(57)【要約】【課題】色再現性を損なうことなく感度を向上しＳ／Ｎ比の高い画像を取得しうる撮像装置を提供する。【解決手段】撮像装置は、光電変換部、光電変換部の電荷が転送される保持部及び保持部の電荷に応じた信号を出力する出力部を各々が含む複数の画素と、複数の画素からの信号の読み出しを制御する制御部と、を有し、複数の画素は、第１、第２及び第３の波長域の光に応じた信号を出力する第１、第２及び第３の画素と、を有し、第１及び第２の画素を含み第３の画素を含まず、第１及び第２の画素が保持部を共有する第１の単位画素と、第１及び第３の画素を含み第２の画素を含まず、第１及び第３の画素が保持部を共有する第２の単位画素と、を構成し、制御部により、第１の単位画素から、第１の画素の信号と第２の画素の信号とを保持部で加算した信号を読み出すように構成されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換部と、前記光電変換部で生じた電荷が転送される保持部と、前記保持部が保持する電荷の量に応じた信号を出力する出力部と、を各々が含む複数の画素と、
前記複数の画素からの信号の読み出しを制御する制御部と、を有し、
前記複数の画素は、
第１の波長域の光に応じた信号を出力する複数の第１の画素と、
前記第１の波長域と異なる第２の波長域の光に応じた信号を出力する複数の第２の画素と、
前記第１の波長域及び前記第２の波長域と異なる第３の波長域の光に応じた信号を出力する複数の第３の画素と、を有し、
各々が前記第１の画素及び前記第２の画素を含み、前記第３の画素を含まず、前記第１の画素と前記第２の画素とが前記保持部を共有する複数の第１の単位画素と、
各々が前記第１の画素及び前記第３の画素を含み、前記第２の画素を含まず、前記第１の画素と前記第３の画素とが前記保持部を共有する複数の第２の単位画素と、を構成し、
前記制御部により、前記第１の単位画素から、前記第１の画素の信号と前記第２の画素の信号とを前記保持部で加算した信号を読み出すように構成されている
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記第２の単位画素から、前記第１の画素の信号と前記第３の画素の信号とを前記保持部で加算した信号を読み出すように更に構成されている
ことを特徴とする請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
前記複数の画素は、
前記第１の波長域、前記第２の波長域及び前記第３の波長域と異なる第４の波長域の光に応じた信号を出力する複数の第４の画素を更に有し、
各々が前記第１の画素及び前記第４の画素を含み、前記第２の画素及び前記第３の画素を含まず、前記第１の画素と前記第４の画素とが前記保持部を共有する複数の第３の単位画素を更に構成している
ことを特徴とする請求項１又は２記載の撮像装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記第３の単位画素から、前記第１の画素の信号と前記第４の画素の信号とを前記保持部で加算した信号を読み出すように更に構成されている
ことを特徴とする請求項３記載の撮像装置。
【請求項５】
前記複数の第３の単位画素の各々は、複数の前記第１の画素を含み、
前記制御部は、一部の前記第３の単位画素において、前記第４の画素の前記光電変換部の電荷を前記保持部に転送せず、複数の前記第１の画素の前記光電変換部の電荷を前記保持部に転送することにより、複数の前記第１の画素の信号を前記保持部で加算した信号を読み出すように更に構成されている
ことを特徴とする請求項３又は４記載の撮像装置。
【請求項６】
前記第１の単位画素は、３つの前記第１の画素と、１つの前記第２の画素と、を有し、
前記第２の単位画素は、３つの前記第１の画素と、１つの前記第３の画素と、を有し、
前記第３の単位画素は、３つの前記第１の画素と、１つの前記第４の画素と、を有する
ことを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記第１の単位画素、前記第２の単位画素及び前記第３の単位画素の各々を構成する４つの前記画素は、２行×２列の行列状に配されている
ことを特徴とする請求項６記載の撮像装置。
【請求項８】
前記複数の第２の画素、前記複数の第３の画素及び前記複数の第４の画素の各々は、前記第１の画素で囲まれている
ことを特徴とする請求項３乃至７のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記複数の第１の画素はＷ画素であり、
前記複数の第２の画素はＲ画素であり、
前記複数の第３の画素はＢ画素であり、
前記複数の第４の画素はＧ画素である
ことを特徴とする請求項３乃至８のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記複数の第１の画素はＷ画素であり、
前記複数の第２の画素はＣ画素であり、
前記複数の第３の画素はＭ画素であり、
前記複数の第４の画素はＹ画素である
ことを特徴とする請求項３乃至８のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記複数の第１の単位画素、前記複数の第２の単位画素及び前記複数の第３の単位画素は、各々が含む色画素の色に従ってベイヤ配列されている
ことを特徴とする請求項９又は１０記載の撮像装置。
【請求項１２】
前記複数の画素は、各々が複数の前記第１の画素を含み、前記第２の画素及び前記第３の画素を含まず、複数の前記第１の画素が前記保持部を共有する複数の第４の単位画素を更に構成している
ことを特徴とする請求項１又は２記載の撮像装置。
【請求項１３】
前記制御部は、前記第４の単位画素から、複数の前記第１の画素の信号を前記保持部で加算した信号を読み出すように構成されている
ことを特徴とする請求項１２記載の撮像装置。
【請求項１４】
前記第１の単位画素は、３つの前記第１の画素と、１つの前記第２の画素と、を有し、
前記第２の単位画素は、３つの前記第１の画素と、１つの前記第３の画素と、を有し、
前記第４の単位画素は、４つの前記第１の画素を有する
ことを特徴とする請求項１２又は１３記載の撮像装置。
【請求項１５】
前記複数の第１の画素はＧ画素であり、
前記複数の第２の画素はＲ画素であり、
前記複数の第３の画素はＢ画素である
ことを特徴とする請求項１２乃至１４のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１６】
第１の色の色情報を含む信号を出力する第１の画素と、前記第１の色と異なる第２の色の情報を含む信号を出力する第２の画素と、前記第１の色及び前記第２の色と異なる第３の色の情報を含む信号を出力する第３の画素と、前記第１乃至第３の画素よりも感度の高い第４の画素と、を含む複数の画素を有する撮像装置から出力される信号を処理する信号処理部を有する信号処理装置であって、
前記撮像装置は、前記第１の画素の信号と前記第４の画素の信号とを加算した第１の加算データと、前記第２の画素の信号と前記第４の画素の信号とを加算した第２の加算データと、前記第３の画素の信号と前記第４の画素の信号とを加算した第３の加算データと、を出力し、
前記信号処理部は、前記第１の加算データから前記第３の加算データを差し引くことにより前記第１の色と前記第３の色との色差データを算出し、前記第２の加算データから前記第３の加算データを差し引くことにより前記第２の色と前記第３の色との色差データを算出する
ことを特徴とする信号処理装置。
【請求項１７】
第１の色の色情報を含む信号を出力する第１の画素と、前記第１の色と異なる第２の色の情報を含む信号を出力する第２の画素と、前記第１の色及び前記第２の色と異なる第３の色の情報を含む信号を出力する第３の画素と、前記第１乃至第３の画素よりも感度の高い第４の画素と、を含む複数の画素を有する撮像装置から出力される信号を処理する信号処理部を有する信号処理装置であって、
前記撮像装置は、前記第１の画素の信号と前記第４の画素の信号とを加算した第１の加算データと、前記第２の画素の信号と前記第４の画素の信号とを加算した第２の加算データと、前記第３の画素の信号と前記第４の画素の信号とを加算した第３の加算データと、前記第４の画素の信号を加算した第４の加算データと、を出力し、
前記信号処理部は、前記第１の加算データから前記第４の加算データを差し引くことにより前記第１の色の色データを算出し、前記第２の加算データから前記第４の加算データを差し引くことにより前記第２の色の色データを算出し、前記第３の加算データから前記第４の加算データを差し引くことにより前記第３の色の色データを算出する
ことを特徴とする信号処理装置。
【請求項１８】
請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の撮像装置と、
前記撮像装置の前記画素から出力される信号を処理する信号処理部と
を有することを特徴とする撮像システム。
【請求項１９】
移動体であって、
請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の撮像装置と、
前記撮像装置の前記画素から出力される信号に基づく視差画像から、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段と、
前記距離情報に基づいて前記移動体を制御する制御手段と
を有することを特徴とする移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置及び撮像システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
単板式の撮像素子では、カラー画像を得るために、特定の波長成分、例えば赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のそれぞれの色の光が透過するカラーフィルタ（ＣＦ）が所定のパターンで画素上に配列されている。ＣＦのパターンとして、いわゆるベイヤ配列を持つものが多く利用されている。また、ＲＧＢのＣＦに加えて、可視光の全波長域の光を透過するフィルタを備えたＷ画素を有するＲＧＢＷ配列のＣＦの利用も進んでいる。
【０００３】
特許文献１及び特許文献２には、ＲＧＢＷ配列のＣＦを備えた撮像素子が記載されている。ＲＧＢＷ配列のＣＦを備えた撮像素子は、Ｗ画素を用いることで感度が向上しＳ／Ｎ比の高い画像を取得することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６−２１３７１５号公報
【特許文献２】特開２０１５−０８８９４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
撮像素子の感度を向上する手法として、複数の画素の画素信号を加算（ビニングとも呼ばれる）して読み出す方法が知られている。画素信号を加算する態様の１つとしては、浮遊拡散部を共有する複数の画素において、複数の画素の光電変換部で生じた信号電荷を１つの浮遊拡散部に転送し、１つの画素信号として読み出す方法が挙げられる。
【０００６】
しかしながら、特許文献２に記載の撮像素子の構成においては、異なる色の色画素が浮遊拡散部を共有しているため、浮遊拡散部を用いて画素信号の加算を行うと混色が発生し、色再現性が低下することがあった。
【０００７】
本発明の目的は、色再現性を損なうことなく感度を向上しＳ／Ｎ比の高い画像を取得しうる撮像装置及び撮像システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一観点によれば、光電変換部と、前記光電変換部で生じた電荷が転送される保持部と、前記保持部が保持する電荷の量に応じた信号を出力する出力部と、を各々が含む複数の画素と、前記複数の画素からの信号の読み出しを制御する制御部と、を有し、前記複数の画素は、第１の波長域の光に応じた信号を出力する複数の第１の画素と、前記第１の波長域と異なる第２の波長域の光に応じた信号を出力する複数の第２の画素と、前記第１の波長域及び前記第２の波長域と異なる第３の波長域の光に応じた信号を出力する複数の第３の画素と、を有し、各々が前記第１の画素及び前記第２の画素を含み、前記第３の画素を含まず、前記第１の画素と前記第２の画素とが前記保持部を共有する複数の第１の単位画素と、各々が前記第１の画素及び前記第３の画素を含み、前記第２の画素を含まず、前記第１の画素と前記第３の画素とが前記保持部を共有する複数の第２の単位画素と、を構成し、前記制御部により、前記第１の単位画素から、前記第１の画素の信号と前記第２の画素の信号とを前記保持部で加算した信号を読み出すように構成されている撮像装置が提供される。
【０００９】
また、本発明の他の一観点によれば、第１の色の色情報を含む信号を出力する第１の画素と、前記第１の色と異なる第２の色の情報を含む信号を出力する第２の画素と、前記第１の色及び前記第２の色と異なる第３の色の情報を含む信号を出力する第３の画素と、前記第１乃至第３の画素よりも感度の高い第４の画素と、を含む複数の画素を有する撮像装置から出力される信号を処理する信号処理部を有する信号処理装置であって、前記撮像装置は、前記第１の画素の信号と前記第４の画素の信号とを加算した第１の加算データと、前記第２の画素の信号と前記第４の画素の信号とを加算した第２の加算データと、前記第３の画素の信号と前記第４の画素の信号とを加算した第３の加算データと、を出力し、前記信号処理部は、前記第１の加算データから前記第３の加算データを差し引くことにより前記第１の色と前記第３の色との色差データを算出し、前記第２の加算データから前記第３の加算データを差し引くことにより前記第２の色と前記第３の色との色差データを算出する信号処理装置が提供される。
【００１０】
また、本発明の他の一観点によれば、第１の色の色情報を含む信号を出力する第１の画素と、前記第１の色と異なる第２の色の情報を含む信号を出力する第２の画素と、前記第１の色及び前記第２の色と異なる第３の色の情報を含む信号を出力する第３の画素と、前記第１乃至第３の画素よりも感度の高い第４の画素と、を含む複数の画素を有する撮像装置から出力される信号を処理する信号処理部を有する信号処理装置であって、前記撮像装置は、前記第１の画素の信号と前記第４の画素の信号とを加算した第１の加算データと、前記第２の画素の信号と前記第４の画素の信号とを加算した第２の加算データと、前記第３の画素の信号と前記第４の画素の信号とを加算した第３の加算データと、前記第４の画素の信号を加算した第４の加算データと、を出力し、前記信号処理部は、前記第１の加算データから前記第４の加算データを差し引くことにより前記第１の色の色データを算出し、前記第２の加算データから前記第４の加算データを差し引くことにより前記第２の色の色データを算出し、前記第３の加算データから前記第４の加算データを差し引くことにより前記第３の色の色データを算出する信号処理装置が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、色再現性を損なうことなく感度を向上しＳ／Ｎ比の高い画像を取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態による撮像装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１実施形態による撮像装置の単位画素の構成例を示す回路図である。
【図３】本発明の第１実施形態による撮像装置における画素領域の単位ブロックを示す平面図である。
【図４】本発明の第１実施形態による撮像装置の単位画素の構成例を示す平面図である。
【図５】本発明の第１実施形態による撮像装置の駆動方法を示すフローチャート（その１）である。
【図６】本発明の第１実施形態による撮像装置の駆動方法を示すフローチャート（その２）である。
【図７】本発明の第１実施形態による撮像装置の駆動方法において単位画素毎に画素加算を行った場合のデータ配列を示す図である。
【図８】本発明の第１実施形態による撮像装置の駆動方法における色補間方法を説明する図（その１）である。
【図９】本発明の第１実施形態による撮像装置の駆動方法における色補間方法を説明する図（その２）である。
【図１０】本発明の第２実施形態による撮像装置の駆動方法を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の第２実施形態による撮像装置の駆動方法における色補間方法を説明する図である。
【図１２】本発明の第３実施形態による撮像装置における画素領域の単位ブロックを示す平面図である。
【図１３】本発明の第４実施形態による撮像装置の単位画素の構成例を示す回路図である。
【図１４】本発明の第４実施形態による撮像装置の駆動方法を示すタイミング図（その１）である。
【図１５】本発明の第４実施形態による撮像装置の駆動方法を示すタイミング図（その２）である。
【図１６】本発明の第５実施形態による撮像装置の単位画素の構成例を示す回路図である。
【図１７】本発明の第５実施形態による撮像装置の駆動方法を示すタイミング図（その１）である。
【図１８】本発明の第５実施形態による撮像装置の駆動方法を示すタイミング図（その２）である。
【図１９】本発明の第６実施形態による撮像システムの概略構成を示すブロック図である。
【図２０】本発明の第７実施形態による撮像システム及び移動体の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態による撮像装置及びその駆動方法について、図１乃至図９を用いて説明する。
【００１４】
はじめに、本実施形態による固体撮像装置の構造について、図１乃至図４を用いて説明する。図１は、本実施形態による撮像装置の概略構成を示すブロック図である。図２は、本実施形態による撮像装置の単位画素の構成例を示す回路図である。図３は、本実施形態による撮像装置における画素領域の単位ブロックを示す平面図である。図４は、本実施形態による撮像装置の単位画素の構成例を示す平面図である。
【００１５】
本実施形態による撮像装置１００は、図１に示すように、画素領域１０と、垂直走査回路３０と、読み出し回路４０と、水平走査回路５０と、出力回路６０と、制御回路７０とを有する。
【００１６】
画素領域１０には、複数の行及び複数の列に渡ってマトリクス状に配された複数の単位画素１２が設けられている。それぞれの単位画素１２は、入射光をその光量に応じた電荷に変換する光電変換部を含む。画素領域１０に配される単位画素１２の行数及び列数は、特に限定されるものではない。また、画素領域１０には、入射光の光量に応じた信号を出力する単位画素１２のほかに、遮光されたオプティカルブラック画素や信号を出力しないダミー画素等の他の画素（図示せず）が配置されていてもよい。
【００１７】
画素領域１０の各行には、第１の方向（図１において横方向）に延在する制御線１４が設けられている。制御線１４は、第１の方向に並ぶ単位画素１２にそれぞれ接続され、これら単位画素１２に共通の信号線をなしている。制御線１４の延在する第１の方向は、行方向或いは水平方向と呼ぶことがある。各行の制御線１４は、垂直走査回路３０に接続されている。なお、各行の制御線１４は、複数の信号線を含み得る。
【００１８】
画素領域１０の各列には、第１の方向と交差する第２の方向（図１において縦方向）に延在する出力線１６が設けられている。出力線１６は、第２の方向に並ぶ単位画素１２にそれぞれ接続され、これら単位画素１２に共通の信号線をなしている。出力線１６の延在する第２の方向は、列方向或いは垂直方向と呼ぶことがある。各列の出力線１６は、読み出し回路４０に接続されている。なお、各列の出力線１６は、複数の信号線を含み得る。
【００１９】
垂直走査回路３０は、単位画素１２の各々から信号を読み出す際に単位画素１２内の読み出し回路を駆動するための制御信号を、画素領域１０の行毎に設けられた制御線１４を介して単位画素１２に供給する制御部である。垂直走査回路３０は、シフトレジスタやアドレスデコーダを用いて構成され得る。単位画素１２から読み出された信号は、画素領域１０の列毎に設けられた出力線１６を介して読み出し回路４０に入力される。
【００２０】
読み出し回路４０は、単位画素１２から読み出された信号に対して所定の処理、例えば、増幅処理や加算処理等の信号処理を実施する回路部である。読み出し回路４０は、信号保持部、列アンプ、相関二重サンプリング（ＣＤＳ）回路、加算回路等を含み得る。読み出し回路４０は、必要に応じてＡ／Ｄ変換回路等を更に含んでもよい。
【００２１】
水平走査回路５０は、読み出し回路４０において処理された信号を列毎に順次、出力回路６０に転送するための制御信号を、読み出し回路４０に供給する回路部である。水平走査回路５０は、シフトレジスタやアドレスデコーダを用いて構成され得る。出力回路６０は、バッファアンプや差動増幅器などから構成され、水平走査回路５０によって選択された列の信号を増幅して出力するための回路部である。
【００２２】
制御回路７０は、垂直走査回路３０、読み出し回路４０及び水平走査回路５０に、それらの動作やタイミングを制御する制御信号を供給するための回路部である。垂直走査回路３０、読み出し回路４０及び水平走査回路５０に供給する制御信号の一部又は総ては、撮像装置１００の外部から供給してもよい。
【００２３】
単位画素１２の各々は、例えば図２に示すように、光電変換部ＰＤＡ，ＰＤＢ，ＰＤＣ，ＰＤＤと、転送トランジスタＭ１Ａ，Ｍ１Ｂ，Ｍ１Ｃ，Ｍ１Ｄと、リセットトランジスタＭ２と、増幅トランジスタＭ３と、を含んで構成され得る。なお、以下の説明において、光電変換部ＰＤＡ，ＰＤＢ，ＰＤＣ，ＰＤＤを包括的に示すときは、光電変換部ＰＤと表記することがある。また、転送トランジスタＭ１Ａ，Ｍ１Ｂ，Ｍ１Ｃ，Ｍ１Ｄを包括的に示すときは、転送トランジスタＭ１と表記することがある。
【００２４】
光電変換部ＰＤＡ，ＰＤＢ，ＰＤＣ，ＰＤＤは、例えばフォトダイオードである。光電変換部ＰＤＡのフォトダイオードは、アノードが接地電圧ノードに接続され、カソードが転送トランジスタＭ１Ａのソースに接続されている。光電変換部ＰＤＢのフォトダイオードは、アノードが接地電圧ノードに接続され、カソードが転送トランジスタＭ１Ｂのソースに接続されている。光電変換部ＰＤＣのフォトダイオードは、アノードが接地電圧ノードに接続され、カソードが転送トランジスタＭ１Ｃのソースに接続されている。光電変換部ＰＤＤのフォトダイオードは、アノードが接地電圧ノードに接続され、カソードが転送トランジスタＭ１Ｄのソースに接続されている。
【００２５】
転送トランジスタＭ１Ａ，Ｍ１Ｂ，Ｍ１Ｃ，Ｍ１Ｄのドレインは、リセットトランジスタＭ２のソース及び増幅トランジスタＭ３のゲートに接続されている。転送トランジスタＭ１Ａ，Ｍ１Ｂ，Ｍ１Ｃ，Ｍ１Ｄのドレイン、リセットトランジスタＭ２のソース及び増幅トランジスタＭ３のゲートの接続ノードは、いわゆる浮遊拡散部ＦＤである。浮遊拡散部ＦＤは、容量成分（浮遊拡散容量）を含み、この容量成分による電荷の保持部を構成する。
【００２６】
リセットトランジスタＭ２のドレイン及び増幅トランジスタＭ３のドレインは、電源電圧ノード（電圧Ｖｄｄ）に接続されている。なお、リセットトランジスタＭ２のドレインに供給される電圧と、増幅トランジスタＭ３のドレインに供給される電圧とは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。増幅トランジスタＭ３のソースは、当該単位画素１２に対応する列の出力線１６に接続されている。出力線１６には、電流源１８が接続されている。
【００２７】
出力線１６には、前述のように、読み出し回路４０が接続されている。図２には、読み出し回路４０の構成要素の一部として、当該単位画素１２に対応する列の出力線１６に接続されたスイッチＳＷ１と、列アンプ４２と、を示している。
【００２８】
図２に示す構成の単位画素１２の場合、画素領域１０の各行に配された制御線１４は、制御信号ＰＴＸＡ，ＰＴＸＢ，ＰＴＸＣ，ＰＴＸＤ，ＰＲＥＳを供給する５本の信号線を含む。制御信号ＰＴＸＡを供給する信号線は、対応する行に属する単位画素１２の転送トランジスタＭ１Ａのゲートにそれぞれ接続され、これら単位画素１２に共通の信号線をなしている。制御信号ＰＴＸＢを供給する信号線は、対応する行に属する単位画素１２の転送トランジスタＭ１Ｂのゲートにそれぞれ接続され、これら単位画素１２に共通の信号線をなしている。制御信号ＰＴＸＣを供給する信号線は、対応する行に属する単位画素１２の転送トランジスタＭ１Ｃのゲートにそれぞれ接続され、これら単位画素１２に共通の信号線をなしている。制御信号ＰＴＸＤを供給する信号線は、対応する行に属する単位画素１２の転送トランジスタＭ１Ｄのゲートにそれぞれ接続され、これら単位画素１２に共通の信号線をなしている。制御信号ＰＲＥＳを供給する信号線は、対応する行に属する単位画素１２のリセットトランジスタＭ２のゲートにそれぞれ接続され、これら単位画素１２に共通の信号線をなしている。
【００２９】
単位画素１２を構成する各トランジスタがＮ型トランジスタで構成される場合、垂直走査回路３０からハイレベルの制御信号が供給されることにより、対応するトランジスタがオンになる。また、垂直走査回路３０からローレベルの制御信号が供給されることにより、対応するトランジスタがオフになる。
【００３０】
光電変換部ＰＤＡ，ＰＤＢ，ＰＤＣ，ＰＤＤの各々は、入射光をその光量に応じた量の電荷に変換（光電変換）するとともに、生じた電荷を蓄積する。転送トランジスタＭ１Ａは、制御信号ＰＴＸＡによって制御され、オンになることにより、光電変換部ＰＤＡが保持する電荷を浮遊拡散部ＦＤに転送する。同様に、転送トランジスタＭ１Ｂは、制御信号ＰＴＸＢによって制御され、オンになることにより、光電変換部ＰＤＢが保持する電荷を浮遊拡散部ＦＤに転送する。また、転送トランジスタＭ１Ｃは、制御信号ＰＴＸＣによって制御され、オンになることにより、光電変換部ＰＤＣが保持する電荷を浮遊拡散部ＦＤに転送する。また、転送トランジスタＭ１Ｄは、制御信号ＰＴＸＤによって制御され、オンになることにより、光電変換部ＰＤＤが保持する電荷を浮遊拡散部ＦＤに転送する。
【００３１】
浮遊拡散部ＦＤは、光電変換部ＰＤＡ，ＰＤＢ，ＰＤＣ，ＰＤＤから転送された電荷を保持するとともに、その電圧を浮遊拡散部ＦＤの容量と転送された電荷の量とに応じた所定の電圧に設定する。リセットトランジスタＭ２は、制御信号ＰＲＥＳによって制御され、オンになることにより、浮遊拡散部ＦＤを電圧Ｖｄｄに応じた所定の電圧にリセットする。
【００３２】
増幅トランジスタＭ３は、ドレインに電圧Ｖｄｄが供給され、ソースに出力線１６を介して電流源１８からバイアス電流が供給される構成となっており、ゲートを入力ノードとする増幅部（ソースフォロワ回路）を構成している。これにより、増幅トランジスタＭ３は、光電変換部ＰＤＡ，ＰＤＢ，ＰＤＣ，ＰＤＤへの入射光により生じた電荷の量に応じた信号を出力線１６に出力する。なお、本明細書では、増幅トランジスタＭ３を出力部と呼ぶことがある。
【００３３】
転送トランジスタＭ１Ａ〜Ｍ１Ｄのうち、動作モードに応じたいずれか１つ以上の転送トランジスタＭ１をオンにすることにより、オンになった転送トランジスタＭ１に接続された光電変換部ＰＤの電荷が浮遊拡散部ＦＤへと転送される。例えば、転送トランジスタＭ１Ａのみをオンにした場合、光電変換部ＰＤＡに保持された電荷が浮遊拡散部ＦＤへと転送され、光電変換部ＰＤＡへの入射光により生じた電荷の量に応じた信号が出力線１６に出力される。また、転送トランジスタＭ１Ａ〜Ｍ１Ｄを総てオンにした場合、光電変換部ＰＤＡ〜ＰＤＤに保持された電荷が浮遊拡散部ＦＤで加算され、光電変換部ＰＤＡ〜ＰＤＤへの入射光により生じた電荷の総量に応じた信号が出力線１６に出力される。
【００３４】
出力線１６に出力された信号は、スイッチＳＷ１を介して列アンプ４２へと入力され、その後段に配された不図示のＡＤ変換器によってデジタル信号に変換される。
【００３５】
なお、各々の単位画素１２は、４つの光電変換部ＰＤＡ，ＰＤＢ，ＰＤＣ，ＰＤＤの各々に対応する４つの画素を包含している。これら４つの画素のうち、第１の画素は、光電変換部ＰＤＡと、転送トランジスタＭ１Ａと、リセットトランジスタＭ２と、増幅トランジスタＭ３と、により構成される。第２の画素は、光電変換部ＰＤＢと、転送トランジスタＭ１Ｂと、リセットトランジスタＭ２と、増幅トランジスタＭ３と、により構成される。第３の画素は、光電変換部ＰＤＣと、転送トランジスタＭ１Ｃと、リセットトランジスタＭ２と、増幅トランジスタＭ３と、により構成される。第４の画素は、光電変換部ＰＤＤと、転送トランジスタＭ１Ｄと、リセットトランジスタＭ２と、増幅トランジスタＭ３と、により構成される。これら４つの画素は、浮遊拡散部ＦＤ、リセットトランジスタＭ２及び増幅トランジスタＭ３を共有している。
【００３６】
画素領域１０は、図３に示す単位ブロック２０が、行方向及び列方向に繰り返し配列されることにより構成されている。すなわち、単位ブロック２０は、画素領域１０の最小の繰り返し単位である。
【００３７】
単位ブロック２０は、２行×２列の行列状に配された４つの単位画素１２により構成されている。１つの単位画素１２は、２行×２列の行列状に配された４つの画素を含む。以後の説明においては、単位画素１２の行及び列を表すときは「単位画素行」及び「単位画素列」と表記し、単位画素１２に含まれる画素の行及び列を表すときは「画素行」及び「画素列」と表記することがある。すなわち、単位ブロック２０は、２単位画素行×２単位画素列の行列状に配された４つの単位画素１２を含む。また、単位ブロック２０は、４画素行×４画素列の行列状に配された１６個の画素を含む。
【００３８】
単位ブロック２０に配された１６の画素の各々は、所定の分光感度特性を有するカラーフィルタを備える。図３に示す「Ｒ」，「Ｇｒ」，「Ｇｂ」，「Ｂ」，「Ｗ」の文字は、対応する画素が備えるカラーフィルタの分光感度特性を表している。すなわち、「Ｒ」は赤色フィルタを示し、「Ｇｒ」，「Ｇｂ」は緑色フィルタを示し、「Ｂ」は青色フィルタを示し、「Ｗ」は白色フィルタを示している。「Ｇｒ」，「Ｇｂ」は、同じ分光感度特性を有する緑色フィルタである。１つの単位ブロック２０に含まれる２つの緑色フィルタを区別するために便宜的に、赤色フィルタＲと同じ画素列に配された緑色フィルタを「Ｇｒ」と、青色フィルタＢと同じ画素列に配された緑色フィルタを「Ｇｂ」と、それぞれ表記している。
【００３９】
以後の説明では、赤色フィルタＲが設けられた画素をＲ画素と、緑色フィルタＧｒ，Ｇｂが設けられた画素をＧｒ画素，Ｇｂ画素或いは包括的にＧ画素と、青色フィルタＢが設けられた画素をＢ画素と、それぞれ表記する。Ｒ画素、Ｇ画素及びＢ画素は、主に色情報を出力するための画素であり、「色画素」或いは「ＲＧＢ画素」と呼ぶこともある。また、白色フィルタＷが設けられた画素をＷ画素と表記する。Ｗ画素は、主に輝度情報を出力するための画素であり、「ホワイト画素」或いは「クリア画素」と呼ぶこともある。
【００４０】
なお、Ｗ画素は、入射光を色分離せず直接検出する画素である。Ｗ画素は、Ｒ画素、Ｇ画素及びＢ画素と比較して、分光感度特性における透過波長域が広く感度が高いことが特徴であり、例えば分光感度特性における透過波長域の波長半値幅は、Ｗ画素が最も広い。典型的には、Ｗ画素の分光感度特性における透過波長域は、Ｒ画素、Ｇ画素及びＢ画素の分高感度特性における透過波長域を包含している。
【００４１】
なお、図３には、Ｒ画素を符号２２Ｒで表し、Ｇｒ画素を符号２２Ｇｒで表し、Ｇｂ画素を符号２２Ｇｂで表し、Ｂ画素を符号２２Ｂで表し、Ｗ画素を符号２２Ｗで表している。以下の説明において、Ｒ画素２２Ｒ、Ｇｒ画素２２Ｇｒ、Ｇｂ画素２２Ｇｂ、Ｂ画素２２Ｂ、Ｗ画素２２Ｗを包括的に示すときは、画素２２と表記することがある。
【００４２】
図３に示すカラーフィルタ配列では、単位ブロック２０に含まれる１６個の画素中、Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素、Ｗ画素の比率は、Ｒ：Ｇ：Ｂ：Ｗ＝１：２：１：１２となっている。単位ブロック２０の中に１２個のＷ画素を有するこのカラーフィルタ配列を、本明細書では「ＲＧＢＷ１２配列」と表記する。ＲＧＢＷ１２配列において、色画素とＷ画素との比率、ＲＧＢ：Ｗは１：３である。ＲＧＢＷ１２配列の特徴としては、Ｒ画素、Ｇ画素及びＢ画素のいずれの色画素もＷ画素で囲まれていること、Ｗ画素が全画素に占める割合が３／４であること、が挙げられる。
【００４３】
図３に示すように、単位ブロック２０を構成する４つの単位画素１２の各々は、１つの色画素と、３つのＷ画素と、を含む。Ｒ画素２２Ｒを含む単位画素１２とＢ画素２２Ｂを含む単位画素１２とは、単位ブロック２０の一方の対角方向の位置に配置されている。また、Ｇｒ画素２２Ｇｒを含む単位画素１２とＧｂ画素２２Ｇｂを含む単位画素１２とは、単位ブロック２０の他方の対角方向の位置に配置されている。単位画素１２内における色画素の位置は、総ての単位画素１２において同じになっている。また、単位画素１２の各々に含まれる４つの画素２２は、前述のように、１つの浮遊拡散部ＦＤを共有している。浮遊拡散部ＦＤは、単位画素１２の中央部に配置されている。
【００４４】
このように色画素及び浮遊拡散部ＦＤを配置することで、Ｒ画素２２Ｒ、Ｇｒ画素２２Ｇｒ、Ｇｂ画素２２Ｇｂ及びＢ画素２２Ｂは、それぞれが属する単位画素１２の浮遊拡散部ＦＤに接続される位置関係として、ベイヤ配列と同等な配置となっている。
【００４５】
画素２２をこのように配置にすることで、感度向上を目的として浮遊拡散部ＦＤにおいて信号の加算（ビニングとも呼ばれる）を行う場合に、１つの色画素の信号と３つのＷ画素の信号とを加算することができる。この場合、色画素の信号はＷ画素の信号と混ざり合うこととなるが、異なる色の色画素の信号同士は分離されることとなる。したがって、色画素の情報を各色独立にすることができ、色再現性を確保することができる。
【００４６】
次に、１つの単位画素１２に含まれる４つの画素２２が共有する浮遊拡散部ＦＤの構成について、図４を用いてより詳細に説明する。
【００４７】
図４には、１つの単位画素１２に含まれる４つの画素２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄの平面レイアウトを示している。画素２２ａは、光電変換部ＰＤＡと、転送トランジスタＭ１Ａと、を含む。画素２２ｂは、光電変換部ＰＤＢと、転送トランジスタＭ１Ｂと、を含む。画素２２ｃは、光電変換部ＰＤＣと、転送トランジスタＭ１Ｃと、を含む。画素２２ｄは、光電変換部ＰＤＤと、転送トランジスタＭ１Ｄと、を含む。転送トランジスタＭ１Ａ，Ｍ１Ｂ，Ｍ１Ｃ，Ｍ１Ｄは、それぞれ、ゲート電極（転送ゲート）２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ，２４Ｄを含む。
【００４８】
浮遊拡散部ＦＤは、できるだけ面積を減らして寄生容量を少なくすることが望ましい。これは、画素アンプ（ソースフォロワ回路）以降のノイズを浮遊拡散部ＦＤの入力換算に変換（電子数に換算）する際に、浮遊拡散部ＦＤの寄生容量が大きいと電子数換算のノイズが大きく見え、Ｓ／Ｎ比が低下するためである。Ｓ／Ｎ比が低下すると、より暗いところまで撮影できる能力を示す最低被写体照度が悪化してしまう。
【００４９】
本実施形態においては、浮遊拡散部ＦＤの容量を小さくする観点から、浮遊拡散部ＦＤを連続する１つの不純物拡散領域により構成し、４つの画素２２で共有している。これは、２つ以上の不純物拡散領域を配線で接続することによって浮遊拡散部ＦＤを構成すると、配線に寄生する容量が上乗せされてしまい、浮遊拡散部ＦＤの容量が増加するためである。
【００５０】
また、本実施形態においては、転送トランジスタＭ１Ａ，Ｍ１Ｂ，Ｍ１Ｃ，Ｍ１Ｄのゲート幅方向を同じ方向とし、光電変換部ＰＤから浮遊拡散部ＦＤヘの電荷の転送方向を、図４における上下方向に限定している。これは、光電変換部ＰＤから浮遊拡散部ＦＤへの電荷の転送性能の向上等の観点から、光電変換部ＰＤや浮遊拡散部ＦＤを形成する際のイオン注入を、基板の法線方向に対して傾斜した方向から行う場合があることを考慮したものである。４つの転送トランジスタＭ１Ａ，Ｍ１Ｂ，Ｍ１Ｃ，Ｍ１Ｄのゲート幅方向を揃えることにより、これらトランジスタの転送性能のばらつきを低減することができる。
【００５１】
次に、本実施形態による撮像装置の駆動方法について、図５乃至図９を用いて説明する。図５及び図６は、本実施形態による撮像装置の駆動方法を示すフローチャートである。図７は、本実施形態による撮像装置の駆動方法において単位画素毎に画素加算を行った場合のデータ配列を示す図である。図８及び図９は、本実施形態による撮像装置の駆動方法における色補間方法を説明する図である。
【００５２】
本実施形態では、画素２２の各々からデータの読み出しを行う駆動例と、単位画素１２の各々から加算したデータの読み出しを行う駆動例と、を説明する。
【００５３】
図５は、画素２２の各々からデータの読み出しを行う場合の駆動例（第１の駆動例）である。第１の駆動例において、データの読み出しは画素行毎に順次行う。ここでは、図３に示す単位ブロック２０に属する１６の画素２２からデータの読み出しを行う場合を例にして説明する。図３に示す単位ブロック２０では、第１画素行に、Ｒ画素２２Ｒ、Ｗ画素２２Ｗ、Ｇｒ画素２２Ｇｒ及びＷ画素２２Ｗが、この順番で配されている。また、第２画素行及び第４画素行に、４つのＷ画素２２Ｗが配されている。また、第３画素行に、Ｇｂ画素２２Ｇｂ、Ｗ画素２２Ｗ、Ｂ画素２２Ｂ及びＷ画素２２Ｗが、この順番で配されている。
【００５４】
まず、第１画素行に対して、Ｒ画素２２Ｒ、Ｗ画素２２Ｗ、Ｇｒ画素２２Ｇｒ、Ｗ画素２２Ｗからのデータの読み出しを行う（ステップＳ１０１）。具体的には、浮遊拡散部ＦＤをリセットした後、各単位画素１２の転送トランジスタＭ１Ａを駆動して光電変換部ＰＤＡの電荷を浮遊拡散部ＦＤに転送し、Ｒ画素２２Ｒのデータと、Ｇｒ画素２２Ｇｒのデータと、を読み出す。次いで、浮遊拡散部ＦＤをリセットした後、各単位画素１２の転送トランジスタＭ１Ｂを駆動して光電変換部ＰＤＢの電荷を浮遊拡散部ＦＤに転送し、第２画素列のＷ画素２２Ｗのデータと、第４画素列のＷ画素２２Ｗのデータと、を読み出す。
【００５５】
次いで、第２画素行に対して、Ｗ画素２２Ｗ、Ｗ画素２２Ｗ、Ｗ画素２２Ｗ、Ｗ画素２２Ｗからのデータの読み出しを行う（ステップＳ１０２）。具体的には、浮遊拡散部ＦＤをリセットした後、各単位画素１２の転送トランジスタＭ１Ｃを駆動して光電変換部ＰＤＡの電荷を浮遊拡散部ＦＤに転送し、第１画素列のＷ画素２２Ｗのデータと、第３画素列のＷ画素２２Ｗのデータと、を読み出す。次いで、浮遊拡散部ＦＤをリセットした後、各単位画素１２の転送トランジスタＭ１Ｄを駆動して光電変換部ＰＤＢの電荷を浮遊拡散部ＦＤに転送し、第２画素列のＷ画素２２Ｗのデータと、第４画素列のＷ画素２２Ｗのデータと、を読み出す。
【００５６】
次いで、第３画素行に対して、Ｇｂ画素２２Ｇｂ、Ｗ画素２２Ｗ、Ｂ画素２２Ｂ、Ｗ画素２２Ｗからのデータの読み出しを行う（ステップＳ１０３）。具体的には、浮遊拡散部ＦＤをリセットした後、各単位画素１２の転送トランジスタＭ１Ａを駆動して光電変換部ＰＤＡの電荷を浮遊拡散部ＦＤに転送し、Ｇｂ画素２２Ｇｂのデータと、Ｂ画素２２Ｂのデータと、を読み出す。次いで、浮遊拡散部ＦＤをリセットした後、各単位画素１２の転送トランジスタＭ１Ｂを駆動して光電変換部ＰＤＢの電荷を浮遊拡散部ＦＤに転送し、第２画素列のＷ画素２２Ｗのデータと、第４画素列のＷ画素２２Ｗのデータと、を読み出す。
【００５７】
次いで、第４画素行に対して、Ｗ画素２２Ｗ、Ｗ画素２２Ｗ、Ｗ画素２２Ｗ、Ｗ画素２２Ｗからのデータの読み出しを行う（ステップＳ１０４）。具体的には、浮遊拡散部ＦＤをリセットした後、各単位画素１２の転送トランジスタＭ１Ｃを駆動して光電変換部ＰＤＡの電荷を浮遊拡散部ＦＤに転送し、第１画素列のＷ画素２２Ｗのデータと、第３画素列のＷ画素２２Ｗのデータと、を読み出す。次いで、浮遊拡散部ＦＤをリセットした後、各単位画素１２の転送トランジスタＭ１Ｄを駆動して光電変換部ＰＤＢの電荷を浮遊拡散部ＦＤに転送し、第２画素列のＷ画素２２Ｗのデータと、第４画素列のＷ画素２２Ｗのデータと、を読み出す。
【００５８】
次いで、読み出したデータに対して高精度補間処理（ステップＳ１０５）及び色合成処理（ステップＳ１０６）を行う。なお、高精度補間処理及び色合成処理には、公知の方法、例えば特許文献１に記載の方法を適用することができる。本実施形態では、カラーフィルタ配列としてＲＧＢＷ１２配列を用いているため、Ｗ画素のデータを用いることで高感度の画像を取得することができる。
【００５９】
図６は、単位画素１２の各々から加算したデータの読み出しを行う場合の駆動例（第２の駆動例）である。第２の駆動例において、データの読み出しは単位画素行毎に順次行う。ここでは、図３に示す単位ブロック２０に属する４つの単位画素１２から加算したデータの読み出しを行う場合を例にして説明する。図３に示す単位ブロック２０では、第１単位画素行に、Ｒ画素２２Ｒと３つのＷ画素２２Ｗとを含む単位画素１２と、Ｇｒ画素２２Ｇｒと３つのＷ画素２２Ｗとを含む単位画素１２と、が配されている。また、第２単位画素行に、Ｇｂ画素２２Ｇｂと３つのＷ画素２２Ｗとを含む単位画素１２と、Ｂ画素２２Ｂと３つのＷ画素２２Ｗとを含む単位画素１２と、が配されている。第２の駆動例によれば、第１の駆動例よりも更に高感度の画像を取得することができる。
【００６０】
まず、第１単位画素行に対して、Ｒ画素２２Ｒの信号と３つのＷ画素２２Ｗの信号とを加算したデータ（Ｒ＋Ｗ３）と、Ｇｒ画素２２Ｇｒの信号と３つのＷ画素２２Ｗの信号とを加算したデータ（Ｇｒ＋Ｗ３）と、の読み出しを行う（ステップＳ２０１）。具体的には、浮遊拡散部ＦＤをリセットした後、各単位画素１２の転送トランジスタＭ１Ａ，Ｍ１Ｂ，Ｍ１Ｃ，Ｍ１Ｄを駆動して光電変換部ＰＤＡ，ＰＤＢ，ＰＤＣ，ＰＤＤの電荷を浮遊拡散部ＦＤに転送する。これにより、第１単位画素列の単位画素１２から、Ｒ画素２２Ｒの信号と３つのＷ画素２２Ｗの信号とを加算したデータ（Ｒ＋Ｗ３）を読み出す。また、第２単位画素列の単位画素１２から、Ｇｒ画素２２Ｇｒの信号と３つのＷ画素２２Ｗの信号とを加算したデータ（Ｇｒ＋Ｗ３）を読み出す。
【００６１】
次いで、第２単位画素行に対して、Ｇｂ画素２２Ｇｂの信号と３つのＷ画素２２Ｗの信号とを加算したデータ（Ｇｂ＋Ｗ３）と、Ｂ画素２２Ｂの信号と３つのＷ画素２２Ｗの信号とを加算したデータ（Ｂ＋Ｗ３）と、の読み出しを行う（ステップＳ２０２）。具体的には、浮遊拡散部ＦＤをリセットした後、各単位画素１２の転送トランジスタＭ１Ａ，Ｍ１Ｂ，Ｍ１Ｃ，Ｍ１Ｄを駆動して光電変換部ＰＤＡ，ＰＤＢ，ＰＤＣ，ＰＤＤの電荷を浮遊拡散部ＦＤに転送する。これにより、第１単位画素列の単位画素１２から、Ｇｂ画素２２Ｇｂの信号と３つのＷ画素２２Ｗの信号とを加算したデータ（Ｇｂ＋Ｗ３）を読み出す。また、第２単位画素列の単位画素１２から、Ｂ画素２２Ｂの信号と３つのＷ画素２２Ｗの信号とを加算したデータ（Ｂ＋Ｗ３）を読み出す。
【００６２】
第２の駆動例を用いて６単位画素行×６単位画素列の領域の読み出しを行った場合のデータの配列を図７に示す。単位画素１２の各々から読み出されるデータは、図７に示すように、いずれも色画素＋Ｗ画素×３のデータとなる。
【００６３】
このように画素加算を行ってデータを読み出すことで、浮遊拡散部ＦＤで発生するノイズが加算の有無にかかわらず同等であるならば、浮遊拡散部ＦＤに転送される電荷量が概ね３〜４倍程度になるため、Ｓ／Ｎ比を向上することができる。
【００６４】
次いで、読み出したデータに対してデモザイク処理を行う。第２の駆動例によって読み出されたデータの配列は、図７に示すように、Ｗ画素のデータが足し合わされてはいるものの、ベイヤ配列と同様の配列になっている。したがって、第２の駆動例においてカラー現像処理を行う際には、ベイヤ配列の場合と同様の方法でそれぞれの色画素の補間を行うことができる。
【００６５】
デモザイク処理では、まず、ステップＳ２０１及びステップＳ２０２において読み出したデータを用いて色補間処理を行う（ステップＳ２０３）。ここでは、色補間処理の方法として、バイリニア法を用いた例を説明する。バイリニア法は、近傍に配置されている同色の画素のデータを平均することで補間値を求める方法である。
【００６６】
なお、以下の説明では、Ｒ＋Ｗ３のデータを読み出した単位画素１２を、「Ｒ＋Ｗ３単位画素」と表記することがある。また、Ｇｒ＋Ｗ３のデータを読み出した単位画素１２を、「Ｇｒ＋Ｗ３単位画素」と表記することがある。また、Ｇｂ＋Ｗ３のデータを読み出した単位画素１２を、「Ｇｂ＋Ｗ３単位画素」と表記することがある。また、Ｂ＋Ｗ３のデータを読み出した単位画素１２を、「Ｂ＋Ｗ３単位画素」と表記することがある。また、Ｇｒ＋Ｗ３のデータを読み出した単位画素１２とＧｂ＋Ｗ３のデータを読み出した単位画素１２とを包括的に、「Ｇ＋Ｗ３単位画素」と表記することがある。
【００６７】
まず、Ｇ（緑色）のデータの色補間方法について説明する。前述のように、Ｇｒ画素とＧｂ画素とは略同等の特性を有するため、Ｇｒ画素及びＧｂ画素は全体として見ると市松模様状に配されたＧ画素を構成している。したがって、Ｒ＋Ｗ３単位画素とＢ＋Ｗ３単位画素とにおけるＧの補間値（補間Ｇ＋Ｗ３）は、図８に示すように、上下左右に位置する４つのＧ＋Ｗ３単位画素のデータを平均することにより算出できる。
【００６８】
次に、Ｂ（青色）のデータの色補間方法について説明する。Ｂ＋Ｗ３単位画素は、Ｇ＋Ｗ３単位画素とは異なり単位ブロック２０毎に１つであるため、前述の補間Ｇ＋Ｗ３の色補間方法とは異なる色補間方法を用いる必要がある。すなわち、Ｇｒ＋Ｗ３単位画素においては、その上下にＢ＋Ｗ３単位画素が存在するため、Ｂの補間値（補間Ｂ＋Ｗ３）は、図９の左側に２つの矢印で示したように、これら２つのＢ＋Ｗ３単位画素のデータを平均することにより算出できる。同様に、Ｇｂ＋Ｗ３単位画素においては、その左右にＢ＋Ｗ３単位画素が存在するため、Ｂの補間値（補間Ｂ＋Ｗ３）は、これら２つのＢ＋Ｗ３単位画素のデータを平均することにより算出できる。また、Ｒ＋Ｗ３単位画素においては、斜め４方向にＢ＋Ｗ３単位画素が存在するため、Ｂの補間値（補間Ｂ＋Ｗ３）は、図９の右側に４つの矢印で示したように、これら４つのＢ＋Ｗ３単位画素のデータを平均することにより算出できる。
【００６９】
Ｒ（赤色）のデータについては、Ｂのデータ（補間Ｂ＋Ｗ３）の色補間方法と同様の手法によって色補間を行うことができる。
【００７０】
このようにして総ての単位画素１２に対して色補間処理を行うことにより、単位画素１２の各々は、Ｒのデータ（Ｒ＋Ｗ３）、Ｇのデータ（Ｇ＋Ｗ３）、Ｂのデータ（Ｂ＋Ｗ３）の３種類の値を持つこととなる。
【００７１】
次いで、各単位画素１２における色差情報を作成する（ステップＳ２０４）。すなわち、単位画素１２の各々に対して、単位画素１２が持つ３種類の値からカラー値を求める。Ｒ＋Ｗ３，Ｇ＋Ｗ３，Ｂ＋Ｗ３のデータの各々は、色情報を含んではいるものの、信号の強度としてはＷのデータが支配的であり、そのままでは色再現上は好ましくない。
【００７２】
そこで、以下の演算をすることにより、各単位画素１２のカラー情報、すなわち、ＲとＧとの色差データと、ＢとＧとの色差データと、を取得する。
色差（Ｒ−Ｇ）＝（Ｒ＋Ｗ３）−（Ｇ＋Ｗ３）
色差（Ｂ−Ｇ）＝（Ｂ＋Ｗ３）−（Ｇ＋Ｗ３）
【００７３】
また、別の方法として、以下の演算を行うことによりカラー情報を取得することもできる。ここで、Ｋ１，Ｋ２，Ｋ３，Ｋ４，Ｋ５は定数であり、各色の分光感度特性や光源の特性よって変化する。
輝度：Ｙ＝Ｋ１×（Ｒ＋Ｗ３）＋Ｋ２（Ｇ＋Ｗ３）＋Ｋ３（Ｂ＋Ｗ３）
色差：ＰＲ＝Ｋ４×（（Ｒ＋Ｗ３）−Ｙ）
色差：ＰＢ＝Ｋ５×（（Ｒ＋Ｗ３）−Ｙ）
【００７４】
このようにして、Ｗのデータが混ざった単位画素１２のデータからカラー情報を取り出すことにより、色再現性を向上することができる。
【００７５】
本実施形態においては、ＲＧＢＷ１２配列のカラーフィルタを備えた撮像装置において、１つの色画素と３つのＷ画素とが浮遊拡散部ＦＤ及び出力部を共有する単位画素１２を構成するので、ビニングによる感度向上を実現することができる。また、単位画素１２の各々は１つの色画素のみを含むため、ビニングを行うことにより色再現性が低下することはない。
【００７６】
本実施形態の効果を検証するために、上述の駆動方法を用いて暗視性能に関する評価撮影を行った。比較例として、カラーフィルタ配列がＲＧＧＢ配列（通常のベイヤ配列）の撮像装置においても同様の評価撮影を行った。この結果、ＲＧＢＷ１２配列を用いた本実施形態の撮像装置では、最低被写体照度（撮像対象の出力信号とノイズの比率が１：１になる明るさ）が比較例の場合の１／２の明るさまで撮影することができた。また、更に画素加算を行うことで、更に１／２の明るさまで撮影できたとともに、良好な色再現性を得ることができた。
【００７７】
このように、本実施形態によれば、色再現性を損なうことなく感度を向上しＳ／Ｎ比の高い画像を取得することができる。
【００７８】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態による撮像装置及びその駆動方法について、図１０及び図１１を用いて説明する。第１実施形態による撮像装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。図１０は、本実施形態による撮像装置の駆動方法を示すフローチャートである。図１１は、本実施形態による撮像装置の駆動方法における色補間方法を説明する図である。
【００７９】
本実施形態では、色差情報ではなく原色の色データを得るために、Ｒのデータ（Ｒ＋Ｗ３）、Ｇのデータ（Ｇ＋Ｗ３）、Ｂのデータ（Ｂ＋Ｗ３）の３種類に加え、Ｗのデータ（Ｗ３）を取得する例を説明する。
【００８０】
本実施形態による撮像装置の駆動方法では、図１０に示すように、第１実施形態の第２の駆動方法と同様、単位画素行毎に順次、データの読み出しを行う。
【００８１】
まず、第１単位画素行に対して、Ｒ画素２２Ｒの信号と３つのＷ画素２２Ｗの信号とを加算したデータ（Ｒ＋Ｗ３）と、Ｇｒ画素２２Ｇｒの信号と３つのＷ画素２２Ｗの信号とを加算したデータ（Ｇｒ＋Ｗ３）と、の読み出しを行う（ステップＳ３０１）。具体的には、浮遊拡散部ＦＤをリセットした後、各単位画素１２の転送トランジスタＭ１Ａ，Ｍ１Ｂ，Ｍ１Ｃ，Ｍ１Ｄを駆動して光電変換部ＰＤＡ，ＰＤＢ，ＰＤＣ，ＰＤＤの電荷を浮遊拡散部ＦＤに転送する。これにより、第１単位画素列の単位画素１２から、Ｒ画素２２Ｒの信号と３つのＷ画素２２Ｗの信号とを加算したデータ（Ｒ＋Ｗ３）を読み出す。また、第２単位画素列の単位画素１２から、Ｇｒ画素２２Ｇｒの信号と３つのＷ画素２２Ｗの信号とを加算したデータ（Ｇｒ＋Ｗ３）を読み出す。
【００８２】
次いで、第２単位画素行に対して、３つのＷ画素２２Ｗの信号のみを加算したデータ（Ｗ３）と、Ｂ画素２２Ｂの信号と３つのＷ画素２２Ｗの信号とを加算したデータ（Ｂ＋Ｗ３）と、の読み出しを行う（ステップＳ３０２）。具体的には、浮遊拡散部ＦＤをリセットした後、各単位画素１２の転送トランジスタＭ１Ｂ，Ｍ１Ｃ，Ｍ１Ｄを駆動して光電変換部ＰＤＢ，ＰＤＣ，ＰＤＤの電荷を浮遊拡散部ＦＤに転送する。これにより、第２単位画素列の単位画素１２から、３つのＷ画素２２Ｗの信号を加算したデータ（Ｗ３）を読み出す。次いで、各単位画素１２の転送トランジスタＭ１Ａを駆動して光電変換部ＰＤＡの電荷を浮遊拡散部ＦＤに転送する。これにより、第２単位画素列の単位画素１２から、Ｂ画素２２Ｂの信号と３つのＷ画素２２Ｗの信号とを加算したデータ（Ｂ＋Ｗ３）を読み出す。なお、第１単位画素列の単位画素１２の転送トランジスタＭ１Ａと第２単位画素列の単位画素１２の転送トランジスタＭ１Ａとを別の制御信号で制御するように構成し、第２単位画素列の単位画素１２の転送トランジスタＭ１Ａを選択的に駆動してもよい。
【００８３】
このように画素加算を行ってデータを読み出すことで、浮遊拡散部ＦＤで発生するノイズが加算の有無にかかわらず同等であるならば、浮遊拡散部ＦＤに転送される電荷量が概ね３〜４倍程度になるため、Ｓ／Ｎ比を向上することができる。
【００８４】
次いで、ステップＳ３０１及びステップＳ３０２において読み出したデータを用いて色補間処理を行う（ステップＳ３０３）。なお、以下の説明ではＷ３のデータを読み出した単位画素１２を、「Ｗ３単位画素」と表記することがある。
【００８５】
本実施形態においては、Ｇのデータ（Ｇ＋Ｗ３）は市松模様状の配列とはならないため、Ｒのデータ及びＢのデータと同様、Ｇのデータについてもバイリニア法を用いて色補間処理を行う。また、本実施形態においては、Ｗのデータ（Ｗ３）についてもカラーデータと同様の色補間処理を行う。Ｗ３単位画素は、Ｒ＋Ｗ３単位画素、Ｇｒ＋Ｗ３単位画素及びＢ＋Ｗ３単位画素と同様、単位ブロック２０毎に１つである。したがって、このＷのデータについても、Ｒのデータ、Ｇのデータ及びＢのデータと同様の色補間処理を行うことができる。
【００８６】
すなわち、Ｒ＋Ｗ３単位画素においては、その上下にＷ３単位画素が存在するため、図１１の左側に２つの矢印で示したように、Ｗの補間値（補間Ｗ３）は、これら２つのＷ３単位画素のデータを平均することにより算出できる。同様に、Ｂ＋Ｗ３単位画素においては、その左右にＷ３単位画素が存在するため、Ｗの補間値（補間Ｗ３）は、これら２つのＷ３単位画素のデータを平均することにより算出できる。また、Ｇｒ＋Ｗ３単位画素においては、斜め４方向にＷ３単位画素が存在するため、図１１の右側に４つの矢印で示したように、Ｗの補間値（補間Ｗ３）は、これら４つのＷ３単位画素のデータを平均することにより算出できる。
【００８７】
このようにして総ての単位画素１２に対して色補間処理を行うことにより、単位画素１２の各々は、Ｒのデータ（Ｒ＋Ｗ３）、Ｇのデータ（Ｇ＋Ｗ３）、Ｂのデータ（Ｂ＋Ｗ３）、Ｗのデータ（Ｗ３）の４種類の値を持つこととなる。
【００８８】
次いで、各単位画素１２における色差情報を作成する（ステップＳ３０４）。すなわち、単位画素１２の各々に対して、単位画素が持つ４種類の値を用いて以下の演算を行うことにより、Ｒ，Ｇ，Ｂの値をそれぞれ取得する。
Ｒ＝（Ｒ＋Ｗ３）−（Ｗ３）
Ｇ＝（Ｇ＋Ｗ３）−（Ｗ３）
Ｂ＝（Ｂ＋Ｗ３）−（Ｗ３）
【００８９】
また、各単位画素１２における輝度値Ｙは、その単位画素のＷのデータ（Ｗ３）を用いることができる。或いは、輝度値Ｙは、以下の演算を行うことにより取得することもできる。ここで、Ｋ６，Ｋ７，Ｋ８，Ｋ９は定数である。
Ｙ＝Ｋ６×（Ｒ＋Ｗ３）＋Ｋ７×（Ｇｒ＋Ｗ３）＋Ｋ８×（Ｂ＋Ｗ３）
＋Ｋ９×（Ｗ３）
【００９０】
最終的な単位画素１２における画素値は、Ｒ，Ｇ，Ｂの値に輝度値Ｙを掛けることにより算出することができる。
【００９１】
このように、本実施形態によれば、色再現性を損なうことなく感度を向上しＳ／Ｎ比の高い画像を取得することができる。
【００９２】
［第３実施形態］
本発明の第３実施形態による撮像装置及びその駆動方法について、図１２を用いて説明する。第１及び第２実施形態による撮像装置と同様の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略し或いは簡潔にする。図１２は、本実施形態による撮像装置における画素領域の単位ブロックを示す平面図である。
【００９３】
第１及び第２実施形態では、輝度情報を取得する画素としてＷ画素を用いたが、Ｗ画素の代わりにＧ画素を用いることも可能である。本実施形態では、輝度情報を取得する画素としてＧ画素を用いた例を説明する。
【００９４】
本実施形態による撮像装置の画素領域１０は、図１２に示す単位ブロック２０が、行方向及び列方向に繰り返し配列されることにより構成されている。すなわち、単位ブロック２０は、画素領域１０の最小の繰り返し単位である。
【００９５】
単位ブロック２０に配された１６の画素の各々は、所定の分光感度特性を有するカラーフィルタを備える。図１２に示す「Ｒ」，「Ｇ」，「Ｂ」の文字は、対応する画素が備えるカラーフィルタの分光感度特性を表している。すなわち、「Ｒ」は赤色フィルタを示し、「Ｇ」は緑色フィルタを示し、「Ｂ」は青色フィルタを示している。図１２には、Ｒ画素を符号２２Ｒで表し、Ｇ画素を符号２２Ｇで表し、Ｂ画素を符号２２Ｂで表している。図１２に示す本実施形態のカラーフィルタ配列では、単位ブロック２０に含まれる１６個の画素中、Ｒ画素、Ｇ画素、Ｂ画素の比率は、Ｒ：Ｇ：Ｂ＝１：１４：１となっている。
【００９６】
また、１つの単位ブロック２０は、１つのＲ画素２２Ｒと３つのＧ画素２２Ｇとを含む単位画素１２を１つ、１つのＢ画素２２Ｂと３つのＧ画素２２Ｇとを含む単位画素１２を１つ、４つのＧ画素２２Ｇを含む単位画素１２を２つ、有している。これらの単位画素１２からは、画素加算を行うことによって、Ｒ＋Ｇ３のデータ、Ｂ＋Ｇ３のデータ、Ｇ４のデータを取得することが可能である。
【００９７】
したがって、本実施形態による撮像装置においても、第１実施形態の場合と同様、バイリニア法によって各単位画素１２にＲ＋Ｇ３、Ｂ＋Ｇ３、Ｇ４の３種類の値を補間したのち、以下の演算を行うことによって色差信号を取得することができる。
色差（Ｒ−Ｇ）＝（Ｒ＋Ｇ３）−（Ｇ４）
色差（Ｂ−Ｇ）＝（Ｂ＋Ｇ３）−（Ｇ４）
【００９８】
このように、本実施形態によれば、色再現性を損なうことなく感度を向上しＳ／Ｎ比の高い画像を取得することができる。
【００９９】
［第４実施形態］
本発明の第４実施形態による撮像装置及びその駆動方法について、図１３乃至図１５を用いて説明する。第１乃至第３実施形態による撮像装置と同様の構成要素には同一の符号を付し，説明を省略し或いは簡潔にする。図１３は、本実施形態による撮像装置の単位画素の構成例を示す回路図である。図１４及び図１５は、本実施形態による撮像装置の駆動方法を示すタイミング図である。
【０１００】
本実施形態による撮像装置は、図１３に示すように、出力線１６に、スイッチＳＷ２を介して列アンプ４４が更に接続されているほかは、第１実施形態による撮像装置と同様である。出力線１６に出力された信号は、スイッチＳＷ２を介して列アンプ４４へと入力され、その後段に配された不図示のＡＤ変換器によってデジタル信号に変換される。スイッチＳＷ２及び列アンプ４４は、スイッチＳＷ１及び列アンプ４２と同様、読み出し回路４０の構成要素の一部である。
【０１０１】
次に、本実施形態による撮像装置の駆動方法について、図１４及び図１５を用いて説明する。図１４及び図１５のタイミング図には、制御信号ＰＲＥＳ，ＰＴＸＡ，ＰＴＸＢ，ＰＴＸＣ，ＰＴＸＤ、スイッチＳＷ１の制御信号ＰＳＷ１、スイッチＳＷ２の制御信号ＰＳＷ２を示している。これら制御信号がハイ（Ｈ）レベルのときに対応するトランジスタ又はスイッチがオンになり、これら制御信号がロー（Ｌ）レベルのときに対応するトランジスタ又はスイッチがオフになるものとする。
【０１０２】
まず、画素２２の各々からデータの読み出しを行う場合の駆動例（第１の駆動例）について、図１４を用いて説明する。
【０１０３】
時刻ｔ１において、垂直走査回路３０は、制御信号ＰＲＥＳをＬレベルからＨレベルに制御し、その後、制御信号ＰＲＥＳをＨレベルからＬレベルに制御する。これにより、制御信号ＰＲＥＳがＨレベルの期間の間、リセットトランジスタＭ２がオンになり、浮遊拡散部ＦＤが電圧Ｖｄｄに応じた電圧にリセットされる。
【０１０４】
次いで、時刻ｔ２において、垂直走査回路３０は、制御信号ＰＴＸＡをＬレベルからＨレベルに制御し、その後、制御信号ＰＴＸＡをＨレベルからＬレベルに制御する。これにより、制御信号ＰＴＸＡがＨレベルの期間の間、転送トランジスタＭ１Ａがオンになり、光電変換部ＰＤＡに蓄積されている電荷が浮遊拡散部ＦＤヘと転送される。
【０１０５】
次いで、時刻ｔ３において、制御回路７０は、制御信号ＰＳＷ１をＬレベルからＨレベルに制御し、その後、制御信号ＰＳＷ１をＨレベルからＬレベルに制御する。これにより、制御信号ＰＳＷ１がＨレベルの期間の間、スイッチＳＷ１がオンになり、光電変換部ＰＤＡに蓄積されていた電荷の量に応じた信号が、増幅トランジスタＭ３から出力線１６及びスイッチＳＷ１を介して列アンプ４２ヘと出力される。その後、スイッチＳＷ１がオフになることで、増幅トランジスタＭ３からの出力信号が列アンプ４２にホールドされる。
【０１０６】
次いで、時刻ｔ４において、垂直走査回路３０は、制御信号ＰＲＥＳをＬレベルからＨレベルに制御し、その後、制御信号ＰＲＥＳをＨレベルからＬレベルに制御する。これにより、制御信号ＰＲＥＳがＨレベルの期間の間、リセットトランジスタＭ２がオンになり、浮遊拡散部ＦＤが電圧Ｖｄｄに応じた電圧にリセットされる。
【０１０７】
次いで、時刻ｔ５において、垂直走査回路３０は、制御信号ＰＴＸＢをＬレベルからＨレベルに制御し、その後、制御信号ＰＴＸＢをＨレベルからＬレベルに制御する。これにより、制御信号ＰＴＸＢがＨレベルの期間の間、転送トランジスタＭ１Ｂがオンになり、光電変換部ＰＤＢに蓄積されている電荷が浮遊拡散部ＦＤヘと転送される。
【０１０８】
次いで、時刻ｔ６において、制御回路７０は、制御信号ＰＳＷ２をＬレベルからＨレベルに制御し、その後、制御信号ＰＳＷ２をＨレベルからＬレベルに制御する。これにより、制御信号ＰＳＷ２がＨレベルの期間の間、スイッチＳＷ２がオンになり、光電変換部ＰＤＢに蓄積されていた電荷の量に応じた信号が、増幅トランジスタＭ３から出力線１６及びスイッチＳＷ２を介して列アンプ４４ヘと出力される。その後、スイッチＳＷ２がオフになることで、増幅トランジスタＭ３からの出力信号が列アンプ４４にホールドされる。
【０１０９】
その後、列アンプ４２，４４がホールドする信号を、後段に配された不図示のＡＤ変換器によってそれぞれデジタルデータに変換する。
【０１１０】
次いで、時刻ｔ７において、垂直走査回路３０は、制御信号ＰＲＥＳをＬレベルからＨレベルに制御し、その後、制御信号ＰＲＥＳをＨレベルからＬレベルに制御する。これにより、制御信号ＰＲＥＳがＨレベルの期間の間、リセットトランジスタＭ２がオンになり、浮遊拡散部ＦＤが電圧Ｖｄｄに応じた電圧にリセットされる。
【０１１１】
次いで、時刻ｔ８において、垂直走査回路３０は、制御信号ＰＴＸＣをＬレベルからＨレベルに制御し、その後、制御信号ＰＴＸＣをＨレベルからＬレベルに制御する。これにより、制御信号ＰＴＸＣがＨレベルの期間の間、転送トランジスタＭ１Ｃがオンになり、光電変換部ＰＤＣに蓄積されている電荷が浮遊拡散部ＦＤヘと転送される。
【０１１２】
次いで、時刻ｔ９において、制御回路７０は、制御信号ＰＳＷ１をＬレベルからＨレベルに制御し、その後、制御信号ＰＳＷ１をＨレベルからＬレベルに制御する。これにより、制御信号ＰＳＷ１がＨレベルの期間の間、スイッチＳＷ１がオンになり、光電変換部ＰＤＣに蓄積されていた電荷の量に応じた信号が、増幅トランジスタＭ３から出力線１６及びスイッチＳＷ１を介して列アンプ４２ヘと出力される。その後、スイッチＳＷ１がオフになることで、増幅トランジスタＭ３からの出力信号が列アンプ４２にホールドされる。
【０１１３】
次いで、時刻ｔ１０において、垂直走査回路３０は、制御信号ＰＲＥＳをＬレベルからＨレベルに制御し、その後、制御信号ＰＲＥＳをＨレベルからＬレベルに制御する。これにより、制御信号ＰＲＥＳがＨレベルの期間の間、リセットトランジスタＭ２がオンになり、浮遊拡散部ＦＤが電圧Ｖｄｄに応じた電圧にリセットされる。
【０１１４】
次いで、時刻ｔ１１において、垂直走査回路３０は、制御信号ＰＴＸＤをＬレベルからＨレベルに制御し、その後、制御信号ＰＴＸＤをＨレベルからＬレベルに制御する。これにより、制御信号ＰＴＸＤがＨレベルの期間の間、転送トランジスタＭ１Ｄがオンになり、光電変換部ＰＤＤに蓄積されている電荷が浮遊拡散部ＦＤヘと転送される。
【０１１５】
次いで、時刻ｔ１２において、制御回路７０は、制御信号ＰＳＷ２をＬレベルからＨレベルに制御し、その後、制御信号ＰＳＷ２をＨレベルからＬレベルに制御する。これにより、制御信号ＰＳＷ２がＨレベルの期間の間、スイッチＳＷ２がオンになり、光電変換部ＰＤＤに蓄積されていた電荷の量に応じた信号が、増幅トランジスタＭ３から出力線１６及びスイッチＳＷ２を介して列アンプ４４ヘと出力される。その後、スイッチＳＷ２がオフになることで、増幅トランジスタＭ３からの出力信号が列アンプ４４にホールドされる。
【０１１６】
その後、列アンプ４２，４４がホールドする信号を、後段に配された不図示のＡＤ変換器によってそれぞれデジタルデータに変換する。
【０１１７】
このように撮像装置を駆動することにより、４つの光電変換部ＰＤＡ，ＰＤＢ，ＰＤＣ，ＰＤＤに蓄積された電荷の量に応じた信号を、それぞれ独立して読み出すことができる。また、同じ画素行に配された画素の信号は同時にＡＤ変換するため、不図示の信号処理部におけるデータの並びが平易となり、カラー現像などの処理が容易となる。
【０１１８】
次に、単位画素１２の各々から加算したデータの読み出しを行う場合の駆動例（第２の駆動例）について、図１５を用いて説明する。
【０１１９】
時刻ｔ１において、垂直走査回路３０は、制御信号ＰＲＥＳをＬレベルからＨレベルに制御し、その後、制御信号ＰＲＥＳをＨレベルからＬレベルに制御する。これにより、制御信号ＰＲＥＳがＨレベルの期間の間、リセットトランジスタＭ２がオンになり、浮遊拡散部ＦＤが電圧Ｖｄｄに応じた電圧にリセットされる。
【０１２０】
次いで、時刻ｔ２において、垂直走査回路３０は、制御信号ＰＴＸＡ，ＰＴＸＢ，ＰＴＸＣ，ＰＴＸＤをＬレベルからＨレベルに制御し、その後、制御信号ＰＴＸＡ，ＰＴＸＢ，ＰＴＸＣ，ＰＴＸＤをＨレベルからＬレベルに制御する。これにより、制御信号ＰＴＸＡ，ＰＴＸＢ，ＰＴＸＣ，ＰＴＸＤがＨレベルの期間の間、転送トランジスタＭ１Ａ，Ｍ１Ｂ，Ｍ１Ｃ，Ｍ１Ｄがオンになり、光電変換部ＰＤＡ，ＰＤＢ，ＰＤＣ，ＰＤＤに蓄積されている電荷が浮遊拡散部ＦＤヘと転送される。
【０１２１】
次いで、時刻ｔ３において、制御回路７０は、制御信号ＰＳＷ１をＬレベルからＨレベルに制御し、その後、制御信号ＰＳＷ１をＨレベルからＬレベルに制御する。これにより、制御信号ＰＳＷ１がＨレベルの期間の間、スイッチＳＷ１がオンになり、光電変換部ＰＤＡ，ＰＤＢ，ＰＤＣ，ＰＤＤに蓄積されていた電荷の総量に応じた信号が、増幅トランジスタＭ３から列アンプ４２ヘと出力される。その後、スイッチＳＷ１がオフになることで、増幅トランジスタＭ３からの出力信号が列アンプ４２にホールドされる。
【０１２２】
その後、列アンプ４２がホールドする信号を、後段に配された不図示のＡＤ変換器によってデジタルデータに変換する。
【０１２３】
このように撮像装置を駆動することにより、４つの光電変換部ＰＤＡ，ＰＤＢ，ＰＤＣ，ＰＤＤに蓄積された電荷の総量に応じた信号を、画素加算データとして読み出すことができる。これにより、画素加算を行わない場合と比較して１／２の明るさまで撮影できるとともに、良好な色再現性を得ることができる。
【０１２４】
このように、本実施形態によれば、色再現性を損なうことなく感度を向上しＳ／Ｎ比の高い画像を取得することができる。
【０１２５】
［第５実施形態］
本発明の第５実施形態による撮像装置及びその駆動方法について、図１６乃至図１８を用いて説明する。第１乃至第４実施形態による撮像装置と同様の構成要素には同一の符号を付し，説明を省略し或いは簡潔にする。図１６は、本実施形態による撮像装置の単位画素の構成例を示す回路図である。図１７及び図１８は、本実施形態による撮像装置の駆動方法を示すタイミング図である。
【０１２６】
第１乃至第４実施形態による撮像装置においては、１つの単位画素１２を構成する４つの画素２２が、リセットトランジスタＭ２と、増幅トランジスタＭ３と、出力線１６と、を共有していた。これに対し、本実施形態による撮像装置においては、１つの単位画素１２を構成する４つの画素２２が、画素列を単位として、リセットトランジスタＭ２と、増幅トランジスタＭ３と、出力線１６と、を各々が共有する２つの組に分けられている。
【０１２７】
すなわち、本実施形態の単位画素１２は、図１６に示すように、光電変換部ＰＤＡ，ＰＤＢ，ＰＤＣ，ＰＤＤと、転送トランジスタＭ１Ａ，Ｍ１Ｂ，Ｍ１Ｃ，Ｍ１Ｄと、リセットトランジスタＭ２Ａ，Ｍ２Ｂと、増幅トランジスタＭ３Ａ，Ｍ３Ｂと、を有する。
【０１２８】
光電変換部ＰＤＡのフォトダイオードは、アノードが接地電圧ノードに接続され、カソードが転送トランジスタＭ１Ａのソースに接続されている。光電変換部ＰＤＣのフォトダイオードは、アノードが接地電圧ノードに接続され、カソードが転送トランジスタＭ１Ｃのソースに接続されている。転送トランジスタＭ１Ａ，Ｍ１Ｃのドレインは、リセットトランジスタＭ２Ａのソース及び増幅トランジスタＭ３Ａのゲートに接続されている。転送トランジスタＭ１Ａ，Ｍ１Ｃのドレイン、リセットトランジスタＭ２Ａのソース及び増幅トランジスタＭ３Ａのゲートの接続ノードは、浮遊拡散部ＦＤＡである。増幅トランジスタＭ３Ａのソースは、出力線１６Ａに接続されている。出力線１６Ａには、電流源１８が接続されている。
【０１２９】
光電変換部ＰＤＢのフォトダイオードは、アノードが接地電圧ノードに接続され、カソードが転送トランジスタＭ１Ｂのソースに接続されている。光電変換部ＰＤＤのフォトダイオードは、アノードが接地電圧ノードに接続され、カソードが転送トランジスタＭ１Ｄのソースに接続されている。転送トランジスタＭ１Ｂ，Ｍ１Ｄのドレインは、リセットトランジスタＭ２Ｂのソース及び増幅トランジスタＭ３Ｂのゲートに接続されている。転送トランジスタＭ１Ｂ，Ｍ１Ｄのドレイン、リセットトランジスタＭ２Ｂのソース及び増幅トランジスタＭ３Ｂのゲートの接続ノードは、浮遊拡散部ＦＤＢである。増幅トランジスタＭ３Ｂのソースは、出力線１６Ｂに接続されている。出力線１６Ｂには、電流源１８が接続されている。
【０１３０】
出力線１６Ａには、スイッチＳＷ１を介して列アンプ４２が接続されている。出力線１６Ｂには、スイッチＳＷ２を介して列アンプ４４が接続されている。また、出力線１６Ａと出力線１６Ｂとの間には、スイッチＳＷ３が接続されている。スイッチＳＷ３は、増幅トランジスタＭ３Ａから出力される信号と増幅トランジスタＭ３Ｂからの出力される信号とを擬似的に平均するためのスイッチである。スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３及び列アンプ４２，４４は、読み出し回路４０の構成要素の一部である。
【０１３１】
図１６に示す構成の単位画素１２の場合、画素領域１０の各行に配された制御線１４は、制御信号ＰＴＸＡ，ＰＴＸＣ，ＰＲＥＳを供給する３本の信号線を含む。制御信号ＰＴＸＡを供給する信号線は、対応する行に属する単位画素１２の転送トランジスタＭ１Ａ，Ｍ１Ｂのゲートにそれぞれ接続され、これら単位画素１２に共通の信号線をなしている。制御信号ＰＴＸＣを供給する信号線は、対応する行に属する単位画素１２の転送トランジスタＭ１Ｃ，Ｍ１Ｄのゲートにそれぞれ接続され、これら単位画素１２に共通の信号線をなしている。制御信号ＰＲＥＳを供給する信号線は、対応する行に属する単位画素１２のリセットトランジスタＭ２のゲートにそれぞれ接続され、これら単位画素１２に共通の信号線をなしている。
【０１３２】
本実施形態による撮像装置のその他の構成は、第１実施形態による撮像装置と同様である。
【０１３３】
次に、本実施形態による撮像装置の駆動方法について、図１７及び図１８を用いて説明する。図１７及び図１８のタイミング図には、制御信号ＰＲＥＳ，ＰＴＸＡ，ＰＴＸＣ、スイッチＳＷ１の制御信号ＰＳＷ１、スイッチＳＷ２の制御信号ＰＳＷ２、スイッチＳＷ３の制御信号ＰＳＷ３を示している。これら制御信号がハイ（Ｈ）レベルのときに対応するトランジスタ又はスイッチがオンになり、これら制御信号がロー（Ｌ）レベルのときに対応するトランジスタ又はスイッチがオフになるものとする。
【０１３４】
まず、画素２２の各々からデータの読み出しを行う場合の駆動例（第１の駆動例）について、図１７を用いて説明する。
【０１３５】
時刻ｔ１において、垂直走査回路３０は、制御信号ＰＲＥＳをＬレベルからＨレベルに制御し、その後、制御信号ＰＲＥＳをＨレベルからＬレベルに制御する。これにより、制御信号ＰＲＥＳがＨレベルの期間の間、リセットトランジスタＭ２Ａ，Ｍ２Ｂがオンになり、浮遊拡散部ＦＤＡ，ＦＤＢが電圧Ｖｄｄに応じた電圧にリセットされる。
【０１３６】
次いで、時刻ｔ２において、垂直走査回路３０は、制御信号ＰＴＸＡをＬレベルからＨレベルに制御し、その後、制御信号ＰＴＸＡをＨレベルからＬレベルに制御する。これにより、制御信号ＰＴＸＡがＨレベルの期間の間、転送トランジスタＭ１Ａ，Ｍ１Ｂがオンになり、光電変換部ＰＤＡに蓄積されている電荷が浮遊拡散部ＦＤＡヘと転送され、光電変換部ＰＤＢに蓄積されている電荷が浮遊拡散部ＦＤＢヘと転送される。
【０１３７】
次いで、時刻ｔ３において、制御回路７０は、制御信号ＰＳＷ１をＬレベルからＨレベルに制御し、その後、制御信号ＰＳＷ１をＨレベルからＬレベルに制御する。これにより、制御信号ＰＳＷ１がＨレベルの期間の間、スイッチＳＷ１がオンになり、光電変換部ＰＤＡに蓄積されていた電荷の量に応じた信号が、増幅トランジスタＭ３Ａから出力線１６Ａ及びスイッチＳＷ１を介して列アンプ４２ヘと出力される。その後、スイッチＳＷ１がオフになることで、増幅トランジスタＭ３Ａからの出力信号が列アンプ４２にホールドされる。
【０１３８】
同じく時刻ｔ３において、制御回路７０は、制御信号ＰＳＷ２をＬレベルからＨレベルに制御し、その後、制御信号ＰＳＷ２をＨレベルからＬレベルに制御する。これにより、制御信号ＰＳＷ２がＨレベルの期間の間、スイッチＳＷ２がオンになり、光電変換部ＰＤＢに蓄積されていた電荷の量に応じた信号が、増幅トランジスタＭ３Ｂから出力線１６Ｂ及びスイッチＳＷ２を介して列アンプ４４ヘと出力される。その後、スイッチＳＷ２がオフになることで、増幅トランジスタＭ３Ｂからの出力信号が列アンプ４４にホールドされる。
【０１３９】
その後、列アンプ４２，４４がホールドする信号を、後段に配された不図示のＡＤ変換器によってそれぞれデジタルデータに変換する。
【０１４０】
次いで、時刻ｔ４において、垂直走査回路３０は、制御信号ＰＲＥＳをＬレベルからＨレベルに制御し、その後、制御信号ＰＲＥＳをＨレベルからＬレベルに制御する。これにより、制御信号ＰＲＥＳがＨレベルの期間の間、リセットトランジスタＭ２Ａ，Ｍ２Ｂがオンになり、浮遊拡散部ＦＤＡ，ＦＤＢが電圧Ｖｄｄに応じた電圧にリセットされる。
【０１４１】
次いで、時刻ｔ５において、垂直走査回路３０は、制御信号ＰＴＸＣをＬレベルからＨレベルに制御し、その後、制御信号ＰＴＸＣをＨレベルからＬレベルに制御する。これにより、制御信号ＰＴＸＣがＨレベルの期間の間、転送トランジスタＭ１Ｃ，Ｍ１Ｄがオンになり、光電変換部ＰＤＣに蓄積されている電荷が浮遊拡散部ＦＤＡヘと転送され、光電変換部ＰＤＤに蓄積されている電荷が浮遊拡散部ＦＤＢヘと転送される。
【０１４２】
次いで、時刻ｔ６において、制御回路７０は、制御信号ＰＳＷ１をＬレベルからＨレベルに制御し、その後、制御信号ＰＳＷ１をＨレベルからＬレベルに制御する。これにより、制御信号ＰＳＷ１がＨレベルの期間の間、スイッチＳＷ１がオンになり、光電変換部ＰＤＣに蓄積されていた電荷の量に応じた信号が、増幅トランジスタＭ３Ａから出力線１６Ａ及びスイッチＳＷ１を介して列アンプ４２ヘと出力される。その後、スイッチＳＷ１がオフになることで、増幅トランジスタＭ３Ａからの出力信号が列アンプ４２にホールドされる。
【０１４３】
同じく時刻ｔ６において、制御回路７０は、制御信号ＰＳＷ２をＬレベルからＨレベルに制御し、その後、制御信号ＰＳＷ２をＨレベルからＬレベルに制御する。これにより、制御信号ＰＳＷ２がＨレベルの期間の間、スイッチＳＷ２がオンになり、光電変換部ＰＤＤに蓄積されていた電荷の量に応じた信号が、増幅トランジスタＭ３Ｂから出力線１６Ｂ及びスイッチＳＷ２を介して列アンプ４４ヘと出力される。その後、スイッチＳＷ２がオフになることで、増幅トランジスタＭ３Ｂからの出力信号が列アンプ４４にホールドされる。
【０１４４】
その後、列アンプ４２，４４がホールドする信号を、後段に配された不図示のＡＤ変換器によってそれぞれデジタルデータに変換する。
【０１４５】
このように撮像装置を駆動することにより、４つの光電変換部ＰＤＡ，ＰＤＢ，ＰＤＣ，ＰＤＤに蓄積された電荷の量に応じた信号を、それぞれ独立して読み出すことができる。また、同じ画素行に配された画素の信号は同時にＡＤ変換するため、不図示の信号処理部におけるデータの並びが平易となり、カラー現像などの処理が容易となる。
【０１４６】
次に、単位画素１２の各々から加算したデータの読み出しを行う場合の駆動例（第２の駆動例）について、図１８を用いて説明する。
【０１４７】
時刻ｔ１において、垂直走査回路３０は、制御信号ＰＲＥＳをＬレベルからＨレベルに制御し、その後、制御信号ＰＲＥＳをＨレベルからＬレベルに制御する。これにより、制御信号ＰＲＥＳがＨレベルの期間の間、リセットトランジスタＭ２Ａ，Ｍ２Ｂがオンになり、浮遊拡散部ＦＤＡ，ＦＤＢが電圧Ｖｄｄに応じた電圧にリセットされる。
【０１４８】
次いで、時刻ｔ２において、垂直走査回路３０は、制御信号ＰＴＸＡ，ＰＴＸＣをＬレベルからＨレベルに制御し、その後、制御信号ＰＴＸＡ，ＰＴＸＣをＨレベルからＬレベルに制御する。これにより、制御信号ＰＴＸＡ，ＰＴＸＣがＨレベルの期間の間、転送トランジスタＭ１Ａ，Ｍ１Ｃがオンになり、光電変換部ＰＤＡ，ＰＤＣに蓄積されている電荷が浮遊拡散部ＦＤＡヘと転送される。また、制御信号ＰＴＸＡ，ＰＴＸＣがＨレベルの期間の間、転送トランジスタＭ１Ｂ，Ｍ１Ｄがオンになり、光電変換部ＰＤＢ，ＰＤＤに蓄積されている電荷が浮遊拡散部ＦＤＢヘと転送される。
【０１４９】
これにより、出力線１６Ａには、光電変換部ＰＤＡ，ＰＤＣに蓄積されていた電荷の総量に応じた信号が出力される。また、出力線１６Ｂには、光電変換部ＰＤＢ，ＰＤＤに蓄積されていた電荷の総量に応じた信号が出力される。
【０１５０】
次いで、時刻ｔ３において、制御回路７０は、制御信号ＰＳＷ１，ＰＳＷ３をＬレベルからＨレベルに制御し、その後、制御信号ＰＳＷ１，ＰＳＷ３をＨレベルからＬレベルに制御する。これにより、出力線１６Ａと出力線１６ＢとがスイッチＳＷ３を介して接続され、光電変換部ＰＤＡ，ＰＤＣに蓄積されていた電荷の総量に応じた信号と、光電変換部ＰＤＢ，ＰＤＤに蓄積されていた電荷の総量に応じた信号とが、擬似的に平均化される。そして、このように平均化された信号が、スイッチＳＷ１を介して列アンプ４２ヘと出力される。その後、スイッチＳＷ１がオフになることで、平均化された信号が列アンプ４２にホールドされる。
【０１５１】
その後、列アンプ４２がホールドする信号を、後段に配された不図示のＡＤ変換器によってデジタルデータに変換する。
【０１５２】
このように撮像装置を駆動することにより、光電変換部ＰＤＡ，ＰＤＣに蓄積された電荷の総量に応じた画素加算データと、光電変換部ＰＤＢ，ＰＤＤに蓄積された電荷の総量に応じた画素加算データと、を平均化して読み出すことができる。これにより、画素加算を行わない場合と比較して１／２の明るさまで撮影できるとともに、良好な色再現性を得ることができる。
【０１５３】
このように、本実施形態によれば、色再現性を損なうことなく感度を向上しＳ／Ｎ比の高い画像を取得することができる。
【０１５４】
［第６実施形態］
本発明の第６実施形態による撮像システムについて、図１９を用いて説明する。図１９は、本実施形態による撮像システムの概略構成を示すブロック図である。
【０１５５】
上記第１乃至第５実施形態で述べた撮像装置１００は、種々の撮像システムに適用可能である。適用可能な撮像システムの例としては、デジタルスチルカメラ、デジタルカムコーダ、監視カメラ、複写機、ファックス、携帯電話、車載カメラ、観測衛星などが挙げられる。また、レンズなどの光学系と撮像装置とを備えるカメラモジュールも、撮像システムに含まれる。図１９には、これらのうちの一例として、デジタルスチルカメラのブロック図を例示している。
【０１５６】
図１９に例示した撮像システム２００は、撮像装置２０１、被写体の光学像を撮像装置２０１に結像させるレンズ２０２、レンズ２０２を通過する光量を可変にするための絞り２０４、レンズ２０２の保護のためのバリア２０６を有する。レンズ２０２及び絞り２０４は、撮像装置２０１に光を集光する光学系である。撮像装置２０１は、第１乃至第５実施形態のいずれかで説明した撮像装置１００であって、レンズ２０２により結像された光学像を画像データに変換する。
【０１５７】
撮像システム２００は、また、撮像装置２０１より出力される出力信号の処理を行う信号処理部２０８を有する。信号処理部２０８は、デジタル信号処理部を有し、撮像装置２０１から出力される信号に対し、必要に応じて各種の補正、圧縮を行って画像データを出力する動作を行う。撮像装置２０１から出力される信号がアナログ信号である場合、信号処理部２０８はアナログ／デジタル変換回路をデジタル信号処理部の前段に備えてもよい。信号処理部２０８は、撮像装置２０１が設けられた半導体基板に設けられていてもよいし、撮像装置２０１とは別の半導体基板に設けられていてもよい。
【０１５８】
また、撮像システム２００は、画像データを一時的に記憶するためのメモリ部２１０、外部コンピュータ等と通信するための外部インターフェース部（外部Ｉ／Ｆ部）２１２を更に有する。また、撮像システム２００は、撮像データの記録又は読み出しを行うための半導体メモリ等の記録媒体２１４、記録媒体２１４に記録又は読み出しを行うための記録媒体制御インターフェース部（記録媒体制御Ｉ／Ｆ部）２１６を更に有する。なお、記録媒体２１４は、撮像システム２００に内蔵されていてもよく、着脱可能であってもよい。
【０１５９】
また、撮像システム２００は、各種演算とデジタルスチルカメラ全体を制御する全体制御・演算部２１８、撮像装置２０１と信号処理部２０８に各種タイミング信号を出力するタイミング発生部２２０を更に有する。ここで、タイミング信号などは外部から入力されてもよく、撮像システム２００は少なくとも撮像装置２０１と、撮像装置２０１から出力された出力信号を処理する信号処理部２０８とを有すればよい。
【０１６０】
このように、本実施形態によれば、第１乃至第５実施形態による撮像装置１００を適用した撮像システムを実現することができる。
【０１６１】
［第７実施形態］
本発明の第７実施形態による撮像システム及び移動体について、図２０を用いて説明する。図２０は、本実施形態による撮像システム及び移動体の構成を示す図である。
【０１６２】
図２０（ａ）は、車載カメラに関する撮像システムの一例を示したものである。撮像システム３００は、撮像装置３１０を有する。撮像装置３１０は、上記第１乃至第５実施形態のいずれかに記載の撮像装置１００である。撮像システム３００は、撮像装置３１０により取得された複数の画像データに対し、画像処理を行う画像処理部３１２と、撮像システム３００により取得された複数の画像データから視差（視差画像の位相差）の算出を行う視差取得部３１４を有する。また、撮像システム３００は、算出された視差に基づいて対象物までの距離を算出する距離取得部３１６と、算出された距離に基づいて衝突可能性があるか否かを判定する衝突判定部３１８と、を有する。ここで、視差取得部３１４や距離取得部３１６は、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段の一例である。すなわち、距離情報とは、視差、デフォーカス量、対象物までの距離等に関する情報である。衝突判定部３１８はこれらの距離情報のいずれかを用いて、衝突可能性を判定してもよい。距離情報取得手段は、専用に設計されたハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェアモジュールによって実現されてもよい。また、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated circuit）等によって実現されてもよいし、これらの組合せによって実現されてもよい。
【０１６３】
撮像システム３００は車両情報取得装置３２０と接続されており、車速、ヨーレート、舵角などの車両情報を取得することができる。また、撮像システム３００は、衝突判定部３１８での判定結果に基づいて、車両に対して制動力を発生させる制御信号を出力する制御装置である制御ＥＣＵ３３０が接続されている。また、撮像システム３００は、衝突判定部３１８での判定結果に基づいて、ドライバーへ警報を発する警報装置３４０とも接続されている。例えば、衝突判定部３１８の判定結果として衝突可能性が高い場合、制御ＥＣＵ３３０はブレーキをかける、アクセルを戻す、エンジン出力を抑制するなどして衝突を回避、被害を軽減する車両制御を行う。警報装置３４０は音等の警報を鳴らす、カーナビゲーションシステムなどの画面に警報情報を表示する、シートベルトやステアリングに振動を与えるなどしてユーザに警告を行う。
【０１６４】
本実施形態では、車両の周囲、例えば前方又は後方を撮像システム３００で撮像する。図２０（ｂ）に、車両前方（撮像範囲３５０）を撮像する場合の撮像システムを示した。車両情報取得装置３２０が、撮像システム３００ないしは撮像装置３１０に指示を送る。このような構成により、測距の精度をより向上させることができる。
【０１６５】
上記では、他の車両と衝突しないように制御する例を説明したが、他の車両に追従して自動運転する制御や、車線からはみ出さないように自動運転する制御などにも適用可能である。更に、撮像システムは、自車両等の車両に限らず、例えば、船舶、航空機あるいは産業用ロボットなどの移動体（移動装置）に適用することができる。加えて、移動体に限らず、高度道路交通システム（ＩＴＳ）等、広く物体認識を利用する機器に適用することができる。
【０１６６】
［変形実施形態］
本発明は、上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
【０１６７】
例えば、いずれかの実施形態の一部の構成を他の実施形態に追加した例や、他の実施形態の一部の構成と置換した例も、本発明の実施形態である。
【０１６８】
また、上記実施形態では、カラーフィルタ配列としてＲＧＢＷ１２配列の場合を例示したが、カラーフィルタ配列は必ずしもＲＧＢＷ１２配列である必要はない。例えば、カラーフィルタ配列として、シアン色のＣＦを備えたＣ画素と、マゼンダ色のＣＦを備えたＭ画素と、黄色のＣＦを備えたＹ画素と、Ｗ画素と、により構成されるＣＭＹＷ配列を適用してもよい。
【０１６９】
また、上記第１乃至第５実施形態では、画像の取得を目的とした装置、すなわち撮像装置を例示したが、本発明の適用例は必ずしも撮像装置に限定されるものではない。例えば、上記第７実施形態で説明したような測距を目的とする装置に適用する場合にあっては、必ずしも画像を出力する必要はない。このような場合、当該装置は、光情報を所定の電気信号に変換する光電変換装置と言うことができる。撮像装置は、光電変換装置の１つである。
【０１７０】
また、上記第６及び第７実施形態に示した撮像システムは、本発明の光電変換装置を適用しうる撮像システム例を示したものであり、本発明の光電変換装置を適用可能な撮像システムは図１９及び図２０に示した構成に限定されるものではない。
【０１７１】
なお、上記実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【符号の説明】
【０１７２】
１０…画素領域
１２…単位画素
１４…制御線
１６，１６Ａ，１６Ｂ…出力線
２０…単位ブロック
２２…画素
３０…垂直走査回路
４０…読み出し回路
４２，４４…列アンプ
５０…水平走査回路
６０…出力回路
７０…制御回路
１００…撮像装置
【図１】
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【図２】
2020108061.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2020108061.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2020108061.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2020108061.tif 000018
【図１７】
2020108061.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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