＲ、Ｂの電荷からなる行）とすることもできる。この場合には、Ｂの電荷同士とＲの電荷同士を加算する各ペアの垂直方向中間でＧの電荷同士の加算が行われる。即ち、Ｂの電荷同士とＲの電荷同士のペアの中心位置がＧの電荷同士のペアの中心位置と一致して、加算による位置ずれが軽減され、もって、画像の再現性が高められる。

そして、上記の第１及び第２の画素加算方法においては、いずれの画素配列も画素ずらし配置であったが、本発明はこれに限らず、所謂、正方格子配列であっても適用することができる。図１５に画素配列が正方格子配列である一例を示した。この画素配列は、Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素のそれぞれが、上方から下方に向けてＲ−Ｇ−Ｂの順で繰り返す列と、Ｒ−Ｂ−Ｒの順で繰り返す列と、Ｂ−Ｒ−Ｇの順で繰り返す列とが、交互に繰り返し配置された配列である。この画素配列の場合、例えばＲ画素に着目すると、同一行内で近接する同色画素は２画素飛ばしで現れるが、他行（一行下）では２画素飛ばしで現れることとなる。そのため、図中矢印で示すように斜め方向に同色の画素同士を画素加算することにすれば、水平解像度の低下を２画素飛ばしで画素加算する場合と比較して２／３に抑えることができる。

なお、図１５の正方格子配列はあくまでも一例を示しただけで、本発明の主旨を逸脱しない範囲で、任意の配列に対する適用も可能である。
また、本実施形態では、Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素を基本色とする固体撮像素子を例示しているが、これに限らず、マゼンダ色、シアン色、イエロー色、さらにはエメラルド色等の他の色を用いて構成したものに対しても適用することができ、同様の作用効果が奏される。

本発明に係る固体撮像装置の概略を示すブロック図である。 固体撮像素子の光電変換素子、垂直転送部、ＣＣＤラインメモリ部、水平転送部及び出力部の平面配置を概略的に示す部分平面図である。 図２に示した固体撮像素子における１個の画素とその周辺を概略的に示す断面図である。 図２に示した固体撮像素子における水水平転送部を概略的に示す部分拡大平面図である。 図２に示す固体撮像素子のＡ−Ａ断面を示す説明図である。 図５に示した部分の不純物領域の電位レベルを、垂直転送電極Ｖ１〜Ｖ４、転送制御電極ＬＭ、及び水平転送電極Ｈ１，Ｈ４，Ｈ３に印加される駆動パルスのレベルの変化に対応させて示した説明図である。 固体撮像素子の画素の平面配置を概略的に示す説明図である。 垂直転送部の垂直転送電極Ｖ４、ラインメモリの転送制御電極ＬＭ、及び水平転送部の水平転送電極Ｈ１〜Ｈ４に印加される駆動パルスφＶ４，φＬＭ，φＨ１〜φＨ４のタイミングチャート、及び駆動パルスの状態に対応したラインメモリ及び水平転送部の状態を示す説明図（その１）である。 垂直転送部の垂直転送電極Ｖ４、ラインメモリの転送制御電極ＬＭ、及び水平転送部の水平転送電極Ｈ１〜Ｈ４に印加される駆動パルスφＶ４，φＬＭ，φＨ１〜φＨ４のタイミングチャート、及び駆動パルスの状態に対応したラインメモリ及び水平転送部の状態を示す説明図（その２）である。 垂直転送部の垂直転送電極Ｖ４、ラインメモリの転送制御電極ＬＭ、及び水平転送部の水平転送電極Ｈ１〜Ｈ４に印加される駆動パルスφＶ４，φＬＭ，φＨ１〜φＨ４のタイミングチャート、及び駆動パルスの状態に対応したラインメモリ及び水平転送部の状態を示す説明図（その３）である。 固体撮像素子における画素の他の平面配置を概略的に示す説明図である。 垂直転送部の垂直転送電極Ｖ４、ラインメモリの転送制御電極ＬＭ、及び水平転送部の水平転送電極Ｈ１〜Ｈ４に印加される駆動パルスφＶ４，φＬＭ，φＨ１〜φＨ４のタイミングチャート、及び駆動パルスの状態に対応したラインメモリ及び水平転送部の状態を示す説明図である（その４）。 垂直転送部の垂直転送電極Ｖ４、ラインメモリの転送制御電極ＬＭ、及び水平転送部の水平転送電極Ｈ１〜Ｈ４に印加される駆動パルスφＶ４，φＬＭ，φＨ１〜φＨ４のタイミングチャート、及び駆動パルスの状態に対応したラインメモリ及び水平転送部の状態を示す説明図である（その５）。 垂直転送部の垂直転送電極Ｖ４、ラインメモリの転送制御電極ＬＭ、及び水平転送部の水平転送電極Ｈ１〜Ｈ４に印加される駆動パルスφＶ４，φＬＭ，φＨ１〜φＨ４のタイミングチャート、及び駆動パルスの状態に対応したラインメモリ及び水平転送部の状態を示す説明図である（その６）。 画素配列が正方向支配列である一例を示す説明図である。 ベイヤー配列の行方向及び列方向を約４５゜傾斜させて、ＧストライプＲ／Ｂ完全市松配列とした従来からの画素配列を示す説明図である。 図１６に示す画素配列で構成され水平転送部にて信号電荷の加算を行う従来の固体撮像素子の一例としての概略構成を平面的に示す図である。 従来の水平方向に対する画素加算を表す説明図である。

符号の説明

１１ 撮像光学系
１３ 固体撮像素子
１５ 駆動回路
１７ 画像信号処理回路
１９ 画像データ出力部
２１ 表示部
２３ 記録部
２５ 制御部
２６ モード選択部
２７ 操作部
２９ パルス信号発生部
３１ 光電変換素子
３３ 垂直電荷転送素子（垂直転送部）
５７ 水平電荷転送素子（水平転送部）
５９ 出力回路部
８１ Ｇ画素の対
８３ Ｂ画素の対
８５ Ｇ画素の対
８７ Ｒ画素の対
８９ Ｇ画素の対
９１ Ｇ画素の対
９３ Ｂ画素の対
９５ Ｇ画素の対
９７ Ｒ画素の対
９９ Ｇ画素の対
１００ 固体撮像装置
ＦＣ１ 第１色フィルタ列
ＦＣ２ 第２色フィルタ列
ＦＣ３ 第３色フィルタ列
ＦＣ４ 第４色フィルタ列
ＬＭ１ 第１転送制御電極
ＬＭ２ 第２転送制御電極
ＬＭ 転送制御電極
Ｈａ 第１水平転送電極
Ｈｂ 第２水平転送電極
Ｖ１ 垂直転送電極
Ｖ２ 垂直転送電極
Ｖ３ 垂直転送電極
Ｖ４ 垂直転送電極

Claims (7)

1. 複数の検出色のうちのいずれかの色の光に感応して電荷を発生する光電変換部を複数行、複数列に亘って行列状に配置した多数個の画素と、これら各画素に隣接して設けられ前記各画素が発生した電荷を列方向下流側に転送する複数の垂直転送部と、前記各垂直転送部の列方向下流側に配置され該垂直転送部から転送される前記電荷を行方向下流側に転送する水平転送部とを有する固体撮像素子の駆動方法であって、
   前記複数の検出色は、対応する画素数が相対的に少ない１又は複数の第１の検出色と、対応する画素数が相対的に多い１又は複数の第２の検出色を含み、
   前記検出色の光に感応する画素は、それぞれ規則的に分散して配置されており、
   前記画素の電荷を転送するに際して、前記第１の検出色の画素の電荷については、相互に異なる行に配置され近接する同色の画素同士の電荷を加算し、前記第２の検出色の画素の電荷については、同一行に配列され近接する同色の画素同士の電荷を加算する固体撮像素子の駆動方法。
2. 請求項１記載の固体撮像素子の駆動方法であって、
   前記垂直転送部から前記水平転送部への電荷の転送が、前記垂直転送部の前記列方向下流端に設けられた複数の電荷蓄積部に、前記電荷を一旦蓄積してから行われるものであり、
   前記電荷蓄積部に蓄積された前記第１の検出色の画素の電荷を、前記水平転送部へ転送するステップと、
   前記水平転送部に転送された電荷を、前記水平転送部内で下流側に転送するステップと、
   前記垂直転送部から前記電荷蓄積部に電荷を転送するステップと、
   前記電荷蓄積部に蓄積された前記第１の検出色の画素の電荷を前記水平転送部へ転送し、前記水平転送部内で下流側へ転送された前記第１の検出色の電荷と加算するステップと、
   前記電荷蓄積部に蓄積された前記第２の検出色の画素の電荷の一部を、前記水平転送部へ転送するステップと、
   前記水平転送部に転送された電荷を、前記水平転送部内で下流側に転送するステップと、
   前記電荷蓄積部に蓄積された前記第２の検出色の画素の電荷の残部を前記水平転送部へ転送し、前記水平転送部内で下流側へ転送された前記第２の検出色の電荷と加算するステップと、
   を含む固体撮像素子の駆動方法。
3. 請求項１記載の固体撮像素子の駆動方法であって、
   前記垂直転送部から前記水平転送部への電荷の転送が、前記垂直転送部の前記列方向下流端に設けられた複数の電荷蓄積部に、前記電荷を一旦蓄積してから行われるものであり、
   前記電荷蓄積部に蓄積された前記第１の検出色の画素の電荷を、前記水平転送部へ転送するステップと、
   前記垂直転送部から前記電荷蓄積部に電荷を転送するステップと、
   前記電荷蓄積部に蓄積された前記第１の検出色の画素の電荷を前記水平転送部へ転送し、前記水平転送部内の前記第１の検出色電荷と加算するステップと、
   前記水平転送部に転送された電荷を、前記水平転送部内で下流側に転送するステップと、
   前記電荷蓄積部に蓄積された前記第２の検出色の画素の電荷の一部を、前記水平転送部へ転送するステップと、
   前記水平転送部に転送された電荷を、前記水平転送部内で下流側に転送するステップと、
   前記電荷蓄積部に蓄積された前記第２の検出色の画素の電荷の残部を前記水平転送部へ転送し、前記水平転送部内で下流側へ転送された前記第２の検出色の画素の電荷と加算するステップと、
   を含む固体撮像素子の駆動方法。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか１項記載の固体撮像素子の駆動方法であって、
   近接する同色の画素同士の電荷を加算して転送する電荷加算転送を選択的に行う固体撮像素子の駆動方法。
5. 請求項４記載の固体撮像素子の駆動方法であって、
   前記電荷加算転送を前記固体撮像素子によって動画像を撮影し記録する場合に行う固体撮像素子の駆動方法。
6. 請求項４又は請求項５記載の固体撮像素子の駆動方法であって、
   前記電荷加算転送を前記固体撮像素子による撮影画像のモニター表示を行う場合に行う固体撮像素子の駆動方法。
7. 複数の検出色のうちのいずれかの色の光に感応して電荷を発生する光電変換部を複数行、複数列に亘って行列状に配置した多数個の画素と、
   これら各画素に隣接して設けられ前記各画素が発生した電荷を列方向下流側に転送する複数の垂直転送部と、
   前記各垂直転送部の列方向下流端に配置され該垂直転送部から転送される前記電荷を行方向下流側に転送する水平転送部と、を有する固体撮像素子と、
   請求項１〜請求項６のいずれか１項記載の駆動方法に基づく駆動を行うための駆動信号を出力する制御部と、を備えた固体撮像装置。

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