JP4747154B2

JP4747154B2 - 固体撮像素子の駆動方法、固体撮像素子、及び撮像装置

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Publication number: JP4747154B2
Application number: JP2007302758A
Authority: JP
Inventors: 和也小田; 和田　　哲
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2007-11-22
Filing date: 2007-11-22
Publication date: 2011-08-17
Anticipated expiration: 2027-11-22
Also published as: US20090135281A1; JP2009130575A; US8125547B2

Description

本発明は、多数の光電変換素子を有する固体撮像素子を駆動する固体撮像素子の駆動方法に関する。

特許文献１には、シリコン基板上に、光の輝度成分を検出する感光素子を正方格子状に配列した第１の感光素子群と、光の色相成分を検出する感光素子を正方格子状に配列した第２の感光素子群とを互いに隣接する位置にずらして配置して、いわゆるハニカム状の配列パターンを形成した撮像素子が開示されている。

特開平１１−３５５７９０号公報

本発明は、上記特許文献１に挙げられるように、輝度成分を検出する感光素子と色相成分を検出する感光素子とを有する固体撮像素子の有効な駆動方法を提案するものである。

本発明の固体撮像素子の駆動方法は、多数の光電変換素子を有する固体撮像素子を駆動する固体撮像素子の駆動方法であって、前記多数の光電変換素子が、行方向とこれに直交する列方向に正方格子状に配列された第一の光電変換素子群と、同じく正方格子状に配列された第二の光電変換素子群とからなり、前記第一の光電変換素子群と前記第二の光電変換素子群とが、それぞれの光電変換素子の配列ピッチの１／２だけ前記行方向及び前記列方向にずれて配置されており、前記第一の光電変換素子群には、緑色を含む３色の光の各々を透過するカラーフィルタが受光面上方に設けられた３種類の光電変換素子で構成されており、前記第二の光電変換素子群は、輝度成分と相関のある輝度フィルタが受光面上方に設けられた輝度検出用光電変換素子のみで構成されており、緑色の光を透過するカラーフィルタが受光面上方に設けられた前記光電変換素子である第一の光電変換素子で発生した第一の電荷と、前記第一の光電変換素子の所定方向に隣接する前記輝度検出用光電変換素子で発生した第二の電荷とを混合し、混合して得られる電荷を信号に変換して出力させる第一の駆動を行うステップを有する。

本発明の固体撮像素子の駆動方法は、前記固体撮像素子が、前記列方向に配列された前記光電変換素子からなる光電変換素子列に対応してその側部に設けられた、電荷を前記列方向に転送する電荷転送路と、前記電荷転送路を転送されてきた電荷に応じた信号を出力する出力部とを含み、前記多数の光電変換素子の各々と、該各々の光電変換素子に隣接する前記電荷転送路との間には、該光電変換素子で発生した電荷を該電荷転送路に読み出すための電荷読み出し部が該光電変換素子に対応して形成されており、前記第一の光電変換素子に対応する前記電荷読出し部と、前記第一の光電変換素子の前記所定方向に隣接する前記輝度検出用光電変換素子に対応する前記電荷読出し部とが、同一の前記電荷転送路に隣接して形成されており、前記第一の駆動が、前記第一の光電変換素子と前記輝度検出用光電変換素子とからそれぞれ電荷を前記電荷転送路に読み出し、該電荷転送路上で該電荷を混合し、混合した電荷に応じた信号を前記出力部から出力させる駆動である。

本発明の固体撮像素子の駆動方法は、前記３種類の光電変換素子のうち前記第一の光電変換素子を除く２種類の光電変換素子の各々に対応する前記電荷読出し部が、前記第一の光電変換素子に対応する前記電荷読出し部が隣接する前記電荷転送路（以下、第一の電荷転送路という）以外の電荷転送路に隣接して形成されており、前記２種類の光電変換素子の一方に対応する前記電荷読出し部が隣接する前記電荷転送路（以下、第二の電荷転送路という）には該電荷読出し部のみが隣接し、前記２種類の光電変換素子の他方に対応する前記電荷読出し部が隣接する前記電荷転送路（以下、第三の電荷転送路という）には該電荷読出し部のみが隣接し、前記第一の光電変換素子から前記第一の電荷転送路に電荷を読み出し、前記２種類の光電変換素子の一方から前記第二の電荷転送路に電荷を読み出し、前記２種類の光電変換素子の他方から前記第三の電荷転送路に電荷を読み出し、読み出した電荷を前記出力アンプまで転送して、前記出力アンプから該電荷に応じた信号を出力させる第二の駆動を行うステップを有する。

本発明の固体撮像素子の駆動方法は、前記固体撮像素子が、前記多数の光電変換素子の各々に対応して設けられ、前記多数の光電変換素子の各々で発生して蓄積された電荷を一時的に蓄積する電荷蓄積部と、前記電荷蓄積部に蓄積された電荷に応じた信号を出力するＭＯＳトランジスタからなる信号出力回路とを含み、前記第一の光電変換素子に対応する前記電荷蓄積部と、前記第一の光電変換素子の前記所定方向に隣接する前記輝度検出用光電変換素子に対応する前記電荷蓄積部とが共有化されており、前記固体撮像素子が、前記第一の光電変換素子から前記電荷蓄積部への電荷の転送を制御する第一の転送制御手段と、前記輝度検出用光電変換素子から前記電荷蓄積部への電荷の転送を制御する第二の転送制御手段とを含み、前記第一の駆動が、前記第一の転送制御手段を制御して前記第一の光電変換素子から前記電荷蓄積部に電荷を転送し、前記第二の転送制御手段を制御して前記輝度検出用光電変換素子から前記電荷蓄積部に電荷を転送して前記電荷蓄積部で該電荷を混合した後、混合後の電荷に応じた信号を前記信号出力回路から出力させる駆動である。

本発明の固体撮像素子の駆動方法は、前記緑色を含む３色が原色であり、前記カラーフィルタの配列がベイヤー配列となっている。

本発明の固体撮像素子は、多数の光電変換素子を有する固体撮像素子であって、前記多数の光電変換素子が、行方向とこれに直交する列方向に正方格子状に配列された第一の光電変換素子群と、同じく正方格子状に配列された第二の光電変換素子群とからなり、前記第一の光電変換素子群と前記第二の光電変換素子群とが、それぞれの光電変換素子の配列ピッチの１／２だけ前記行方向及び前記列方向にずれて配置されており、前記第一の光電変換素子群は、緑色を含む３色の光の各々を透過するカラーフィルタが受光面上方に設けられた３種類の光電変換素子で構成されており、前記第二の光電変換素子群は、輝度成分と相関のある輝度フィルタが受光面上方に設けられた輝度検出用光電変換素子のみで構成されており、前記列方向に配列された前記光電変換素子からなる光電変換素子列に対応してその側部に設けられた、電荷を前記列方向に転送する電荷転送路と、前記電荷転送路を転送されてきた電荷に応じた信号を出力する出力部とを備え、前記多数の光電変換素子の各々と、該各々の光電変換素子に隣接する前記電荷転送路との間には、該光電変換素子で発生した電荷を該電荷転送路に読み出すための電荷読み出し部が該光電変換素子に対応して形成されており、緑色の光を透過するカラーフィルタが受光面上方に設けられた前記光電変換素子である第一の光電変換素子に対応する前記電荷読出し部と、前記第一の光電変換素子の所定方向に隣接する前記輝度検出用光電変換素子に対応する前記電荷読出し部とが、同一の前記電荷転送路に隣接して形成されている。

本発明の固体撮像素子は、前記３種類の光電変換素子のうち前記第一の光電変換素子を除く２種類の光電変換素子の各々に対応する前記電荷読出し部が、前記第一の光電変換素子に対応する前記電荷読出し部が隣接する前記電荷転送路以外の電荷転送路に隣接して設けられており、前記２種類の光電変換素子の一方に対応する前記電荷読出し部が隣接する前記電荷転送路には該電荷読出し部のみが隣接し、前記２種類の光電変換素子の他方に対応する前記電荷読出し部が隣接する前記電荷転送路には該電荷読出し部のみが隣接する。

本発明の固体撮像素子は、多数の光電変換素子を有する固体撮像素子であって、前記多数の光電変換素子が、行方向とこれに直交する列方向に正方格子状に配列された第一の光電変換素子群と、同じく正方格子状に配列された第二の光電変換素子群とからなり、前記第一の光電変換素子群と前記第二の光電変換素子群とが、それぞれの光電変換素子の配列ピッチの１／２だけ前記行方向及び前記列方向にずれて配置されており、前記第一の光電変換素子群は、緑色を含む３色の光の各々を透過するカラーフィルタが受光面上方に設けられた３種類の光電変換素子で構成されており、前記第二の光電変換素子群は、輝度成分と相関のある輝度フィルタが受光面上方に設けられた輝度検出用光電変換素子のみで構成されており、前記多数の光電変換素子の各々に対応して設けられ、前記多数の光電変換素子の各々で発生して蓄積された電荷を一時的に蓄積する電荷蓄積部と、前記電荷蓄積部に蓄積された電荷に応じた信号を出力するＭＯＳトランジスタからなる信号出力回路とを備え、緑色の光を透過するカラーフィルタが受光面上方に設けられた前記光電変換素子である第一の光電変換素子に対応する前記電荷蓄積部と、前記第一の光電変換素子の所定方向に隣接する前記輝度検出用光電変換素子に対応する前記電荷蓄積部とが共有化されており、前記第一の光電変換素子から前記電荷蓄積部への電荷の転送を制御する第一の転送制御手段と、前記輝度検出用光電変換素子から前記電荷蓄積部への電荷の転送を制御する第二の転送制御手段とを備える。

本発明の固体撮像素子は、前記緑色を含む３色が原色であり、前記カラーフィルタの配列がベイヤー配列となっている。

本発明の撮像装置は、多数の光電変換素子を有する固体撮像素子を備える撮像装置であって、前記多数の光電変換素子が、行方向とこれに直交する列方向に正方格子状に配列された第一の光電変換素子群と、同じく正方格子状に配列された第二の光電変換素子群とからなり、前記第一の光電変換素子群と前記第二の光電変換素子群とが、それぞれの光電変換素子の配列ピッチの１／２だけ前記行方向及び前記列方向にずれて配置されており、前記第一の光電変換素子群は、緑色を含む３色の光の各々を透過するカラーフィルタが受光面上方に設けられた３種類の光電変換素子で構成されており、前記第二の光電変換素子群は、輝度成分と相関のある輝度フィルタが受光面上方に設けられた輝度検出用光電変換素子のみで構成されており、緑色の光を透過する前記カラーフィルタが受光面上方に設けられた前記光電変換素子である第一の光電変換素子で発生した第一の電荷と、前記第一の光電変換素子の所定方向に隣接する前記輝度検出用光電変換素子で発生した第二の電荷とを混合し、混合して得られる電荷を信号に変換して出力させる第一の駆動を行う第一の駆動手段を備える。

本発明の撮像装置は、前記固体撮像素子が、前記列方向に配列された前記光電変換素子からなる光電変換素子列に対応してその側部に設けられた、電荷を前記列方向に転送する電荷転送路と、前記電荷転送路を転送されてきた電荷に応じた信号を出力する出力部とを含み、前記多数の光電変換素子の各々と、該各々の光電変換素子に隣接する前記電荷転送路との間には、該光電変換素子で発生した電荷を該電荷転送路に読み出すための電荷読み出し部が該光電変換素子に対応して形成されており、前記第一の光電変換素子に対応する前記電荷読出し部と、前記第一の光電変換素子の前記所定方向に隣接する前記輝度検出用光電変換素子に対応する前記電荷読出し部とが、同一の前記電荷転送路に隣接して形成されており、前記第一の駆動が、前記第一の光電変換素子と前記輝度検出用光電変換素子とからそれぞれ電荷を前記電荷転送路に読み出し、該電荷転送路上で該電荷を混合し、混合した電荷に応じた信号を前記出力部から出力させる駆動である。

本発明の撮像装置は、前記３種類の光電変換素子のうち前記第一の光電変換素子を除く２種類の光電変換素子の各々に対応する前記電荷読出し部が、前記第一の光電変換素子に対応する前記電荷読出し部が隣接する前記電荷転送路（以下、第一の電荷転送路という）以外の電荷転送路に隣接して設けられており、前記２種類の光電変換素子の一方に対応する前記電荷読出し部が隣接する前記電荷転送路（以下、第二の電荷転送路という）には該電荷読出し部のみが隣接し、前記２種類の光電変換素子の他方に対応する前記電荷読出し部が隣接する前記電荷転送路（以下、第三の電荷転送路という）には該電荷読出し部のみが隣接し、前記第一の光電変換素子から前記第一の電荷転送路に電荷を読み出し、前記２種類の光電変換素子の一方から前記第二の電荷転送路に電荷を読み出し、前記２種類の光電変換素子の他方から前記第三の電荷転送路に電荷を読み出し、読み出した電荷を前記出力アンプまで転送して、前記出力アンプから該電荷に応じた信号を出力させる第二の駆動を行う第二の駆動手段を備える。

本発明の撮像装置は、前記固体撮像素子が、前記多数の光電変換素子の各々に対応して設けられ、前記多数の光電変換素子の各々で発生して蓄積された電荷を一時的に蓄積する電荷蓄積部と、前記電荷蓄積部に蓄積された電荷に応じた信号を出力するＭＯＳトランジスタからなる信号出力回路とを含み、前記第一の光電変換素子に対応する前記電荷蓄積部と、前記第一の光電変換素子の前記所定方向に隣接する前記輝度検出用光電変換素子に対応する前記電荷蓄積部とが共有化されており、前記固体撮像素子が、前記第一の光電変換素子から前記電荷蓄積部への電荷の転送を制御する第一の転送制御手段と、前記輝度検出用光電変換素子から前記電荷蓄積部への電荷の転送を制御する第二の転送制御手段とを含み、前記第一の駆動が、前記第一の転送制御手段を制御して前記第一の光電変換素子から前記電荷蓄積部に電荷を転送し、前記第二の転送制御手段を制御して前記輝度検出用光電変換素子から前記電荷蓄積部に電荷を転送して前記電荷蓄積部で該電荷を混合した後、混合後の電荷に応じた信号を前記信号出力回路から出力させる駆動である。

本発明の撮像装置は、前記緑色を含む３色が原色であり、前記カラーフィルタの配列がベイヤー配列となっている。

本発明によれば、輝度成分を検出する感光素子と色相成分を検出する感光素子とを有する固体撮像素子の有効な駆動方法を提供することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

（第一実施形態）
図１は、本発明の第一実施形態を説明するための撮像装置の一例であるデジタルカメラの概略構成を示す図である。
図示するデジタルカメラの撮像系は、撮影レンズ１と、固体撮像素子５と、この両者の間に設けられた絞り２と、赤外線カットフィルタ３と、光学ローパスフィルタ４とを備える。

デジタルカメラの電気制御系全体を統括制御するシステム制御部１１は、フラッシュ発光部１２及び受光部１３を制御し、レンズ駆動部８を制御して撮影レンズ１の位置をフォーカス位置に調整したりズーム調整を行ったりし、絞り駆動部９を介し絞り２の開口量を制御して露光量調整を行う。

又、システム制御部１１は、撮像素子駆動部１０を介して固体撮像素子５を駆動し、撮影レンズ１を通して撮像した被写体画像を色信号として出力させる。システム制御部１１には、操作部１４を通してユーザからの指示信号が入力される。

デジタルカメラの電気制御系は、更に、固体撮像素子５の出力に接続された相関二重サンプリング処理等のアナログ信号処理を行うアナログ信号処理部６と、このアナログ信号処理部６から出力されたＲＧＢの色信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路７とを備え、これらはシステム制御部１１によって制御される。

更に、このデジタルカメラの電気制御系は、メインメモリ１６と、メインメモリ１６に接続されたメモリ制御部１５と、補間演算やガンマ補正演算，ＲＧＢ／ＹＣ変換処理等を行って画像データを生成するデジタル信号処理部１７と、デジタル信号処理部１７で生成された画像データをＪＰＥＧ形式に圧縮したり圧縮画像データを伸張したりする圧縮伸張処理部１８と、測光データを積算しデジタル信号処理部１７が行うホワイトバランス補正のゲインを求める積算部１９と、着脱自在の記録媒体２１が接続される外部メモリ制御部２０と、カメラ背面等に搭載された液晶表示部２３が接続される表示制御部２２とを備え、これらは、制御バス２４及びデータバス２５によって相互に接続され、システム制御部１１からの指令によって制御される。

図２は、図１に示す固体撮像素子５の一構成例を示した平面模式図である。
固体撮像素子５は、半導体基板５０上の行方向Ｘとこれに直交する列方向Ｙとに正方格子状に配列されたＲ（赤色）の光を検出する光電変換素子５１Ｒ（図中に“Ｒ”の文字を付してある）、Ｇ（緑色）の光を検出する光電変換素子５１Ｇ（図中に“Ｇ”の文字を付してある）、Ｂ（青色）の光を検出する光電変換素子５１Ｂ（図中に“Ｂ”の文字を付してある）からなるＲＧＢ光電変換素子群と、半導体基板５０上の行方向Ｘとこれに直交する列方向Ｙとに、正方格子状に配列された光の輝度成分を検出する光電変換素子５１Ｗ（図中に“Ｗ”の文字を付してある）からなるＷ光電変換素子群とを備え、これらが、それぞれの光電変換素子配列ピッチの略１／２だけ、行方向Ｘ及び列方向Ｙにずれた位置に配置されている。尚、ＲＧＢ光電変換素子群とＷ光電変換素子群とのそれぞれの光電変換素子の配列ピッチは同一となっている。

ＲＧＢ光電変換素子群の各光電変換素子の上方には、Ｒ光を透過するカラーフィルタと、Ｇ光を透過するカラーフィルタと、Ｂ光を透過するカラーフィルタとが設けられており、このカラーフィルタの配列はベイヤー配列となっている。

Ｗ光電変換素子群の各光電変換素子の上方には、光の輝度情報と相関のある分光特性を持ったフィルタすなわち輝度フィルタが設けられている。この輝度フィルタは、ＮＤフィルタや、透明フィルタ、白色フィルタ、グレーのフィルタ等が該当するが、光電変換素子の受光面上方に何も設けずに光が直接該受光面に入射する構成も、輝度フィルタを設けたということができる。

ＲＧＢ光電変換素子群の各光電変換素子と、Ｗ光電変換素子群の各光電変換素子とは、それぞれ同一構造となっている。

ＲＧＢ光電変換素子群の各光電変換素子の配列は、列方向Ｙに並ぶ光電変換素子５１Ｇと光電変換素子５１Ｒとからなる光電変換素子列であるＧＲ光電変換素子列と、列方向Ｙに並ぶ光電変換素子５１Ｂと光電変換素子５１Ｇとからなる光電変換素子列であるＢＧ光電変換素子列とを、行方向Ｘに交互に配列したものと言うことができる。又、ＲＧＢ光電変換素子群の各光電変換素子の配列は、行方向Ｘに並ぶ光電変換素子５１Ｇと光電変換素子５１Ｂとからなる光電変換素子行であるＧＢ光電変換素子行と、行方向Ｘに並ぶ光電変換素子５１Ｒと光電変換素子５１Ｇとからなる光電変換素子行であるＲＧ光電変換素子行とを、列方向Ｙに交互に配列したものと言うこともできる。

Ｗ光電変換素子群の各光電変換素子の配列は、列方向Ｙに並ぶ光電変換素子５１Ｗからなる光電変換素子列であるＷ光電変換素子列を行方向Ｘに複数配列したものと言うことができる。又、Ｗ光電変換素子群の各光電変換素子の配列は、行方向Ｘに並ぶ光電変換素子５１ＷからなるＷ光電変換素子行を、列方向Ｙに複数配列したものと言うこともできる。

各光電変換素子列の右側部には、各光電変換素子列に対応させて、各光電変換素子で発生した電荷を列方向Ｙに転送するための垂直電荷転送路５４（図２では一部のみ図示してある）が形成されている。垂直電荷転送路５４は、例えば、ｎ型シリコン基板上に形成されたｐウェル層内に注入されたｎ型不純物によって形成されている。

垂直電荷転送路５４上方には、垂直電荷転送路５４に読み出された電荷の転送を制御するための８相の転送パルスが撮像素子駆動部１０によって印加される転送電極Ｖ１〜Ｖ８が形成されている。

転送電極Ｖ１〜Ｖ８は、それぞれ、各光電変換素子行の間を、これらを構成する光電変換素子を避けるように行方向Ｘに蛇行して配設されている。

光電変換素子５１Ｇと、該光電変換素子５１Ｇの図中右に隣接する垂直電荷転送路５４との間には、該光電変換素子５１Ｇで発生して蓄積された電荷を該垂直電荷転送路５４に読み出すための電荷読出し部５５ｇが、該光電変換素子５１Ｇに対応して形成されている。

光電変換素子５１Ｗと、該光電変換素子５１Ｗの図中左に隣接する垂直電荷転送路５４との間には、該光電変換素子５１Ｗで発生して蓄積された電荷を該垂直電荷転送路５４に読み出すための電荷読出し部５５ｗが、該光電変換素子５１Ｗに対応して形成されている。

このように、光電変換素子５１Ｇに対応する電荷読出し部５５ｇと、該光電変換素子５１Ｇの図中斜め右上と斜め右下の方向で隣接する２つの光電変換素子５１Ｗの各々に対応する電荷読出し部５５ｗとは、それぞれ同一の垂直電荷転送路５４に隣接するようになっている。

光電変換素子５１Ｒと、該光電変換素子５１Ｒの図中左に隣接する垂直電荷転送路５４との間には、該光電変換素子５１Ｒで発生して蓄積された電荷を該垂直電荷転送路５４に読み出すための電荷読出し部５５ｒが形成されている。

光電変換素子５１Ｂと、該光電変換素子５１Ｂの図中左に隣接する垂直電荷転送路５４との間には、該光電変換素子５１Ｂで発生して蓄積された電荷を該垂直電荷転送路５４に読み出すための電荷読出し部５５ｂが形成されている。

電荷読出し部５５ｗ上方には転送電極Ｖ４又はＶ８が形成されており、ここに読み出しパルスを印加することで、光電変換素子５１Ｗで発生して蓄積された電荷を、該光電変換素子５１Ｗの左側部にある垂直電荷転送路５４に読み出すことができる。

電荷読出し部５５ｇ上方には転送電極Ｖ２又はＶ６が形成されており、ここに読み出しパルスを印加することで、光電変換素子５１Ｇで発生して蓄積された電荷を、各光電変換素子５１Ｇの右側部にある垂直電荷転送路５４に読み出すことができる。

電荷読出し部５５ｒ上方には転送電極Ｖ１が形成されており、ここに読み出しパルスを印加することで、光電変換素子５１Ｒで発生して蓄積された電荷を、光電変換素子５１Ｒの左側部にある垂直電荷転送路５４に読み出すことができる。

電荷読出し部５５ｂ上方には転送電極Ｖ５が形成されており、ここに読み出しパルスを印加することで、光電変換素子５１Ｂで発生して蓄積された電荷を、光電変換素子５１Ｂの左側部にある垂直電荷転送路５４に読み出すことができる。

垂直電荷転送路５４には、垂直電荷転送路５４を転送されてきた電荷を行方向Ｘに転送するための水平電荷転送路５７が接続され、水平電荷転送路５７には、水平電荷転送路５７を転送されてきた電荷を電圧信号に変換して出力する出力アンプ５８が接続されている。

以下、このように構成された固体撮像素子５の駆動方法について説明する。

オートフォーカス（ＡＦ）や自動露出（ＡＥ）等の処理を行うための事前撮影による露光期間が終了すると、撮像素子駆動部１０は、転送電極Ｖ２，Ｖ４，Ｖ６，Ｖ８に読み出しパルスを印加して、光電変換素子５１Ｗに蓄積された電荷と、光電変換素子５１Ｇに蓄積された電荷を垂直電荷転送路５４に読み出す。このときの状態を示した図が図３である。図３では、垂直電荷転送路５４に読み出された電荷を○印で示しており、光電変換素子５１Ｗから読み出された電荷（以下、Ｗ電荷という）には“Ｗ”の文字を付し、光電変換素子５１Ｇから読み出された電荷（以下、Ｇ電荷という）には“Ｇ”の文字を付してある。

図３に示すようにＷ電荷とＧ電荷を垂直電荷転送路５４に読み出した後、撮像素子駆動部１０は、転送電極Ｖ１〜Ｖ８に印加する転送パルスを制御して、図中の楕円で囲った電荷（Ｇ電荷と、その上及び下にある２つのＷ電荷）を垂直電荷転送路５４上で混合する。

電荷を混合した後、撮像素子駆動部１０は、転送電極Ｖ１〜Ｖ８に印加する転送パルスを制御して、混合後の電荷を水平電荷転送路５７まで転送し、該電荷を水平電荷転送路５７で出力アンプ５８まで転送し、ここから該電荷に応じた信号を出力させて、事前撮影動作を終了する。

事前撮影が終了すると、固体撮像素子５から得られた撮像信号に基づいて、システム制御部１１がＡＦやＡＥを行って撮影条件を決定する。そして、ユーザから撮影指示がなされると、決定した撮影条件で本撮影を行う。

本撮影による露光期間が終了すると、撮像素子駆動部１０は、転送電極Ｖ１，Ｖ２，Ｖ５，Ｖ６に読み出しパルスを印加して、光電変換素子５１Ｒに蓄積された電荷と、光電変換素子５１Ｇに蓄積された電荷と、光電変換素子５１Ｂに蓄積された電荷とを垂直電荷転送路５４に読み出す。このときの状態を示した図が図４である。図４では、垂直電荷転送路５４に読み出された電荷を○印で示しており、光電変換素子５１Ｒから読み出された電荷（以下、Ｒ電荷という）には“Ｒ”の文字を付し、光電変換素子５１Ｇから読み出されたＧ電荷には“Ｇ”の文字を付し、光電変換素子５１Ｂから読み出された電荷（以下、Ｂ電荷という）には“Ｂ”の文字を付してある。

図４に示すようにＲ電荷とＧ電荷とＢ電荷を垂直電荷転送路５４に読み出した後、撮像素子駆動部１０は、転送電極Ｖ１〜Ｖ８に印加する転送パルスを制御して、これらの電荷を水平電荷転送路５７まで転送し、該電荷を水平電荷転送路５７で出力アンプ５８まで転送し、ここから該電荷に応じた信号を出力させる。

次に、撮像素子駆動部１０は、転送電極Ｖ４，Ｖ８に読み出しパルスを印加して、光電変換素子５１Ｗに蓄積されたＷ電荷を垂直電荷転送路５４に読み出し、その後、転送電極Ｖ１〜Ｖ８に印加する転送パルスを制御して、Ｗ電荷を水平電荷転送路５７まで転送し、該Ｗ電荷を水平電荷転送路５７で出力アンプ５８まで転送し、ここから該Ｗ電荷に応じた信号を出力させる。

このような駆動を行うことで、固体撮像素子５を構成する全ての光電変換素子から信号を得ることができる。

以上のように、本実施形態の固体撮像素子５によれば、事前撮影時には、Ｇ電荷とＷ電荷のみの読み出しが可能であり、又、Ｇ電荷とそれに近接するＷ電荷とを混合して転送することが可能である。ＡＥ，ＡＦを行うためには被写体の輝度情報があれば十分であるため、上述した駆動方法を採用することで、ＡＥ，ＡＦを行うまでの時間を短縮することができる。又、Ｇ電荷とＷ電荷とが混合されているため、撮像信号のレベルを上げることができる。この結果、低輝度域においても十分な輝度情報を得ることができ、ＡＥ，ＡＦのサーチ範囲を拡大することができる。

又、本実施形態の固体撮像素子には、電荷読出し部５５ｒのみが隣接する垂直電荷転送路５４と、電荷読出し部５５ｂのみが隣接する垂直電荷転送路５４と、電荷読出し部５５ｇと電荷読出し部５５ｗとが隣接する垂直電荷転送路５４との３種類の垂直電荷転送路５４が存在する。このため、Ｗ電荷以外の電荷を読み出して水平電荷転送路５７に１ライン分の電荷を転送したときには、その１ライン分の電荷の並びが、図４に示したようにＲＧＢＧＲＧＢＧ・・・となる。つまり、１水平転送期間に、水平電荷転送路５７から３原色の信号を出力することが可能なため、リアルタイムにカラー画像処理を施すことができ、撮影から記録までの時間を短縮することができる。

又、本実施形態の固体撮像素子によれば、本撮影時には、１つの垂直電荷転送路５４に同色成分の電荷だけを読み出すことができる。このため、垂直電荷転送路５４での転送中に異なる色成分の電荷同士が混ざってしまうといったことを防ぐことができ、画質を向上させることができる。又、垂直電荷転送路５４に同色成分の電荷のみが読み出されることにより、垂直電荷転送路５４上で電荷の混合を行う場合でも、複雑な駆動を行うことなく、簡単な駆動でこれを実現することができる。

（第二実施形態）
第一実施形態では、固体撮像素子５が電荷転送型の素子である例を示した。本発明は、固体撮像素子５をＭＯＳ型にした場合でも適用可能であり、この場合の構成について説明する。
本実施形態の固体撮像素子の光電変換素子の配列は図２と同じであり、垂直電荷転送路５４、水平電荷転送路５７、出力アンプ５８、及び転送電極Ｖ１〜Ｖ８等の代わりに、各光電変換素子で発生して蓄積された電荷を一時的に蓄積する電荷蓄積部と、この電荷蓄積部に蓄積された電荷を信号に変換して出力するＭＯＳトランジスタからなる信号出力回路とを半導体基板に設けたものとなっている。

図５は、本発明の第二実施形態の固体撮像素子の概略構成を示す平面模式図である。図５において図２と同じ構成には同一符号を付してある。
図５に示す固体撮像素子は、図中の実線太枠及び破線太枠で囲まれた４つの光電変換素子毎に、電荷蓄積部と信号出力回路とが共有化されている。

図６は、図５に示す破線太枠内の拡大図である。
図６に示すように、２つの光電変換素子５１Ｗと、光電変換素子５１Ｇと、光電変換素子５１Ｂとの４つの光電変換素子で囲まれる中央部分には、この４つの光電変換素子の各々で発生して蓄積された電荷を一時的に蓄積するための電荷蓄積部（フローティングディフュージョン）６１と、電荷蓄積部６１に蓄積された電荷を信号に変換して出力する信号出力回路６５とが形成されている。

電荷蓄積部６１には、２つの光電変換素子５１Ｗの各々がＭＯＳトランジスタ６０ｗを介して接続されている。ＭＯＳトランジスタ６０ｗは、ゲートに印加する電圧を制御することで、光電変換素子５１Ｗに蓄積された電荷の電荷蓄積部６１への転送を制御する手段として機能する。

電荷蓄積部６１には、光電変換素子５１ＧがＭＯＳトランジスタ６０ｇを介して接続されている。ＭＯＳトランジスタ６０ｇは、ゲートに印加する電圧を制御することで、光電変換素子５１Ｇに蓄積された電荷の電荷蓄積部６１への転送を制御する手段として機能する。

電荷蓄積部６１には、光電変換素子５１ＢがＭＯＳトランジスタ６０ｂを介して接続されている。ＭＯＳトランジスタ６０ｂは、ゲートに印加する電圧を制御することで、光電変換素子５１Ｂに蓄積された電荷の電荷蓄積部６１への転送を制御する手段として機能する。

信号出力回路６５は、電荷蓄積部６１に接続され、ここに蓄積された電荷をリセットするためのＭＯＳトランジスタであるリセットトランジスタ６２と、電荷蓄積部６１に接続され、ここに蓄積された電荷を信号に変換して出力するＭＯＳトランジスタである出力トランジスタ６３と、出力トランジスタ６３に接続され、出力トランジスタ６３で変換された信号を信号出力線に出力させる制御を行うＭＯＳトランジスタである選択トランジスタ６４とを備えた公知の３トランジスタ構成となっている。

図７は、図５に示す実線太枠内の拡大図である。
図７は、図６の光電変換素子５１Ｂを光電変換素子５１Ｒに変更し、ＭＯＳトランジスタ６０ｂをＭＯＳトランジスタ６０ｒに変更したものとなっている。ＭＯＳトランジスタ６０ｒは、ゲートに印加する電圧を制御することで、光電変換素子５１Ｒに蓄積された電荷の電荷蓄積部６１への転送を制御する手段として機能する。

以下、このように構成された固体撮像素子の駆動方法について説明する。

ＡＦやＡＥ等の処理を行うための事前撮影による露光期間が終了すると、撮像素子駆動部１０は、ＭＯＳトランジスタ６０ｗをＯＮして光電変換素子５１Ｗに蓄積された電荷を電荷蓄積部６１に転送し、ＭＯＳトランジスタ６０ｇをＯＮして光電変換素子５１Ｇに蓄積された電荷を電荷蓄積部６１に転送する。これにより、電荷蓄積部６１において、光電変換素子５１Ｗで発生した電荷と光電変換素子５１Ｇで発生した電荷とが混合される。尚、図５中の太枠内にある２つの光電変換素子５１Ｗと光電変換素子５１Ｇの各々から電荷蓄積部６１への電荷転送は、同時に行っても良いし、時間差を付けて行っても良い。

次に、撮像素子駆動部１０は、図５中の各太枠内の選択トランジスタ６４を順次ＯＮし、ＯＮした選択トランジスタ６４に接続された出力トランジスタ６３で変換された信号を信号出力線に出力させて、事前撮影動作を終了する。このような駆動を行うことで、図５中の各太枠の位置に対応した輝度信号を得ることができる。

以上のように、ＭＯＳ型の固体撮像素子においても、電荷蓄積部を共有化して上述したような電荷の混合を行うことで、ＡＥ，ＡＦのための輝度信号の取得を高速に行うことができると共に、低輝度域においても十分な輝度情報を得ることができる。

尚、本実施形態では、光電変換素子５１Ｒや光電変換素子５１Ｂについても、電荷蓄積部及び信号出力回路を共有化するものとしているが、これらに接続される電荷蓄積部及び信号出力回路については、独立に設けてあっても良い。

又、本実施形態では、図５に示した太枠内で電荷蓄積部及び信号出力回路の共有化を図っているが、この共有化の例は一例であり、光電変換素子５１Ｇと、該光電変換素子５１Ｇに所定方向で隣接する光電変換素子５１Ｇとで、電荷蓄積部及び信号出力回路が共有化されている構成であれば良い。例えば、光電変換素子５１と該光電変換素子５１Ｇの上下方向に隣接する４つの光電変換素子５１Ｗとで共有化を図っても良いし、光電変換素子５１Ｇと該光電変換素子５１Ｇの上方向又は下方向に隣接する２つの光電変換素子５１Ｗとで共有化を図っても良い。

本発明の第一実施形態を説明するための撮像装置の一例であるデジタルカメラの概略構成を示す図図１に示す固体撮像素子の一構成例を示した平面模式図図２に示す固体撮像素子の事前撮影時の電荷読み出し状態を示した図図２に示す固体撮像素子の本撮影時の電荷読み出し状態を示した図発明の第二実施形態の固体撮像素子の概略構成を示す平面模式図図５に示す破線太枠内の拡大図図５に示す実線太枠内の拡大図

符号の説明

５固体撮像素子
１０撮像素子駆動部
５１Ｒ，５１Ｇ，５１Ｂ，５１Ｗ光電変換素子
５４垂直電荷転送路
５５ｒ，５５ｇ，５５ｂ，５５ｗ電荷読出し部
５７水平電荷転送路
５８出力アンプ

Claims

多数の光電変換素子を有する固体撮像素子を駆動する固体撮像素子の駆動方法であって、
前記多数の光電変換素子が、行方向とこれに直交する列方向に正方格子状に配列された第一の光電変換素子群と、同じく正方格子状に配列された第二の光電変換素子群とからなり、
前記第一の光電変換素子群と前記第二の光電変換素子群とが、それぞれの光電変換素子の配列ピッチの１／２だけ前記行方向及び前記列方向にずれて配置されており、
前記第一の光電変換素子群には、緑色を含む３色の光の各々を透過するカラーフィルタが受光面上方に設けられた３種類の光電変換素子で構成されており、
前記第二の光電変換素子群は、輝度成分と相関のある輝度フィルタが受光面上方に設けられた輝度検出用光電変換素子のみで構成されており、
緑色の光を透過するカラーフィルタが受光面上方に設けられた前記光電変換素子である第一の光電変換素子で発生した第一の電荷と、前記第一の光電変換素子の所定方向に隣接する前記輝度検出用光電変換素子で発生した第二の電荷とを混合し、混合して得られる電荷を信号に変換して出力させる第一の駆動を行うステップを有する固体撮像素子の駆動方法。
請求項１記載の固体撮像素子の駆動方法であって、
前記固体撮像素子が、前記列方向に配列された前記光電変換素子からなる光電変換素子列に対応してその側部に設けられた、電荷を前記列方向に転送する電荷転送路と、前記電荷転送路を転送されてきた電荷に応じた信号を出力する出力部とを含み、
前記多数の光電変換素子の各々と、該各々の光電変換素子に隣接する前記電荷転送路との間には、該光電変換素子で発生した電荷を該電荷転送路に読み出すための電荷読み出し部が該光電変換素子に対応して形成されており、
前記第一の光電変換素子に対応する前記電荷読出し部と、前記第一の光電変換素子の前記所定方向に隣接する前記輝度検出用光電変換素子に対応する前記電荷読出し部とが、同一の前記電荷転送路に隣接して形成されており、
前記第一の駆動が、前記第一の光電変換素子と前記輝度検出用光電変換素子とからそれぞれ電荷を前記電荷転送路に読み出し、該電荷転送路上で該電荷を混合し、混合した電荷に応じた信号を前記出力部から出力させる駆動である固体撮像素子の駆動方法。
請求項２記載の固体撮像素子の駆動方法であって、
前記３種類の光電変換素子のうち前記第一の光電変換素子を除く２種類の光電変換素子の各々に対応する前記電荷読出し部が、前記第一の光電変換素子に対応する前記電荷読出し部が隣接する前記電荷転送路（以下、第一の電荷転送路という）以外の電荷転送路に隣接して形成されており、
前記２種類の光電変換素子の一方に対応する前記電荷読出し部が隣接する前記電荷転送路（以下、第二の電荷転送路という）には該電荷読出し部のみが隣接し、
前記２種類の光電変換素子の他方に対応する前記電荷読出し部が隣接する前記電荷転送路（以下、第三の電荷転送路という）には該電荷読出し部のみが隣接し、
前記第一の光電変換素子から前記第一の電荷転送路に電荷を読み出し、前記２種類の光電変換素子の一方から前記第二の電荷転送路に電荷を読み出し、前記２種類の光電変換素子の他方から前記第三の電荷転送路に電荷を読み出し、読み出した電荷を前記出力アンプまで転送して、前記出力アンプから該電荷に応じた信号を出力させる第二の駆動を行うステップを有する固体撮像素子の駆動方法。
請求項１記載の固体撮像素子の駆動方法であって、
前記固体撮像素子が、前記多数の光電変換素子の各々に対応して設けられ、前記多数の光電変換素子の各々で発生して蓄積された電荷を一時的に蓄積する電荷蓄積部と、前記電荷蓄積部に蓄積された電荷に応じた信号を出力するＭＯＳトランジスタからなる信号出力回路とを含み、
前記第一の光電変換素子に対応する前記電荷蓄積部と、前記第一の光電変換素子の前記所定方向に隣接する前記輝度検出用光電変換素子に対応する前記電荷蓄積部とが共有化されており、
前記固体撮像素子が、前記第一の光電変換素子から前記電荷蓄積部への電荷の転送を制御する第一の転送制御手段と、前記輝度検出用光電変換素子から前記電荷蓄積部への電荷の転送を制御する第二の転送制御手段とを含み、
前記第一の駆動が、前記第一の転送制御手段を制御して前記第一の光電変換素子から前記電荷蓄積部に電荷を転送し、前記第二の転送制御手段を制御して前記輝度検出用光電変換素子から前記電荷蓄積部に電荷を転送して前記電荷蓄積部で該電荷を混合した後、混合後の電荷に応じた信号を前記信号出力回路から出力させる駆動である固体撮像素子の駆動方法。
請求項１〜４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、
前記緑色を含む３色が原色であり、
前記カラーフィルタの配列がベイヤー配列となっている固体撮像素子の駆動方法。
多数の光電変換素子を有する固体撮像素子であって、
前記多数の光電変換素子が、行方向とこれに直交する列方向に正方格子状に配列された第一の光電変換素子群と、同じく正方格子状に配列された第二の光電変換素子群とからなり、
前記第一の光電変換素子群と前記第二の光電変換素子群とが、それぞれの光電変換素子の配列ピッチの１／２だけ前記行方向及び前記列方向にずれて配置されており、
前記第一の光電変換素子群は、緑色を含む３色の光の各々を透過するカラーフィルタが受光面上方に設けられた３種類の光電変換素子で構成されており、
前記第二の光電変換素子群は、輝度成分と相関のある輝度フィルタが受光面上方に設けられた輝度検出用光電変換素子のみで構成されており、
前記列方向に配列された前記光電変換素子からなる光電変換素子列に対応してその側部に設けられた、電荷を前記列方向に転送する電荷転送路と、
前記電荷転送路を転送されてきた電荷に応じた信号を出力する出力部とを備え、
前記多数の光電変換素子の各々と、該各々の光電変換素子に隣接する前記電荷転送路との間には、該光電変換素子で発生した電荷を該電荷転送路に読み出すための電荷読み出し部が該光電変換素子に対応して形成されており、
緑色の光を透過するカラーフィルタが受光面上方に設けられた前記光電変換素子である第一の光電変換素子に対応する前記電荷読出し部と、前記第一の光電変換素子の所定方向に隣接する前記輝度検出用光電変換素子に対応する前記電荷読出し部とが、同一の前記電荷転送路に隣接して形成されている固体撮像素子。
請求項６記載の固体撮像素子であって、
前記３種類の光電変換素子のうち前記第一の光電変換素子を除く２種類の光電変換素子の各々に対応する前記電荷読出し部が、前記第一の光電変換素子に対応する前記電荷読出し部が隣接する前記電荷転送路以外の電荷転送路に隣接して設けられており、
前記２種類の光電変換素子の一方に対応する前記電荷読出し部が隣接する前記電荷転送路には該電荷読出し部のみが隣接し、
前記２種類の光電変換素子の他方に対応する前記電荷読出し部が隣接する前記電荷転送路には該電荷読出し部のみが隣接する固体撮像素子。
多数の光電変換素子を有する固体撮像素子であって、
前記多数の光電変換素子が、行方向とこれに直交する列方向に正方格子状に配列された第一の光電変換素子群と、同じく正方格子状に配列された第二の光電変換素子群とからなり、
前記第一の光電変換素子群と前記第二の光電変換素子群とが、それぞれの光電変換素子の配列ピッチの１／２だけ前記行方向及び前記列方向にずれて配置されており、
前記第一の光電変換素子群は、緑色を含む３色の光の各々を透過するカラーフィルタが受光面上方に設けられた３種類の光電変換素子で構成されており、
前記第二の光電変換素子群は、輝度成分と相関のある輝度フィルタが受光面上方に設けられた輝度検出用光電変換素子のみで構成されており、
前記多数の光電変換素子の各々に対応して設けられ、前記多数の光電変換素子の各々で発生して蓄積された電荷を一時的に蓄積する電荷蓄積部と、
前記電荷蓄積部に蓄積された電荷に応じた信号を出力するＭＯＳトランジスタからなる信号出力回路とを備え、
緑色の光を透過するカラーフィルタが受光面上方に設けられた前記光電変換素子である第一の光電変換素子に対応する前記電荷蓄積部と、前記第一の光電変換素子の所定方向に隣接する前記輝度検出用光電変換素子に対応する前記電荷蓄積部とが共有化されており、
前記第一の光電変換素子から前記電荷蓄積部への電荷の転送を制御する第一の転送制御手段と、
前記輝度検出用光電変換素子から前記電荷蓄積部への電荷の転送を制御する第二の転送制御手段とを備える固体撮像素子。
請求項６〜８のいずれか１項記載の固体撮像素子であって、
前記緑色を含む３色が原色であり、
前記カラーフィルタの配列がベイヤー配列となっている固体撮像素子。
多数の光電変換素子を有する固体撮像素子を備える撮像装置であって、
前記多数の光電変換素子が、行方向とこれに直交する列方向に正方格子状に配列された第一の光電変換素子群と、同じく正方格子状に配列された第二の光電変換素子群とからなり、
前記第一の光電変換素子群と前記第二の光電変換素子群とが、それぞれの光電変換素子の配列ピッチの１／２だけ前記行方向及び前記列方向にずれて配置されており、
前記第一の光電変換素子群は、緑色を含む３色の光の各々を透過するカラーフィルタが受光面上方に設けられた３種類の光電変換素子で構成されており、
前記第二の光電変換素子群は、輝度成分と相関のある輝度フィルタが受光面上方に設けられた輝度検出用光電変換素子のみで構成されており、
緑色の光を透過する前記カラーフィルタが受光面上方に設けられた前記光電変換素子である第一の光電変換素子で発生した第一の電荷と、前記第一の光電変換素子の所定方向に隣接する前記輝度検出用光電変換素子で発生した第二の電荷とを混合し、混合して得られる電荷を信号に変換して出力させる第一の駆動を行う第一の駆動手段を備える撮像装置。
請求項１０記載の撮像装置であって、
前記固体撮像素子が、前記列方向に配列された前記光電変換素子からなる光電変換素子列に対応してその側部に設けられた、電荷を前記列方向に転送する電荷転送路と、前記電荷転送路を転送されてきた電荷に応じた信号を出力する出力部とを含み、
前記多数の光電変換素子の各々と、該各々の光電変換素子に隣接する前記電荷転送路との間には、該光電変換素子で発生した電荷を該電荷転送路に読み出すための電荷読み出し部が該光電変換素子に対応して形成されており、
前記第一の光電変換素子に対応する前記電荷読出し部と、前記第一の光電変換素子の前記所定方向に隣接する前記輝度検出用光電変換素子に対応する前記電荷読出し部とが、同一の前記電荷転送路に隣接して形成されており、
前記第一の駆動が、前記第一の光電変換素子と前記輝度検出用光電変換素子とからそれぞれ電荷を前記電荷転送路に読み出し、該電荷転送路上で該電荷を混合し、混合した電荷に応じた信号を前記出力部から出力させる駆動である撮像装置。
請求項１１記載の撮像装置であって、
前記３種類の光電変換素子のうち前記第一の光電変換素子を除く２種類の光電変換素子の各々に対応する前記電荷読出し部が、前記第一の光電変換素子に対応する前記電荷読出し部が隣接する前記電荷転送路（以下、第一の電荷転送路という）以外の電荷転送路に隣接して設けられており、
前記２種類の光電変換素子の一方に対応する前記電荷読出し部が隣接する前記電荷転送路（以下、第二の電荷転送路という）には該電荷読出し部のみが隣接し、
前記２種類の光電変換素子の他方に対応する前記電荷読出し部が隣接する前記電荷転送路（以下、第三の電荷転送路という）には該電荷読出し部のみが隣接し、
前記第一の光電変換素子から前記第一の電荷転送路に電荷を読み出し、前記２種類の光電変換素子の一方から前記第二の電荷転送路に電荷を読み出し、前記２種類の光電変換素子の他方から前記第三の電荷転送路に電荷を読み出し、読み出した電荷を前記出力アンプまで転送して、前記出力アンプから該電荷に応じた信号を出力させる第二の駆動を行う第二の駆動手段を備える撮像装置。
請求項１０記載の撮像装置であって、
前記固体撮像素子が、前記多数の光電変換素子の各々に対応して設けられ、前記多数の光電変換素子の各々で発生して蓄積された電荷を一時的に蓄積する電荷蓄積部と、前記電荷蓄積部に蓄積された電荷に応じた信号を出力するＭＯＳトランジスタからなる信号出力回路とを含み、
前記第一の光電変換素子に対応する前記電荷蓄積部と、前記第一の光電変換素子の前記所定方向に隣接する前記輝度検出用光電変換素子に対応する前記電荷蓄積部とが共有化されており、
前記固体撮像素子が、前記第一の光電変換素子から前記電荷蓄積部への電荷の転送を制御する第一の転送制御手段と、前記輝度検出用光電変換素子から前記電荷蓄積部への電荷の転送を制御する第二の転送制御手段とを含み、
前記第一の駆動が、前記第一の転送制御手段を制御して前記第一の光電変換素子から前記電荷蓄積部に電荷を転送し、前記第二の転送制御手段を制御して前記輝度検出用光電変換素子から前記電荷蓄積部に電荷を転送して前記電荷蓄積部で該電荷を混合した後、混合後の電荷に応じた信号を前記信号出力回路から出力させる駆動である撮像装置。
請求項１０〜１３のいずれか１項記載の撮像装置であって、
前記緑色を含む３色が原色であり、
前記カラーフィルタの配列がベイヤー配列となっている撮像装置。