JP2012239104A - 固体撮像装置、固体撮像装置の駆動方法、及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 固体撮像装置において、グローバルシャッタ構造を用いずにゲート電極の微細化が可能な電界効果型トランジスタを提供する。
【解決手段】 固体撮像装置１は、輝度情報を有する第１の入射光を透過する第１色目フィルタ成分と、輝度情報及び色情報を有する第２の入射光を透過する第２色目フィルタ成分とを有するカラーフィルタ１１４と、第１の入射光を第１の信号電荷に変換する第１の光電変換部を有する複数の第１の画素と、第２の入射光を第２の信号電荷に変換する第２の光電変換部を有する複数の第２の画素とを有する画素アレイ部１２と、第１の期間で第１の信号電荷の読み出しを行う複数の第１の画素を選択し、第２の期間で第２の信号電荷の読み出しを行う複数の第２の画素を選択する走査部１８と、第１又は第２の画素から読み出された第１又は第２の信号電荷に応じた画素信号を生成する出力回路１７と、を備える。
【選択図】図１

Description

本開示は、固体撮像装置、固体撮像装置の駆動方法、及び電子機器に関する。

従来のＣＭＯＳイメージセンサは、フォトダイオードで光電変換を行うことで信号電荷を蓄積する。ＣＭＯＳイメージセンサは、蓄積された信号電荷を読み出し電極を介してフローティングディフュージョンと呼ばれる電荷‐電圧変換アンプに信号電荷を転送する。
ＣＭＯＳイメージセンサは、電荷‐電圧変換アンプで、蓄積された信号電荷の量を電圧としてマトリクス状に配置された画素の行または列毎に電圧を出力することで、映像信号を出力する。

例えば行毎に電圧を出力する場合、ＣＭＯＳイメージセンサは、１行目からＮ行目まで、露光（光電変換、電荷蓄積）と信号出力とを１行ずつタイミングをずらして順次行う。ＣＭＯＳイメージセンサは、１フレームの間に全ての画素の露光及び信号出力を行う。
このように、ＣＭＯＳイメージセンサでは、露光及び信号出力が行または列毎に行われるため、撮像領域全体では、光電変換と電荷蓄積が同一時刻で行われない。従ってＣＭＯＳイメージセンサでは、フォーカルプレーンと呼ばれる画像のゆがみが発生してしまう。

この問題を解決する方法として、グローバルシャッタ構造を有するＣＭＯＳイメージセンサが知られている（例えば、特許文献１を参照）。
ＣＭＯＳイメージセンサは、グローバルシャッタ構造を有することで、光電変換及び電荷蓄積を撮像領域の全画素で同一時刻に行うことができ、フォーカルプレーン減少を抑制することができる。

特開２０１１−３７３７号公報

特許文献１に開示されるように、グローバルシャッタ構造を実現するためには、画素内にアナログメモリを設ける必要があり、画素の受光面積が減少して感度が低下するという問題があった。

また、アナログメモリを設けない場合でも信号電荷を一時的に蓄積するために、特許文献１に開示されるＣＭＯＳイメージセンサでは、ｎ型の半導体領域を増幅トランジスタのバックゲート部にまでわたって形成し、さらにｐ型高濃度の半導体領域を増幅トランジスタのチャネル領域とｎ型の半導体領域との間に形成している。
このように、ＣＭＯＳイメージセンサにグローバルシャッタ構造を設けるためには、画素に光電変換部とは別の素子又は半導体領域を形成する必要がある。

本開示は、上述の点を鑑みてなされたものであり、グローバルシャッタ構造を用いない構成でフォーカルプレーン現象による画像のゆがみを低減する固体撮像装置、固体撮像装置の駆動方法を提供するものである。

また、本開示は、かかる固体撮像装置を備えた電子機器を提供するものである。

本開示に係る固体撮像装置は、輝度情報を有する第１の入射光を透過する第１色目フィルタ成分と、前記輝度情報及び色情報を有する第２の入射光を透過する第２色目フィルタ成分とを有するカラーフィルタと、前記第１の入射光を第１の信号電荷に変換する第１の光電変換部を有する複数の第１の画素と、前記第２の入射光を第２の信号電荷に変換する第２の光電変換部を有する複数の第２の画素とを有する画素アレイ部と、第１の期間で前記第１の信号電荷の読み出しを行う前記複数の第１の画素を選択し、第２の期間で前記第２の信号電荷の読み出しを行う前記複数の第２の画素を選択する走査部と、前記第１の画素又は前記第２の画素から読み出された前記第１の信号電荷又は前記第２の信号電荷に応じた第１の画素信号及び第２の画素信号を生成する出力回路と、を備える。

輝度情報を有する第１の画素１１に蓄積された第１の信号電荷と、輝度情報及び色情報を有する第２の画素１１に蓄積された第２の信号電荷とを別々に読み出すことで、グローバルシャッタ構造を用いることなく、フォーカルプレーン現象による画像のゆがみを低減することができる。

本開示に係る固体撮像装置の駆動方法は、輝度情報を有する第１の入射光を透過する第１色目フィルタ成分と、前記輝度情報及び色情報を有する第２の入射光を透過する第２色目フィルタ成分とを有するカラーフィルタと、前記第１の入射光を第１の信号電荷に変換する第１の光電変換部を有する複数の第１の画素と、前記第２の入射光を第２の信号電荷に変換する第２の光電変換部を有する複数の第２の画素とを有する画素アレイ部と、前記第１の信号電荷又は前記第２の信号電荷の読み出しを行う前記第１の画素又は前記第２の画素を選択する走査部と、前記第１の画素又は前記第２の画素から読み出された前記第１の信号電荷又は前記第２の信号電荷に応じた画素信号を生成する出力回路と、を備える固体撮像装置の駆動方法であって、前記走査部が、第１の期間で前記第１の信号電荷の読み出しを行う前記複数の第１の画素を選択するステップと、前記信号処理部が、前記第１の期間で前記第１の画素から読み出された前記第１の信号電荷に応じた第１の画素信号を生成するステップと、前記走査部が、第２の期間で前記第２の信号電荷の読み出しを行う前記複数の第１の画素を選択するステップと、前記信号処理部が前記第２の期間で前記第２の画素から読み出された前記第１の信号電荷に応じた第２の画素信号を生成するステップと、を備える。

本開示に係る電子機器は、上述した固体撮像装置と、光学レンズとを有する。

本開示によれば、グローバルシャッタ構造を用いない構成でフォーカルプレーン現象による画像のゆがみを低減することができる。

第１実施形態に係る固体撮像装置を示す図。 第１実施形態に係るカラーフィルタを示す図。 第１実施形態に係る固体撮像装置の駆動方法を示す図。 第２実施形態に係る固体撮像装置を示す図。 第２実施形態に係るカラーフィルタを示す図。 第３実施形態に係る固体撮像装置を示す図。 第３実施形態に係るカラーフィルタを示す図。 第４実施形態に係るカラーフィルタを示す図。 第５実施形態に係る電子機器を示す図。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る固体撮像装置１を示す図である。固体撮像装置１は、センサ部１０と信号処理部２０とを有する。

センサ部１０は、複数の画素１１がマトリクス状に配置された画素アレイ部１２と、垂直信号線１３と、垂直選択回路１４と、水平選択回路１５と、走査制御部１６と、出力回路１７を備えている。垂直選択回路１４及び水平選択回路１５をまとめて走査部１８と称する。
信号処理部２０は、メモリ２１及び信号処理回路２２を有する。

画素アレイ部１２は、マトリクス状に半導体基板に配置された複数の画素１１を有する。
画素１１は、図示を省略するが、それぞれ光電変換素子（例えば、フォトダイオード）、転送トランジスタ、リセットトランジスタ、及び増幅トランジスタを有する。転送トランジスタは、光電変換素子で得られた信号電荷をＦＤ（フローティングディフュージョン）部に転送する。リセットトランジスタは、ＦＤ部の電位をリセットする。増幅トランジスタは、ＦＤ部の電位に応じた画素信号を出力する。これらの各トランジスタの動作は、水平信号線１９及び垂直信号線１３を介して走査部１８から供給される信号により制御される。なお、画素１１は、上述の３トランジスタによる構成の他に、画素選択を行うための選択トランジスタが設けられている４トランジスタによる構成などを用いることもできる。

垂直信号線１３は、各画素１１で取り込んだ画素信号を水平選択回路１５へ送る配線である。垂直信号線１３は、画素１１の並びの垂直方向に沿って配線される。垂直選択回路１４は、制御信号及び垂直同期信号に基づき、行単位で画素１１を選択し、垂直方向に沿って順次走査する。

水平選択回路１５は、制御信号及び水平同期信号に基づき、列単位で画素１１を選択し、水平方向に沿って順次走査する。水平選択回路１５は、垂直選択回路１４による走査に同期して水平方向に沿った画素１１を順次選択する。画素１１に蓄積された画素信号は、垂直信号線１３を介して順次水平選択回路１５へ送られる。水平選択回路１５は、順次送られてきた画素信号を出力回路１７へ送る。

走査制御部１６は、外部から入力されるクロックまたは自身で生成するクロックに基づき垂直同期信号及び水平同期信号を生成し、垂直選択回路１４及び水平選択回路１５にそれぞれ供給する。

走査制御部１６は、垂直選択回路１４及び水平選択回路１５が順次走査する画素１１を指定する制御信号を生成し、垂直選択回路１４及び水平選択回路１５に供給する。具体的には、各画素１１の位置情報は、各画素１１のアドレスとして走査制御部１６に記憶されている。走査制御部１６は、アドレス情報を含む制御信号を生成することで、垂直選択回路１４及び水平選択回路１５が走査する画素１１を制御する。

走査制御部１６は、１フレームの間に全ての画素１１の画素信号を読み出すように垂直同期信号、水平同期信号、及び制御信号を生成する。

出力回路１７は、水平選択回路１５から順に送られる画素信号に対して種々の信号処理を施し、画素データを生成し、信号処理部２０に出力する。

出力回路１７が出力した画素データは、信号処理部２０のメモリ２１に格納される。信号処理回路２２は、１フレーム分の画素データをメモリ２１から読み出し、種々の信号処理を施すことで画像データを生成する。信号処理回路２２は、生成した画像データを図示しない後段の回路へ出力する。

カラーフィルタ１１４は、各画素１１に対応してマトリクス状に形成される。図２は、本実施形態に係るカラーフィルタ１１４の配置例を示す図である。

カラーフィルタ１１４は、各画素１１に対応した輝度情報を有する第１の入射光を透過する第１色目フィルタ成分と、輝度情報及び色情報を有する第２の入射光を透過する第２色目フィルタ成分とを有する。例えば、第１色目フィルタ成分はホワイトフィルタ成分Ｗであり、第２色目フィルタ成分は、レッドフィルタ成分Ｒ、グリーンフィルタ成分Ｇ、及びブルーフィルタ成分Ｂである。

図２に示すように、カラーフィルタ１１４は、水平方向に一列に配置された複数の第１色目フィルタ成分、及び水平方向に一列に配置された複数の第２色目フィルタ成分が垂直方向にそれぞれ交互に複数配置される。

各画素１１の垂直アドレス（Ｖアドレス）を、図２の下、つまり水平選択回路１５に近い画素１１から順に「１，２，・・・，Ｎ」（Ｎ≧２）とする。このとき、垂直アドレスが奇数（以下、奇数Ｖアドレスとも称する。）の画素１１に対応するカラーフィルタの色目フィルタ成分は、第２色目フィルタ成分となる。すなわち、第２色目フィルタ成分であるレッドフィルタ成分Ｒ、グリーンフィルタ成分Ｇ、及びブルーフィルタ成分Ｂは、奇数Ｖアドレスの画素１１と対応するように配置される。

図２では、第２色目フィルタ成分は、レッドフィルタ成分Ｒ及びグリーンフィルタ成分Ｇが交互に配置された行と、グリーンフィルタ成分Ｇ及びブルーフィルタ成分Ｂが交互に配置された行とが複数交互に配置された構成となっている。つまり、グリーンフィルタ成分Ｇは、奇数Ｖアドレスに市松配置される。ブルーフィルタ成分Ｂ及びレッドフィルタ成分Ｒは、市松配置されたグリーンフィルタ成分Ｇの間に配置される。

垂直アドレスが偶数（以下、偶数Ｖアドレスとも称する。）の画素１１に対応するカラーフィルタの色目フィルタ成分は、第１色目フィルタ成分となる。すなわち、第１色目フィルタ成分である、ホワイトフィルタ成分Ｗは、偶数Ｖアドレスの画素１１と対応するように配置される。

ここで、第１色目フィルタ成分に対応する画素１１を第１の画素１１−１とする。第１の画素１１−１は、第１色目フィルタ成分を透過した第１の入射光を第１の信号電荷に変換する第１の光電変換部を有する。

第２色目フィルタ成分に対応する画素１１を第２の画素１１−２とする。第２の画素１１−２は、第２色目フィルタ成分を透過した第２の入射光を第２の信号電荷に変換する第２の光電変換部を有する。

つまり、画素アレイ部１２は、水平方向に一列に配置された複数の第１の画素１１−１、及び水平方向に一列に配置された複数の第２の画素１１−２が垂直方向にそれぞれ交互に複数配置されるマトリクス形状を有する。

続いて、固体撮像装置１の駆動方法を説明する。
固体撮像装置１の走査部１８は、第１の期間で輝度情報を有する第１の入射光を第１の信号電荷として蓄積する第１の画素１１−１を選択し、第１の信号電荷を第１の画素信号として読み出す。走査部１８は、第２の期間で輝度情報及び色情報を有する第２の入射光を第２の信号電荷として蓄積する第２の画素１１−２を選択し、第２の信号電荷を第２の画素信号として読み出す。このように本実施形態に係る固体撮像装置１は、輝度情報を有する第１の信号電荷と、輝度情報及び色情報を有する第２の信号電荷とを別々に読み出す。

図３を用いて固体撮像装置１の駆動方法の詳細を説明する。図３は、本実施形態に係る画素読み出しにおけるシャッタ動作及び読み出し動作のタイミングチャートを示す図である。

図３の垂直同期信号は、１フレームの始まりで所定期間Ｈｉｇｈレベルとなる信号である。従って、垂直同期信号が一度Ｈｉｇｈレベルになってから次にＨｉｇｈレベルになるまでの期間が全画素１１の読み出し処理を行う時間となる。

水平同期信号は、各行の始まりで所定時間Ｈｉｇｈレベルとなる信号である。従って、水平同期信号が一度Ｈｉｇｈレベルになってから次にＨｉｇｈレベルになるまでの期間が１行の画素１１を読み出し処理する時間（１水平時間）に相当する。

本実施形態では、露光期間を最大限確保するため、シャッタ動作を行った後、次にシャッタ動作を行う直前に読み出し動作を行う。従って、１フレームの間に各行で１回ずつシャッタ動作及び読み出し動作が行われる。露光期間は、シャッタ動作を行ってから次に読み出し動作を行うまでの期間となる。なお、実際には、ブルーミング対策などのために実際の露光期間を決定するシャッタ動作以外にもシャッタ動作を行う場合もあるが、本実施形態では、そのようなシャッタ動作は考慮しないものとする。

まず１フレームの始まりに第１行目の画素１１の読み出し動作が行われる。第１行目の画素１１は、レッドフィルタ成分又はグリーンフィルタ成分に対応し、輝度情報及び色情報を有する第２の入射光を蓄積する第２の画素１１−２である。読み出し動作は、走査制御部１６が第１行に相当する垂直アドレスを指定する制御信号を生成し、垂直選択回路１４に渡すことで行われる。

第１行目の画素１１は、垂直選択回路１４に選択されると、露光を終了し１つ前のフレームで蓄積された信号電荷を画素信号として出力する。即ち、第１行目の画素１１に対し読み出し動作が行われる。

そして、図３では２水平時間後に、第１行目の画素１１は、蓄積された信号電荷をリセットし、露光を開始する。即ち、第１行目の画素１１に対しシャッタ動作が行われる。

固体撮像装置１は、第１行目の画素１１の読み出し動作を行った１水平時間後に第３行目の画素１１の読み出し動作を行う。図２に示すように、第３行目の画素１１は、グリーンフィルタ成分又はブルーフィルタ成分に対応し、輝度情報及び色情報を有する第２の入射光を蓄積する第２の画素１１−２である。読み出し動作及びシャッタ動作は、第１行目の画素１１と同様である。

このように固体撮像装置１は、第１行目、第３行目、第５行目・・・、第Ｎ−１行目（Ｎは偶数）の順に奇数Ｖアドレスの画素１１の読み出し及びシャッタ動作を行い、輝度情報及び色情報を有する画素信号を読み出す。奇数Ｖアドレスの画素１１は、本実施形態では全画素１１の半数であるため、固体撮像装置１は、１／２フレーム期間で輝度情報及び色情報を有する全ての画素信号を読み出す。固体撮像装置１が輝度情報及び色情報を有する画素信号を読み出す時間を色情報読み出し期間と呼ぶ。

固体撮像装置１は、輝度情報及び色情報を有する画素信号を読み出すと、次に輝度情報を有する画素信号を読み出す。まず、固体撮像装置１は、第２行目の画素１１の読み出し動作を行う。第２行目の画素１１は、ホワイトフィルタ成分に対応し、輝度情報を有する第１の入射光を蓄積する第１の画素１１−１である。読み出し動作は、走査制御部１６が第２行に相当する垂直アドレスを指定する制御信号を生成し、垂直選択回路１４に渡すことで行われる。

第２行目の画素１１は、垂直選択回路１４に選択されると、露光を終了し１つ前のフレームで蓄積された信号電荷を画素信号として出力する。即ち、第２行目の画素１１に対し読み出し動作が行われる。

そして、図３では２水平時間後に、第２行目の画素１１は、蓄積された信号電荷をリセットし、露光を開始する。即ち、第２行目の画素１１に対しシャッタ動作が行われる。

固体撮像装置１は、第２行目の画素１１の読み出し動作を行った１水平時間後に第４行目の画素１１の読み出し動作を行う。図２に示すように、第４行目の画素１１は、第２行目の画素１１と同様ホワイトフィルタ成分に対応し、輝度情報を有する第１の入射光を蓄積する第１の画素１１−１である。読み出し動作及びシャッタ動作は、第２行目の画素１１と同様である。

このように固体撮像装置１は、第２行目、第４行目、第６行目・・・、第Ｎ行目の順に偶数Ｖアドレスの画素１１の読み出し及びシャッタ動作を行い、輝度情報を有する画素信号を読み出す。偶数Ｖアドレスの画素１１は、全画素１１の半数であるため、固体撮像装置１は、１／２フレーム期間で輝度情報を有する全ての画素信号を読み出す。固体撮像装置１が輝度情報を有する画素信号を読み出す時間を輝度情報読み出し期間と呼ぶ。

固体撮像装置１は、１／２フレームに相当する色情報読み出し期間に輝度情報及び色情報を有する画素信号を読み出し、１／２フレームに相当する輝度情報読み出し期間に輝度情報を有する画素信号を読み出すことで、１フレームで全画素信号の読み出しを行う。

読み出された画素信号は、出力回路１７で信号処理を施され、画素データに変換されて信号処理部２０のメモリ２１に格納される。出力回路１７が出力する順にメモリ２１に画素データを格納した場合、メモリ２１にはまず奇数Ｖアドレスに対応する画素データが格納され、次に偶数Ｖアドレスに対応する画素データが格納される。この場合、信号処理回路２２は、メモリ２１に格納されている画素データをＶアドレスにそって並べ替えてから信号処理を施し、１フレームの画像データを生成する。

以上のように、第１実施形態に係る固体撮像装置１は、輝度情報を有する第１の信号電荷と、輝度情報及び色情報を有する第２の信号電荷とを別々に読み出す。

本実施形態では、全画素を読み出すのに必要な１フレーム期間を輝度情報読み出し期間（第１の期間）と色情報読み出し期間（第２の期間）とに２等分し、輝度情報読み出し期間で第１の信号電荷を全て読み出し、色情報読み出し期間で第２の信号電荷を全て読み出すように、走査部１８が選択するラインを走査制御部１６が決定する。

全信号電荷をＶアドレス順に読み出すと、輝度情報を有する第１の信号電荷を読み出す時間（輝度情報読み出し期間）、及び輝度情報及び色情報を有する第２の信号電荷を読み出す時間（色情報読み出し期間）ともに１フレームとなる。

一方、本実施形態に係る固体撮像装置１は、輝度情報を有する第１の信号電荷を読み出す時間（輝度情報読み出し期間）、及び輝度情報及び色情報を有する第２の信号電荷を読み出す時間（色情報読み出し期間）がそれぞれ１／２フレームとなり、全信号電荷をＶアドレス順に読み出す場合に比べ、読み出し期間が１／２となる。

固体撮像装置１は、読み出す順番を替えるだけで、読み出し期間を従来の１／２とすることができ、グローバルシャッタ構造を用いることなく、フォーカルプレーン現象による画像のゆがみを低減することができる。

画素信号を半数ずつ読み出すと、先に読み出した半数の画素信号と後に読み出した半数の画素信号との間に１／２フレーム分の時間的なずれが発生する。本実施形態の固体撮像装置１では、読み出す画素を、輝度情報を有する画素信号と輝度情報及び色情報を有する画素信号とで分けることで、時間的なずれによる画像のゆがみを最小限に抑えることができる。

なお、本実施形態では、奇数Ｖアドレスに対応し輝度情報及び色情報を有する第２の信号電荷から読み出しているが、偶数Ｖアドレスに対応し輝度情報を有する第１の信号電荷から読み出してもよい。また、カラーフィルタ１１４の配置も一例であり、輝度情報を有する第１の入射光を透過する第１色目フィルタ成分を奇数Ｖアドレスに対応して配置し、輝度情報及び色情報を有する第２の入射光を透過する第２色目フィルタ成分を偶数Ｖアドレスに配置してもよい。

（第２実施形態）
第２実施形態に係る固体撮像装置２を説明する。図４は、本実施形態に係る固体撮像装置２を示す図である。固体撮像装置２は、列単位で画素１１を選択し、水平方向に沿って順次走査する点で図１の固体撮像装置１と異なる。図１に示す固体撮像装置１と同じ構成要素には同一の符号を振り説明を省略する。

水平信号線２９は、各画素１１で取り込んだ画素信号を垂直選択回路２４へ送る配線である。水平信号線２９は、画素１１の並びの水平方向に沿って配線される。水平選択回路２５は、制御信号及び水平同期信号に基づき、列単位で画素１１を選択し、水平方向に沿って順次走査する。

垂直選択回路２４は、制御信号及び垂直同期信号に基づき行単位で画素１１を選択し、垂直方向に沿って順次走査する。垂直選択回路２４は、水平選択回路２５による走査に同期して垂直方向に沿った画素１１を順次選択する。画素１１に蓄積された画素信号は、垂直信号線２３を介して順次垂直選択回路２４へ送られる。垂直選択回路２４は、順次送られてきた画素信号を出力回路１７へ送る。

走査制御部２６は、垂直選択回路２４及び水平選択回路２５が順次走査する画素１１を指定する制御信号を生成し、垂直選択回路２４及び水平選択回路２５に供給する。具体的には、各画素１１の位置情報は、各画素１１のアドレスとして走査制御部２６に記憶されている。走査制御部２６は、アドレス情報を含む制御信号を生成することで、垂直選択回路２４及び水平選択回路２５が走査する画素１１を制御する。

カラーフィルタ２１４は、各画素１１に対応してマトリクス状に形成される。図５は、本実施形態に係るカラーフィルタ２１４の配置例を示す図である。
図５に示すように、カラーフィルタ２１４は、垂直方向に一列に配置された複数の第１色目フィルタ成分、及び垂直方向に一列に配置された複数の第２色目フィルタ成分が水平方向にそれぞれ交互に複数配置される。

各画素１１の水平アドレス（Ｈアドレス）を、図５の左、つまり垂直選択回路２５に遠い画素１１から順に「１，２，・・・，Ｎ」（Ｎ≧２）とする。このとき、水平アドレスが奇数（以下、奇数Ｈアドレスとも称する。）の画素１１に対応するカラーフィルタの色目フィルタ成分は、第２色目フィルタ成分となる。すなわち、第２色目フィルタ成分であるレッドフィルタ成分Ｒ、グリーンフィルタ成分Ｇ、及びブルーフィルタ成分Ｂは、奇数Ｖアドレスの画素１１と対応するように配置される。

水平アドレスが偶数（以下、偶数Ｈアドレスとも称する。）の画素１１に対応するカラーフィルタの色目フィルタ成分は、第１色目フィルタ成分となる。すなわち、第１色目フィルタ成分である、ホワイトフィルタ成分Ｗは、偶数Ｈアドレスの画素１１と対応するように配置される。

続いて、固体撮像装置２の駆動方法を説明する。固体撮像装置２の駆動方法は、図３の垂直同期信号を水平同期信号と、水平同期信号を垂直同期信号と、ＶアドレスをＨアドレスと読み替えた場合と同じである。

すなわち、本実施形態で走査制御部２６が生成する水平同期信号は、１フレームの始まりで所定期間Ｈｉｇｈレベルとなる信号である。従って、水平同期信号が一度Ｈｉｇｈレベルになってから次にＨｉｇｈレベルになってから次にＨｉｇｈレベルになるまでの期間が全画素１１の読み出し処理を行う時間となる。

本実施形態の走査制御部２６が生成する垂直同期信号は、各列の始まりで所定時間がＨｉｇｈレベルとなる信号である。従って、垂直同期信号が一度Ｈｉｇｈレベルになってから次にＨｉｇｈレベルになるまでの期間が１列の画素１１を読み出し処理する時間（１垂直時間）に相当する。

まず、固体撮像装置２は、第１列目、第３列目、第５列目・・・、第Ｎ−１列目（Ｎは偶数）の順に奇数Ｈアドレスの画素１１の読み出し及びシャッタ動作を行い、輝度情報及び色情報を有する画素信号を読み出す。奇数Ｈアドレスの画素１１は、全画素１１の半数であるため、固体撮像装置２は、１／２フレーム期間で輝度情報及び色情報を有する全ての画素信号を読み出す。

固体撮像装置２は、第２列目、第４列目、第６列目・・・、第Ｎ列目の順に偶数Ｈアドレスの画素１１の読み出し及びシャッタ動作を行い、輝度情報を有する画素信号を読み出す。偶数Ｈアドレスの画素１１は、全画素１１の半数であるため、固体撮像装置２は、１／２フレーム期間で輝度情報を有する全ての画素信号を読み出す。

本実施形態の固体撮像装置２のように、列単位で画素１１を選択し、水平方向に沿って順次走査する場合であっても、輝度情報を有する第１の画素１１に蓄積された第１の信号電荷と、輝度情報及び色情報を有する第２の画素１１に蓄積された第２の信号電荷とを別々に読み出すことで、第１の実施形態の固体撮像装置１と同様にローバルシャッタ構造を用いることなく、フォーカルプレーン現象による画像のゆがみを低減することができる。

なお、本実施形態では、奇数Ｈアドレスに対応し輝度情報及び色情報を有する第２の信号電荷から読み出しているが、偶数Ｈアドレスに対応し輝度情報を有する第１の信号電荷から読み出してもよい。また、カラーフィルタ２１４の配置も一例であり、輝度情報を有する第１の入射光を透過する第１色目フィルタ成分を奇数Ｈアドレスに対応して配置し、輝度情報及び色情報を有する第２の入射光を透過する第２色目フィルタ成分を偶数Ｈアドレスに配置してもよい。

（第３実施形態）
第３実施形態に係る固体撮像装置３を説明する。図６に示す本実施形態に係る固体撮像装置３は、カラーフィルタ３１４及び走査制御部３６を除き、図１に示す固体撮像装置１と同じ構成である。

図７に示すカラーフィルタ３１４は、ホワイトフィルタ成分Ｗとブルーフィルタ成分Ｂとが交互に一列に配置された行と、レッドフィルタ成分とグリーンフィルタ成分Ｇとが交互に一列に配置された行とが、垂直方向にそれぞれ交互に複数配置された構成を有する。

本実施形態では、輝度情報を有する第１の入射光を透過する第１色目フィルタ成分を、ホワイトフィルタ成分Ｗ、及びグリーンフィルタ成分Ｇとする。また輝度情報及び色情報を有する第２の入射光を透過する第２色目フィルタ成分を、レッドフィルタ成分Ｒ、及びブルーフィルタ成分Ｂとする。グリーンフィルタ成分Ｇを透過した入射光は、色情報を含むが、輝度情報も多く含んでいるため、本変形例ではグリーンフィルタ成分Ｇも第１色目フィルタ成分とする。

固体撮像装置３の走査部１８は、まず輝度情報及び色情報を有する第２の入射光を信号電荷として蓄積する第２の画素１１−２を選択する。すなわち、固体撮像装置３は、レッドフィルタ成分Ｒ及びブルーフィルタ成分Ｂに対応する第２の画素１１−２の信号電荷を全て読み出す。

次に、固体撮像装置３の走査部１８は、輝度情報を有する第１の画素１１−１を選択する。すなわち、固体撮像装置３は、ホワイトフィルタ成分Ｗ及びグリーンフィルタ成分に対応する第１の画素１１−１の信号電荷を全て読み出す。

走査制御部３６は、図３と同じ垂直同期信号及び水平同期信号を生成する。第１の実施形態の走査制御部１６は、水平同期信号に同期して、Ｖアドレスを指定する制御信号を生成する。実施形態のカラーフィルタ３１４は、第１色目フィルタ成分及び第２色目フィルタ成分が市松配置されているため、走査制御部３６は、水平同期信号に同期して、Ｖアドレス及びＨアドレスを指定する制御信号を生成する。

以下、走査制御部３６が指定するアドレスを具体的に説明する。走査制御部３６が指定するＶアドレス、Ｈアドレスを（Ｖ，Ｈ）と表記する。例えば、走査制御部３６が第１行目、第１列目の画素を選択する場合に、走査制御部が指定するＶアドレス及びＨアドレスを（１，１）と表記する。

走査制御部３６は、まず第１行目の奇数列目の画素１１、及び第２行目の偶数列目の画素１１を指定する。走査制御部３６が指定するアドレスは、「（１，１）、（１，３）、・・・、（１，Ｎ−１）」及び「（２，２）、（２，４）、・・・、（２、Ｎ）」となる。これにより、固体撮像装置３は、図７の網掛けで示す第２色目フィルタ成分に対応する第２の画素の信号電荷を読み出す。

走査制御部３６は、第３行目の奇数列目の画素１１、及び第４行目の偶数列目の画素１１を指定する。走査制御部３６が指定するアドレスは、「（３，１）、（３，３）、・・・、（３，Ｎ−１）」及び「（４，２）、（４，４）、・・・、（４、Ｎ）」となる。これにより、固体撮像装置３は、第３、４行目の第２色目フィルタ成分に対応する第２の画素の信号電荷をＮ個読み出す。

走査制御部３６は、Ｎ個の第２の画素１１のアドレスを、Ｖアドレスが小さい順に指定していく。これをＮ／２回繰り返すことで、固体撮像装置３は、第２の画素１１に蓄積された輝度情報及び色情報を有する第２の信号電荷全てを1／２フレーム期間で読み出す。

次に固体撮像装置３は、第１の画素１１に蓄積された輝度情報を有する第１の信号電荷全てを1／２フレーム期間で読み出す。

具体的に走査制御部３６は、第１行目の偶数列目の画素１１、及び第２行目の奇数列目の画素１１を指定する。走査制御部３６が指定するアドレスは、「（１，２）、（１，４）、・・・、（１，Ｎ）」及び「（２，１）、（２，３）、・・・、（２、Ｎ−１）」となる。これにより、固体撮像装置３は、第１、２行目の第１色目フィルタ成分に対応する第１の画素の信号電荷をＮ個読み出す。

走査制御部３６は、Ｎ個の第１の画素１１のアドレスを、Ｖアドレスが小さい順に指定していく。これをＮ／２回繰り返すことで、固体撮像装置３は、第１の画素１１に蓄積された輝度情報及び色情報を有する第１の信号電荷全てを1／２フレーム期間で読み出す。

以上、本変形例の固体撮像装置３のように、走査制御部３６がＶアドレス及びＨアドレスの両方を指定するようにしても、輝度情報を有する第１の信号電荷と、輝度情報及び色情報を有する第２の信号電荷とを別々に読み出すことで、第１の実施形態の固体撮像装置１と同様にローバルシャッタ構造を用いることなく、フォーカルプレーン現象による画像のゆがみを低減することができる。

また、固体撮像装置３のように、走査制御部３６がＶアドレス及びＨアドレスの両方を指定するようにすると、第１色目フィルタ成分及び第２色目フィルタ成分がそれぞれ一行ずつに並んでいない場合も、輝度情報を有する第１の信号電荷と輝度情報及び色情報を有する第２の信号電荷とを別々に読み出すことができるため、各色目フィルタ成分の配置の自由度を増加させることができる。さらに、グリーンフィルタ成分Ｇを第１色目フィルタ成分とすることで、第１の実施形態のカラーフィルタ１１４と比べて、ホワイトフィルタ成分Ｗの数を減らし、その他の色目フィルタ成分の数を増やすことができる。このように、グリーンフィルタ成分Ｇを第１色目フィルタ成分とすることで、各色目フィルタ成分の割合の自由度を増加させることができる。

（第４実施形態）
第４実施形態に係る固体撮像装置４を説明する。本実施形態に係る固体撮像装置４は、カラーフィルタ４１４を除き、図１に示す固体撮像装置１と同じ構成であるため、カラーフィルタ４１４を除く固体撮像装置４については図１を参照して説明する。

図８に示すカラーフィルタ４１４は、水平方向に一列に配置された複数の第１色目フィルタ成分、及び水平方向に一列に配置された複数の第２色目フィルタ成分が垂直方向にそれぞれ交互に複数配置される。

本変形例では、第１色目フィルタ成分は、ホワイトフィルタ成分Ｗであり、第２色目フィルタ成分はレッドフィルタ成分Ｒ、グリーンフィルタ成分Ｇ、及びブルーフィルタ成分Ｂである。

カラーフィルタ４１４は、ある行の色目フィルタ成分の中心に対して次の行の色目フィルタ成分の中心が行方向と列方向に１／２フィルタ成分の分だけずれた斜め格子状の配置を有する。

従って、カラーフィルタ４１４の各色目フィルタ成分に対応して配置される画素１１も、図８のカラーフィルタ４１４と同様に斜め格子状に配置される。すなわち、画素アレイ部１２は、マトリクス状に配置されるとともに、ある行の画素中心に対して次の行の画素中心が両方向及び列方向に１／２画素分ずれた斜め格子状の画素配列を有する。
なお、固体撮像装置４の駆動方法は、図３と同じであるため説明を省略する。

固体撮像装置４のように、カラーフィルタ及び画素を斜め格子状に配置しても第１の実施形態の固体撮像装置１と同様にグローバルシャッタ構造を用いることなく、フォーカルプレーン現象による画像のゆがみを低減することができる。
なお、第２、３実施形態の固体撮像装置２，３のカラーフィルタ及び画素を斜め格子状に配置してもよい。

（第５実施形態）
次に、第５実施形態では、固体撮像装置１の応用例を説明する。図９は、固体撮像装置１を電子機器４００に応用した例を示す。電子機器４００としては、例えばデジタルカメラや、携帯電話機等のカメラ、スキャナ、監視カメラ等が挙げられるが、ここでは電子機器４００がデジタルカメラである場合について説明する。

本実施形態に係る電子機器４００は、固体撮像装置１と、光学レンズ２１０と、駆動回路２１２とを有する。

光学レンズ２１０は、被写体からの像光（入射光）を固体撮像装置１の撮像面上に結像させる。これにより固体撮像装置１内に一定期間信号電荷が蓄積される。
駆動回路２１２は、固体撮像装置１の転送動作を制御する駆動信号を供給する。

固体撮像装置１は、駆動信号に基づき光電変換素子に蓄積された信号電荷に各種の信号処理を行う。固体撮像装置１は、生成した撮像信号である画像データを図示しないメモリなどの記憶媒体やモニタ等に出力する。

以上のように、本実施形態に係る電子機器４００は、第１実施形態に係る固体撮像装置１を搭載しているため、グローバルシャッタ構造を用いることなく、フォーカルプレーン現象による画像のゆがみを低減することができる。

ここでは、電子機器４００に第１実施形態に係る固体撮像装置１を搭載する例を示したが、電子機器４００に第２〜第４実施形態に係る固体撮像装置２〜４を搭載してもよい。

最後に、上述した各実施形態の説明は本開示の一例であり、本開示は上述の実施の形態に限定されることはない。このため、上述した各実施の形態以外であっても、本開示に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計等に応じて種々の変更が可能であることは勿論である。

１０ センサ部
１１ 画素
１２ 画素アレイ部
１３，２３ 垂直信号線
１４，２４ 垂直選択回路
１５，２５ 水平選択回路
１６，２６，３６ 走査制御部
１７ 出力回路
１８ 走査部
１９，２９ 水平信号線
２０ 信号処理部
２１ メモリ
２２ 信号処理回路
２１４，３１４，４１４ カラーフィルタ

Claims (7)

1. 輝度情報を有する第１の入射光を透過する第１色目フィルタ成分と、前記輝度情報及び色情報を有する第２の入射光を透過する第２色目フィルタ成分とを有するカラーフィルタと、
   前記第１の入射光を第１の信号電荷に変換する第１の光電変換部を有する複数の第１の画素と、前記第２の入射光を第２の信号電荷に変換する第２の光電変換部を有する複数の第２の画素とを有する画素アレイ部と、
   第１の期間で前記第１の信号電荷の読み出しを行う前記複数の第１の画素を選択し、第２の期間で前記第２の信号電荷の読み出しを行う前記複数の第２の画素を選択する走査部と、
   前記第１の画素又は前記第２の画素から読み出された前記第１の信号電荷又は前記第２の信号電荷に応じた第１の画素信号及び第２の画素信号を生成する出力回路と、
   を備える固体撮像装置。
2. 前記カラーフィルタは、
   水平方向に一列に配置された複数の前記第１色目フィルタ成分と、
   水平方向に一列に配置された複数の前記第２色目フィルタ成分と、が垂直方向にそれぞれ交互に複数配置されるマトリクス形状を有する請求項１に記載の固体撮像装置。
3. 前記カラーフィルタの前記第１及び第２色目フィルタ成分は、マトリクス状に配置されるとともに、ある行の色目フィルタ成分の中心に対し、次の行の色目フィルタ成分の中心が行方向及び列方向に２分の１ずれた斜め格子状の配列を有する請求項１に記載の固体撮像装置。
4. 前記画素アレイ部が有する全ての画素を読み出すのに必要な１フレームを前記第１の期間及び前記第２の期間に２等分し、前記第１の期間で前記第１の信号電荷を全て読み出し、前記第２の期間で前記第２の信号電荷を全て読み出すように前記走査部が選択するラインを決定する走査制御部をさらに備える請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
5. 前記第１色目フィルタ成分はホワイトフィルタ成分であり、
   前記第２色目フィルタ成分はレッドフィルタ成分、グリーンフィルタ成分、ブルーフィルタ成分を含む請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
6. 輝度情報を有する第１の入射光を透過する第１色目フィルタ成分と、前記輝度情報及び色情報を有する第２の入射光を透過する第２色目フィルタ成分とを有するカラーフィルタと、前記第１の入射光を第１の信号電荷に変換する第１の光電変換部を有する複数の第１の画素と、前記第２の入射光を第２の信号電荷に変換する第２の光電変換部を有する複数の第２の画素とを有する画素アレイ部と、前記第１の信号電荷又は前記第２の信号電荷の読み出しを行う前記第１の画素又は前記第２の画素を選択する走査部と、前記第１の画素又は前記第２の画素から読み出された前記第１の信号電荷又は前記第２の信号電荷に応じた画素信号を生成する出力回路と、を備える固体撮像装置の駆動方法であって、
   前記走査部が、第１の期間で前記第１の信号電荷の読み出しを行う前記複数の第１の画素を選択するステップと、
   前記信号処理部が、前記第１の期間で前記第１の画素から読み出された前記第１の信号電荷に応じた第１の画素信号を生成するステップと、
   前記走査部が、第２の期間で前記第２の信号電荷の読み出しを行う前記複数の第１の画素を選択するステップと、
   前記信号処理部が前記第２の期間で前記第２の画素から読み出された前記第１の信号電荷に応じた第２の画素信号を生成するステップと、
   を備える固体撮像装置の駆動方法。
7. 輝度情報を有する第１の入射光を透過する第１色目フィルタ成分と、前記輝度情報及び色情報を有する第２の入射光を透過する第２色目フィルタ成分とを有するカラーフィルタと、
   前記第１の入射光を第１の信号電荷に変換する第１の光電変換部を有する複数の第１の画素と、前記第２の入射光を第２の信号電荷に変換する第２の光電変換部を有する複数の第２の画素とを有する画素アレイ部と、
   第１の期間で前記第１の信号電荷の読み出しを行う前記複数の第１の画素を選択し、第２の期間で前記第２の信号電荷の読み出しを行う前記複数の第２の画素を選択する走査部と、
   前記第１の画素又は前記第２の画素から読み出された前記第１の信号電荷又は前記第２の信号電荷に応じた第１の画素信号及び第２の画素信号を生成する出力回路と、
   前記電気信号を処理する信号処理回路と、
   を備える固体撮像装置と、
   前記光電変換部に前記入射光を導く光学レンズと、
   を備える電子機器。

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